Применение добавок при производстве полимерных материалов.
(Пластификаторы,наполнители,модификаторы)
Примерное содержание компонентов в полимерном материале
Пластификатор (5-40%)
Вспомогательные вещества при переработке (стабилизаторы, эмульгаторы, наполнитнли, красители) добавлят полимерную матрицу от 2 до 10%
Остатки мономеров до 0,5% (в полистироле до 0,1%)
Другие добавки до 2%
Пластификаторы вволят в полимерный материал для увеличения гибкости, эластичности материала и его перерабатываемости. Пластификатор может снижать вязкость расплава, температуру стеклования или уменьшать модуль упругости.
Некоторые полимеры не требуют значительной пластификации - полиэтилен, а пвх пластифицируют практически всегда. Без пластификации в экструдере может выделяться большое количество HCl, которая может привести к взрыву.
При введении пластификаторов в болиших количествах может увеличиться проницаемость материалов к кислороду. Это свойство возникает у пленок пвх с содержанием пластификатора от 50 массовых частей на 100 массовых частей полимера. Это свойство используется для упаковки фруктов, овощей, свежего мяса, т.е. тогда, когда необходимо проникновение кислорода к продуктам (два вида - дышашие и недышащие (кислород не нужен)). Мясо без кислорода становится темным, непривлекательным.
Пластификаторы должны быть малолетучи, безцветны и совместимы с полимерами (не все могут совмещаться). Если в дальнейшем полимерный материал применяется для контакта с пищевыми продуктами или в контакте с организмом человека, то пластификатор должен быть не токсичным и не придавать привкуса. Используются фталаты и малеинаты. Так как возможна миграция пластификатора, то ограничивают применение полиэфиров и эпоксидированных масел в качестве пластификаторов.
Механизмы пластификации.
Внешняя пластификация. Осуществляется за счет добавок, которые снижают межмолекулярные силы. Добавка делает связь менее прочной. Она более эластичная, расплавление происходит при более низкой температуре
Внутренняя пластификация. Осуществляется за счет синтеза молекул с подходящимибоковыми звеньями, размещенными на определенном расттоянии, которые работают по такому же принципу. Здесь есть химические реакции
На практике внутренняя пластификация достигается сополимеризацией:
Сополимер винилхлорида с винилацетатом - более массивная группа, не дается прикасаться к галогенам (хлориду, который усиливает жесткость).
Различают пластификатор внутриструктурный (внутрипачесный и межструктурный (межпачечный).
Внутриструктурный пластификатор - внутреннее трение в системе полимер пластификатор ослабляется в следствии проникновения молекул пластификатора. Уменьшается температура внутри полимера при деформации
Межструктурный пластификатор - молекулы пластификатора распределены между надмолекулярными образованиями полимера и облегчают их взаимное перемещение. Увеличивается эластичность материала.
Свойства пластификатора:
В большинстве случаем пластификаторы - это низко-молекулярные вещества (нмв), которые уменьшают вязкость расплава полимера, что ведет крациональной переработке материала с большей скоростью при меньших температурах
Пластификаторы уменьшают внутреннее трение и увеличивают гибкость материала
Пластификаторы могут оказывать влияние на следующие свойства: морозостойкость и проницаемость к кислороду
Пластификатором может быть и полимерная добавка, но при этом она должна содержать более гибкие макромолекулы, чем основной перерабатываемый полимер
Наполнители
Самый важный компонент при производстве полимерных материалов. Вводится в полимер для его удешевления часто улучшаются свойства материала, снижается усадка, увеличивается прочность, уменьшается карабление - царапание (один из видов брака)
Наполнитель не всегда вводится в полимерный материал, их необходимо вводить в том количестве, которое бы не ухудшило конечные свойства изделия (физико-механические свойства)
Лекция 09.11.23