Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 14

8 октября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 14

Итак, чтобы эффективно связывать наполнитель с полимерной основой, связующий агент должен иметь уникальную структуру. С одной стороны, он должен иметь возможность взаимодействовать с наполнителем, который является полярным по природе, тогда как с другой стороны, он должен быть совместим с неполярными молекулярными цепями полипропиленовой смолы. Некоторыми из самых старых типов используемых связующих агентов являются органофункциональные силаны. Силановые связующие агенты – это молекулы, которые имеют эту уникальную структуру. Один конец имеет гидролизуемую группу, которая является промежуточным звеном при образовании силанольных групп для химического связывания с поверхностью наполнителя. С другой стороны, силаны имеют органофункциональную группу, которая сцепляется с полимерными молекулярными цепями за счет взаимодействий физического типа. Тип необходимой функциональной группы зависит от химической структуры полимера. Доступны многие типы органофункциональных групп: эпоксидная, метакрилатная, аминная, меркаптановая и виниловая. Для полимеров, которые имеют функциональные группы, присутствующие в их основной цепи, легко выбрать силан с определенной функциональной органо-группой, с которой он будет реагировать.

Например, в полиамидах обычно используются силаны с аминогруппами. Обилие концевых групп карбоновых кислот, присутствующих в молекулярной цепи полиамида, обеспечивает места реакции для добавленных аминогрупп. Однако полипропилен не имеет функциональных групп, с которыми мог бы взаимодействовать силан. Поэтому используются винилсиланы. В этом случае винильная группа должна реагировать с молекулой полимера по механизму свободнорадикальной реакции. Свободные радикалы могут образовываться под действием тепла, сдвига или с помощью катализатора, такого как органический пероксид. Существуют различные примеры двухкомпонентных систем силан – пероксид. Еще в 1986 году был представлен продукт под названием Ucarsil PC-1A / PC-1B. Эта система представляла собой сложную смесь органосилана и пероксида. Компоненты 1A и 1B использовались в соотношении 3:1. Типичные уровни использования составляли 0,6% по массе. Позже была представлена улучшенная версия, получившая обозначение PC-2A / PC-1B. Различные производители опубликовали документы, описывающие характеристики своих силанов в наполненном и армированном полипропилене. Эти системы обладают отличными механическими свойствами, но использование их в производственных условиях может быть затруднено. Компаундеры должны иметь возможность точно подавать в экструдер две жидкости в небольшом количестве, или же наполнители должны быть предварительно обработаны силаном перед компаундированием.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 14

Кроме того, при обращении с некоторыми винилсиланами возникают некоторые проблемы со здоровьем и безопасностью, которые могут привести к увеличению затрат на смешивание. Есть несколько соображений относительно того, как силаны действуют как связующие агенты. Один из них – теория химической реакции. Этот механизм самый старый и широко применяемый. Он просто утверждает, что между наполнителем и полимером образуется ковалентная связь. Силанольная группа взаимодействует с поверхностью наполнителя, а функциональная органо-группа – с полимером. Другая теория – это взаимопроникающая сеть, при которой связывающий агент не образует ковалентных связей с полимером. Вместо этого молекулы силана диффундируют в полимерную матрицу, образуя межфазную сеть из полимера и силана. Интересно, что несмотря на то, что эти два объяснения являются общепринятыми, ни одно из них само по себе не может полностью объяснить химическое взаимодействие. Существует множество других теорий, включая эффекты смачивания и поверхностной энергии, эффект морфологии, кислотно-основные реакции и ионную связь. Теперь о других сочетаниях полипропилена со связующими агентами.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 14

Так, о функционализации полипропилена акриловой кислотой сообщалось еще в середине 1960-х годов. Некоторые из наиболее подробных работ описаны в различных патентах, выданных компанией Exxon. Так, сообщалось об использовании одношнекового экструдера со специально разработанной реакционной зоной, которая дает очень тонкую пленку и большую площадь поверхности, так что мономер и инициатор тщательно перемешиваются перед взаимодействием с полимером. Прививка акриловой кислоты на полипропилен приводит к различным побочным реакциям. Молекулярная масса полипропилена снижается, а распределение сужается. Наряду с привитым полипропиленом производится гомополимеризованная акриловая кислота. Эффективность прививки относительно высока, при этом используется примерно до 6% акриловой кислоты по массе. На этом уровне функционализации достигается эффективность прививки около 90%. Тем не менее повышение уровня функционализации приводит к снижению эффективности трансплантата. Также для полипропилена считается, что свободный радикал, образующийся при разложении пероксида, атакует третичный атом водорода. Образующийся полимерный радикал вызывает бета-разрыв и снижение молекулярной массы полимера. Если присутствует ненасыщенный мономер, который реагирует с полимером, радикальная прививка может произойти до разрыва цепи. Это приведет к образованию функциональной группы.

Поскольку акриловая кислота легко полимеризуется, она полимеризуется до тех пор, пока это не прекратится рекомбинацией или переносом. Если прививки не происходит, может произойти несколько реакций. Это деполимеризация, перенос и рекомбинация. Также образующийся полимерный радикал все еще может приводить к прививке. В этом случае мономер будет как бы насажен на конец полимера. После прививки концов цепи могут происходить различные реакции обрыва, при этом образование гомополимера является преобладающей реакцией. Происходит побочная реакция – это полимеризация акриловой кислоты без прививки на полимер. Анализ экстрагированной полиакриловой кислоты показывает, что молекулярная масса этого материала составляет 2500–3000 Mw. Для уменьшения или ограничения степени гомополимеризации были опробованы различные методы. Один из методов заключается в изменении порядка добавления мономера и инициатора. Добавление инициатора в расплав полимера непосредственно перед добавлением мономера позволяет инициатору тщательно перемешаться с полимером. Это позволяет группам свободных радикалов от разложения инициатора активировать реакционные центры вдоль основной цепи полимера для предпочтительного присоединения мономера вместо гомополимеризации молекулами мономера. Также можно использовать раздельное добавление исходных потоков инициатора и мономера, но для этого требуется несколько насосов, инжекторов, зон смешивания и длинный экструдер.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 14

Правильный выбор конструкции шнека – еще один способ улучшить смешивание и распределение мономера и инициатора в полимере. Двухшнековые экструдеры с их модульными шнеками обеспечивают большую гибкость в этой области по сравнению с одношнековыми экструдерами. Существует множество различных типов винтовых элементов, которые можно использовать для облегчения реакции. Производители экструдеров всегда вводят новые типы смесительных элементов, предназначенные для лучшего распределительного или дисперсионного смешивания. Ключом к этому типу реактивной экструзии является наличие конструкции шнека, которая может диспергировать материал с низкой вязкостью (например, мономер и пероксид) с полимером высокой вязкости. Это должно быть сделано таким образом, чтобы не выделять слишком много тепла и чтобы винтовые каналы оставались заполненными. Это может быть достигнуто за счет использования комбинации блоков: узкого и широкого, правого и левого шага, а также контролируемых механических воздействий разной степени. Также можно использовать специальные элементы. Далее будет представлена информация об основных принципах функционализации полипропилена посредством двухшнековой реактивной экструзии, а в следующей части рассмотрим другие способы смешивания полимерной основы с наполнителем.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 14

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад