Конденсационные полимеры, такие как полиамид, поликарбонат и пентаэритрит имеют тенденцию разрушаться в процессе обработки. Разрушение вызвано потерей молекулярной массы, ведущей к утрате важных характеристик материала, таких как прочность расплава и способность к переработке. В результате, переработанные и восстановленные, такие смолы могут использоваться лишь там, где не требуется высокое качество материала, или, что еще хуже, выкидываются как непригодные отходы. Несмотря на то, что существует несколько технологий регенерации поврежденных смол, ощущается необходимость в простой, эффективной и низкозатратной методике, которая смогла бы снизить потерю молекулярной массы и утрату физических характеристик восстановленных конденсационных полимерах.
Удлинитель цепи “CESA-extend”, полученный компанией Сlariants, – это технология добавки, предлагающая именно такое решение. Этот эпоксидный стирол/ акрильный олигомер, действующий как суперконцентрат в разнообразных смолах- носителях, можно добавлять к разрушенным конденсационным смолам, чтобы перекомпоновывать разорванные цепи полимеров в экструдере. В идеале полимерные цепи перестраиваются в линейные удлинения цепей с минимальным образованием перекрестных связей – отсюда термин «удлинитель цепи», описывающий добавку и ее функции.
В процессе экструзии удлинитель цепи взаимодействует с концевыми группами полимеров через ступенчатую кинетику с минимальным образованием перекрестных связей и формированием геля. Он активно взаимодействует с аминами, ангидридами, изоцианатом, карбоксильной и гидроксильной концевыми группами
В четырех недавно проведенных лабораторных исследованиях изучалось воздействие этой добавки как удлинителя цепи конденсационных полимеров. Данные исследований оценивали значение добавки по четырем характеристикам: прочность расплава, способность к переработке, механические свойства (прочность при растяжении и ударная вязкость по Изоду), гидролитическая устойчивость и прозрачность (пропускание света). Повысить прочность расплава пентаэритрита Использование переработанного пентаэритрита чревато резким снижением прочности расплава, что усложняет его экструзию. Практически прочность расплава пентаэритрита выражается в его сопротивлении провисанию при его экструдировании в лист. В первом лабораторном опыте сравнивалась степень провисания экструдата из переработанного пентаэритритола с экструдатом из того же материала, но прессованного с помощью суперконцентрата, содержащего удлинитель цепей в четырех различных концентрациях - 0.25%, 0.5%, 1.0%, and 2.0%. Опыт проводился на 27-миллиметровом двухшнековом экструдере, работающем в режиме постоянно поддерживаемой температуры плавления и скорости вращения шнека, с восьми дюймовой листовальной головкой и заборными роликами.
Ролики были выровнены по неподвижной щеке, работали на постоянной скорости, причем первый был расположен в 6.25 дюймах от неподвижной щеки. Провисание высчитывалось вычитанием из высоты неподвижной губы показателя нижнего уровня экструдата. По мере того, как увеличивалась концентрация удлинителя цепей в концентрате, прочность расплава материала повышалась, что выражалось в меньшем провисании и полном отсутствии провисания при концентрации в два процента.
Лучшая гидролитическая устойчивость
Влажность в окружающей среде может привести к гидролизу и снижению молекулярного веса в поликарбонатах и поликарбонатных и акрилонитрилбутадиенстироловых смесях, даже если вещества хранятся при нормальной влажности и температуре. Полярные пигменты, такие как TiO2 ускоряют этот процесс, таким образом, всего несколько дней хранения в таких условиях могут значительно повысить индекс текучести этих расплавов. Потенциальные затраты на преодоление гидролитического расщепления будут возрастать, поскольку для современного производства автомеханических, электрических и электронных продуктов из вышеназванных материалов требуются более продолжительные периоды гидролитической устойчивости и сохранения свойств.
В ходе данного опыта мы измеряли, могут ли добавки из удлинителей цепей снизить или компенсировать деструкцию, происходящую в смесях отношением 70:30 поликарбонат/ акрилонитрилбутадиенстирол в течение семидневного ускоренного опыта. Четыре образца из поликарбоната/ акрилонитрилбутадиенстирола, использованные в опыте включали два необработанных контрольных образца в таблетированной и экструдированной форме, и два образца содержащих 0.5% and 1.0% добавок из удлинителей цепей. Все они в течение 7 дней находились в условиях постоянно поддерживаемой 100%-ной относительной влажности при температуре 95 градусов. Индекс текучести расплава для каждого образца измерялся ежедневно.
Добавление удлинителей цепей резко уменьшило гидролитическое расщепление полимера, позволяя сохранять желаемый показатель индекса текучести расплава намного дольше, чем в контрольных образцах. Оба контрольных образца показали высокий уровень расщепления, о чем свидетельствует 65-процентное увеличение индекса текучести расплава. В рассматриваемых образцах наблюдается значительный эффект удлинения цепи. В них был не только ниже, чем в контрольных образцах показатель индекса текучести расплава в начале опыта, но и на протяжении всего опыта медленнее происходило расщепление.
Использование удлинителей цепей 0,5-процентной концентрации полностью компенсировало эффекты расщепления, наблюдаемые в ходе опыта, так что индекс текучести расплава на седьмой день в рассматриваемых образцах был равнозначен показателю первого дня в контрольных образцов.
Удлинение цепи было более значительным в растворах однопроцентной концентрации, и эти образцы продемонстрировали намного более высокий уровень гидролитической устойчивости и незначительное расщепление.
Вторичное использование смеси пентаэритрита/полиамида Считалось невозможным вторично обрабатывать бутылки с многослойным пентаэритритом с заграждающим слоем из ароматического полиамида благодаря неудовлетворительным физическим свойствам измельченной смеси данных веществ. Учитывая широкое использование этой заградительной структуры в упаковках, способность регенерировать и эффективно использовать смесь вторично была бы серьезным шагом вперед в переработке пластмассы.
В третьем опыте мы оценили влияние добавки из удлинителей цепей на способность к переработке регенерированного полиамида и пентаэритрита. Заготовки пентаэритрита, содержащиеся в многослойных бутылках, были измельчены и разделены на три образца: контрольный и два рассматриваемых образца с концентрацией удлинителей цепей в 1% и 2%. Способность к повторной обработке образцов оценивалась по ударной вязкости по Изоду (АОИМ D256,, Метод А), вязкости расплава (АОИМ D3835 ) и прочности при растяжении (АОИМ D638).
Результаты показывают кардинальное улучшение свойств всех образцов, содержащих удлинители цепей, причем образцы с однопроцентной концентрацией имели тот же результат или превзошли показатели образцов с более высокой концентрацией. Ударная вязкость по Изоду в однопроцентных ненадрезанных образцах на 20% выше, чем в контрольных образцах и равна показателям 2-хпроцентных образцов. Вязкость расплава однопроцентных образцов в 11 раз выше, чем в контрольных образцах и равна показателям двухпроцентных образцов. Прочность при растяжении однопроцентных образцов на 30% выше, чем в контрольных образцах и немного выше показателей двухпроцентных образцов.
Сохранить прозрачность пентаэритрита
Цель четвертого исследования была оценить воздействие смол-носителей (полиэтилена, полистирола, пентаэритрита) в концентратах, содержащих удлинители цепей, на прозрачность и светопроницаемость восстановленного пентаэритрита в форме 20 мм экструдированной плёнки. Восстановленный материал был поделен на 4 образца – контрольный и образцы, содержащие 0.5%, 1.0%, and 2.0% удлинителей цепей. Все они были оценены на уровень прозрачности и светопроницаемости в спектре волн длиной от 400 до 700 нм видимого света.
Одно- и 1. 5-процентные образцы не потеряли своих характеристик прозрачности и светопроницаемости при концентратах, содержащих носители полистирола и пентаэритрита, в то время как носители полиолефина показали снижение светопроницаемости на всех уровнях добавок. Некоторая потеря прозрачности была зафиксирована в образцах с пентаэритритной пленкой содержащей 2% удлинителей цепей в носителе пентаэритрита. Автор:
Доктор Вахе Караян пришел на работу в Clariant Masterbatches в 1999 как технический менеджер по добавочным концентратам. У него за плечами 30-летний опыт работы в таких областях, как поверхностные покрытия, термореактивный, армированный стекловолокном пластик, цвет термопластика и добавки к нему. Он сообладатель патента на концентраты с удлинителями цепей. С ним можно связаться через e-mail vahe.karayan@clariant.com Источник: Plastic Technology |
