Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 21

Был проведен ряд исследований, в которых рассматривалось использование полипропиленов, привитых акриловым или малеиновым ангидридом, в качестве связующих агентов для композитов полипропилена с целлюлозными материалами. Были опубликованы результаты по использованию переработанных газетных волокон в полипропилене. В своих исследованиях специалисты оценили несколько различных малеинированных полипропиленов с разной молекулярной массой и различным содержанием кислоты, а также полипропилен с привитой акриловой кислотой. Их результаты показали, что все связующие вещества улучшили прочность на разрыв и ударную вязкость. Однако связующие агенты с высоким молекулярным весом и высоким содержанием кислоты обладают наивысшими механическими свойствами. Также сообщалось о схожих результатах использования малеинированных полипропиленов в качестве связующих веществ для композитов из древесной муки и полипропилена. Выяснилось, что добавление малеинированного полипропилена к этим композитам приводит к повышению прочности на разрыв, прочности на изгиб, твердости и температуры теплового отклонения. Кроме того, молекулярная масса и содержание кислоты или ангидрида играют важную роль в определении эффективности малеинированного полипропилена. Сообщалось также, что PPgMAH с высоким содержанием ангидрида и высокой молекулярной массой обеспечивает самые высокие механические свойства. Добавление малеинированного полипропилена приводит к увеличению прочности на растяжение и изгиб примерно на 30% и улучшению ударопрочности по Изоду на 16%.

Следующая интересная тема: стабилизация полипропилена. Ультрафиолетовая (УФ) стабилизация полипропиленовых материалов, содержащих антипирены, оказывается сложной технической задачей. Дело в том, что образование кислых продуктов из антипиренов на основе брома во время обработки или воздействия может вызвать катастрофическую дезактивацию светостабилизатора на основе затрудненного амина (HALS). Понимание механизма образования кислотных продуктов из антипиренов на алифатической и ароматической основе привело к разработке подходов, основанных на огнезащитной структуре. По мере того как полипропиленовое волокно продолжает расширять свою долю на текстильном рынке, определяются новые области применения. Одной из таких критических областей является огнестойкое волокно для настенных покрытий, обивки, коммерческих ковровых покрытий и автомобилей. Для огнестойкого полипропиленового волокна ключевыми вопросами являются обработка, устойчивость к ультрафиолетовому излучению и экономический фактор. Последние достижения в технологии огнестойких добавок значительно улучшили технологический процесс, но добиться устойчивости к ультрафиолетовому излучению и составления экономически приемлемых пакетов присадок сложно. Помимо волокна, для формованных изделий требуются стойкие к УФ-излучению огнестойкие элементы из полипропилена.

Деградация полимеров чаще всего происходит по радикально-цепному механизму. Инициирование обычно происходит в результате воздействия тепла, выделяемого во время производства. Следы металлических примесей, таких как медь или железо, ускоряют образование радикалов. Реактивные гидропероксиды образуются после реакции углерод-центрированного радикала с кислородом. Термоиндуцированное гомолитическое расщепление гидропероксидов приводит к образованию дополнительных реакционноспособных радикалов и последующему разрыву полимерной цепи. Разложение полимерного материала под воздействием тепла и кислорода первоначально включает разрыв связи между атомами углерода и водорода с образованием незаряженных частиц, называемых свободными радикалами, что можно проследить по реакции инициирования цепи. Они быстро реагируют с кислородом с образованием перекисных радикалов в реакции распространения цепи. Эти пероксирадикалы, в свою очередь, приводят к образованию многих других реакционноспособных частиц, включая пероксиды, как показано в соответствующих формулах реакции. Проблема заключается в экспоненциальном увеличении этих реактивных частиц через реакции разветвления.

Эффективный метод термостабилизации заключается в использовании первичного антиоксиданта, останавливающего радикалы. Наиболее распространенный класс антиоксидантов для прекращения радикальной реакции – это затрудненные фенолы. Фенольные антиоксиданты очень эффективны при относительно низких концентрациях (менее 0,5% по массе) при ингибировании разложения. Механизм включает передачу атома водорода от антиоксиданта реакционноспособному пероксирадикалу с разрывом цепи. В результате образуется фенольный радикал с меньшей реакционной способностью, стабилизированный резонансом. Пероксициклогексадиеноны затем могут образовываться после реакции со вторым пероксирадикалом. Каждый фенольный фрагмент способен улавливать в общей сложности два радикала, прежде чем он полностью израсходуется. Превентивные или вторичные антиоксиданты действуют на стадии инициации механизма радикальной цепочки, предотвращая образование радикальных продуктов. Их механизм включает разложение гидропероксидов с образованием стабильных нерадикальных продуктов. В отсутствие поглотителей перекиси гидропероксиды термически или фотолитически разлагаются до радикальных продуктов и ускоряют разложение. Наиболее распространенными вторичными антиоксидантами являются тиосинергисты на основе серы или фосфиты на основе фосфора. В следующей части продолжим рассмотрение механизмов термостабилизации полипропилена.