Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 14

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.

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.

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.

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.