|
Модификация пластмасс при литье под давлением.
Необходимость модификации пластмасс появилась в связи с развитием особых требований к изделиям из пластмасс, а имеющаяся номенклатура основных полимерных материалов уже не могла отвечать все возрастающим требованиям рынка к качеству, цветовой окраске и разнообразию пластмассовой продукции, применяемой в различных отраслях промышленности.
Особенно это относится к возрастающему рынку полимерной упаковочной продукции для пищевых и непищевых материалов.
Принято различать суперконцентраты добавок–модификаторов свойств (Additive-Masterbatch) и суперконцентраты красителей (Color-Masterbatch).
Для обеспечения полимерному изделию целого комплекса необходимых свойств, например, стойкости к воздействию ультрафиолета, трудногорючести и стойкой окраски, возможны комбинации этих концентратов в одном продукте.
Однако в таких случаях необходимо предусматривать отсутствие взаимодействия добавок друг с другом, так как это может привести к снижению эффекта их действия.
Кроме того, суперконцентраты различаются в соответствии с областями применения, например для литья изделий под давлением, экструзии нитей, плёнок, труб и т.д.
Отечественные и зарубежные фирмы–производители суперконцентратов-модификаторов постоянно увеличивают количество наименований, назначение и качество добавок.
Суперконцентраты-красители производятся фирмами в соответствии с такими цветовыми каталогами, как RAL, HKS, Pantone, NCS и др.
При этом некоторые фирмы, например, немецкая фирма GRAFE COLOR BATCH производит до 5000 новых суперконцентратов-красителей для всех видов полимеров в год.
Классификация суперконцентратов модификаторов применяемых для литья пластмасс под давлением в зависимости от их воздействия на полимерный материал, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Суперконцентраты модификаторов пластмасс, применяемые для литьевых изделий.
|
№ п/п
|
Характеристика свойств изделий из пластмасс, получаемых за счёт введения модификатора
|
Наименование суперконцентрата модификатора
|
|
1.
|
Сохранение свойств в процессе эксплуатации, увеличение срока службы литьевой полимерной продукции. Сохранение свойств вторичных
пластмасс в процессе переработки.
|
термостабилизаторы, светостабилизаторы против УФ воздействия, антиоксиданты, комплексные добавки.
|
|
2.
|
Изменение свойств изделий:
-уменьшение сил трения и адгезии,
-блеск поверхности,
-снижение электростатического заряда поверхности изделий.
|
скользящие добавки (смазки), антистатические.
|
|
3.
|
Улучшение внешнего вида, увеличение прозрачности полипропилена.
|
нуклеирующие (контролирующие процессы кристаллизации)
|
|
4.
|
Улучшение технологических свойств, снижение давления расплава и температуры переработки, увеличение производительности процесса переработки.
|
фторсодержащие добавки
|
|
5.
|
Устойчивость к действию микробов, увеличение срока хранения продуктов, упакованных в изделия с добавками.
|
антимикробные, фунгицидные
|
|
6.
|
Повышение огнестойкости, получение трудногорючих изделий.
|
антипирены
|
|
7.
|
Повышение срока службы пластмассовых деталей, армированных металлом.
|
дезактиваторы металлических поверхностей
|
|
8.
|
Снижение величины усадки, коробления литьевых изделий.
|
вспенивающие агенты
|
|
9.
|
Нанесение информации лазерным лучом
|
индикаторы цвета лазерного излучения
|
|
10.
|
Очистка литьевого оборудования при производстве продукции
|
чистящие компаунды
|
Известно, что под действием солнечного света, высокой температуры, кислорода воздуха в полимерных изделиях протекают процессы деструкции, объём и скорость которых зависят от интенсивности воздействия окружающей среды.
Для предотвращения деструкции используются термостабилизаторы, антиоксиданты и светостабилизаторы.
Применение термостабилизаторов позволяет в течение длительного периода времени противодействовать деструкции при термических нагрузках, также они используются в термоизоляционных материалах.
Антиоксиданты защищают изделия от разложения под действием кислорода воздуха, они являются химическими соединениями, предотвращающими или замедляющими термическое окисление и связанные с ним процессы разрушения в полимерах.
Clariant International Ltd
При этом различают два типа стабилизации: стабилизация в процессе переработки полимерного материала и длительная стабилизация изделия. Так как во время переработки полимер подвергается высоким температурам, то для уменьшения деструкции в материал необходимо добавлять стабилизаторы.
В отличие от первых, стабилизаторы длительного действия защищают полимер от старения под воздействием тепла в течение всего срока его эксплуатации. Стабилизаторы достигают защитного эффекта за счет разрушения содержащихся в полимере гидропероксидных групп. Этим предотвращается образование радикалов, ответственных за разрушение полимера. При остановках оборудования на длительный простой термостабилизаторы предотвращают сшивку, разложение и пригар полимера в цилиндре термопластавтомата, тем самым, облегчая и ускоряя чистку оборудования после запуска.
Кроме того, полимерные изделия подвергаются воздействию света при эксплуатации.
Свет, совместно с кислородом воздуха, инициирует в полимерах процессы деструкции, следствием которых является не только визуальное изменение внешнего вида, но и негативное влияние на многочисленные физико-механические свойства. Под воздействием УФ-лучей, содержащиеся во многих полимерах примеси, например, остатки катализаторов или нерегулярные структуры, возбуждают фотохимические реакции, ведущие к разложению макромолекул полимера.
Светостабилизаторы представляют собой химические соединения, способные вступать в физические и химические реакции с продуктами разложения макромолекул. Надежная светостабилизация предполагает подавление или, как минимум, замедление ответственных за разложение реакций.
Светозащитные средства подразделяются на две категории: УФ-абсорберы и УФ-стабилизаторы. Защитное действие УФ-абсорберов основано на абсорбции УФ-излучения и преобразование его в обычное тепло. Наряду с высокой абсорбционной способностью такие соединения должны быть достаточно светостабильны.
Принципиальный недостаток УФ-абсорберов состоит в том, что для создания действенной защиты им необходима определенная толщина слоя. В изделиях с малым поперечным сечением может быть достигнут лишь ограниченный защитный эффект.
Наряду с классом УФ-абсорберов, наибольшее значение имеют действующие в качестве ловушек радикалов УФ-стабилизаторы.
В этом ряду наиважнейшую категорию представляют стерически затрудненные амины (HALS). При сравнительно низких концентрациях эти материалы обеспечивают высокий уровень стабилизации и при этом их эффективность не зависит от толщины изделия. Использование концентратов светостабилизаторов позволяет получить долговечное светостойкое изделие, например, мебель со сроком службы более 3–5 сезонов. Представленные типы светозащитных добавок комбинируются для достижения еще большего уровня защиты и, прежде всего, находят применение в деталях автомобильной промышленности, а также в бытовых изделиях длительного срока эксплуатации.
Для переработки вторичных пластмасс применяются комплексные добавки, включающие в себя термостабилизаторы, антиоксиданты, пластификаторы и, при необходимости, компатибилизаторы – добавки, способствующие достижению совместимости различных полимеров.
Такой комплекс добавок предотвращает термоокислительное старение вторичных полимеров, облегчает их переработку вследствие повышения ПТР, во многих случаях повышаются и физико-механические свойства готовой продукции из вторичных материалов.
Полимерная продукция должна обладать хорошим внешним видом: часто требуется блестящая поверхность изделий, отсутствие пыли и стойкость к загрязнениям в процессе эксплуатации, а также уменьшение сил трения и адгезии в изделиях.
Применение скользящих добавок (смазок) позволяет улучшить внешний вид литьевого изделия – оно будет блестящим, улучшить технологические характеристики, уменьшить силы трения и адгезии. Эти модификаторы повышают текучесть полимерного материала, улучшают съём с формы изделий. В качестве скользящей добавки используются амиды олеиновой или эруковой кислот (молярная масса: 338,57 г/моль; плотность: 860,00 кг/м³; температура кипения: 381,5°C) при содержании их 3–5 % в модификаторе.
При производстве литьевых изделий на поверхности их не должно скапливаться статическое электричество.
Уменьшить удельное поверхностное сопротивление полимеров позволяют антистатические добавки, которые вводятся в полимерный материал и снижают электростатический заряд. Антистатики мигрируют к поверхности полимера и образуют плёнку, которая является гигроскопичной и абсорбирует влагу из воздуха.
Абсорбированная влага снижает поверхностное сопротивление полимеров, что способствует стеканию электростатических зарядов. При этом удельное поверхностное сопротивление (ρ,) уменьшается до величины 108–109 Ом·см.
Повысить прозрачность полипропилена можно с помощью специальных суперконцентратов модикаторов , которые получили название нуклеаторы.
Они повышают прозрачность полипропилена в результате нуклеации расплава, действуя как зародышеобразователи большого количества мелких сферолитов при охлаждении расплава. Так как размеры образующихся сферолитов равны или меньше длины волны видимого света, то они не рассеивают свет и увеличивают прозрачность полимерного изделия. Отечественные и зарубежные производители предлагают нуклеаторы различного состава. Как показывает практика работы с нуклеаторами фирмы GRAFE COLOR BATCH концентрация этой добавки для литьевых изделий составляет от 1 до 4 % в зависимости от желаемого внешнего вида изделий.
К технологическим можно отнести фторсодержащие, например, VH 802 PE фирмы GRAFE COLOR BATCH добавки, применение которых повышает производительность процессов переработки, снижается давление расплава и температура переработки полимера.
Они плохо совместимы с основными полимерами и в местах наибольших усилий сдвига (сопла, литники и т.п.) высаживаются из расплава на поверхность металла, создавая на ней антиадгезионный слой, по которому скользит расплав при формовании. Добавки позволяют устранить дефекты внешнего вида, увеличить гладкость изделий.
Антимикробные, фунгицидные добавки.
Использование специальных антимикробных, фунгицидных добавок позволяет получить литьевые, вспененные изделия, устойчивые к обрастанию водорослями, плесенью. Срок хранения продуктов, упакованных в такие изделия, увеличивается.
Для получения трудногорючих композиционных материалов применяют антипирены.
Такие материалы обладают повышенной огнестойкостью и не поддерживают горения без внешнего источника пламени. Они используются для производства деталей телевизоров, стиральных машин, мебели и т.д.
Дезактиваторы металлических поверхностей улучшают внешний вид пластмассовых деталей, армированных металлом, в месте их соприкосновения с металлом.
Вспенивающие агенты, введённые в полимерный материал в процессе литья под давлением снижают величину усадки и устраняют коробление изделий.
Химическая составляющая, разлагающаяся или вступающая в реакцию при нагревании, называется «химическим пенообразующим агентом». Например, «Hydrocerol CF 20E» фирмы Клариант: температура разложения – 160 °С, дозировка 0,5–1,0 % при литье, рекомендуемая температура переработки – 220 °С, рекомендован для полиолефинов.
Отечественный пенообразователь – ЧХЗ 21 азодикарбонамид, дозировка 0,01 %.
При нагревании эти добавки разлагается на газообразные продукты, которые в изделии формируют равномерно пористую структуру изделия.
В последнее время появились суперконцентраты – модификаторы, так называемые индикаторы цвета лазерного излучения.
После добавления модификатора в полимерный материал при его переработке, на готовом изделии можно получить информацию нужного цвета воздействием лазерного луча.
Чистящие концентраты применяются при чистке литьевого оборудования для быстрого перехода с цвета на цвет без остановки, чаще всего в пропорции 1:1 –1:3 с полимером.
При этом сокращается количество отходов и затраты времени на смену цвета. В состав чистящих концентратов входят, как правило, мягкие минеральные наполнителя и поверхностно-активные моющие добавки.
В настоящее время отечественные и зарубежные производители суперконцентратов модификаторов и красителей предлагают большой спектр своей продукции. Для каждого полимерного материала и вида продукции требуется тщательный выбор того или иного суперконцентрата, что определяется критериями цена/качество.
Доклад на научно-практическом семинаре «Литье пластмасс под давлением», 28 января 2003 года в МИТХТ им. М.В. Ломоносова.
|