Стабилизаторы

Стабилизаторы - это вещества прерывающие свободно радикальный механизм, реакция окисления которые в дальнейшем могут ухудшить комплекс свойств материала и сократить срок его эксплуатации.

Хотя полимеры стабильны, они чувствительны к действию кислорода при высоких температурах и при больших сдвиговых напряжениях. В результате протекает 2 вида реакции деполимеризация - деструкция, происходит обрыв цепи с образованием окислительных низкомолекулярных продуктов (альдегиды, спирты и др.) Реакция протекает в основном по двойным связям, по третичному атому. Этот процесс характерен для полипропилена.

Сшивание - возникают более высокомолекулярные продукты относительно не растворимые, которые не реагируют и не образуют низкомолекулярные продукты. Процесс характерен для полиэтилена.

Однако дальнейшее воздействие факторов может привести от реакции сшивания к деструкции. Эти реакции могут быть замедленные или заторможенные введением соединений прерывающий данный процесс.

Период индукции это время при котором полимер не взаимодействует с кислородом или скорость взаимодействия полимера с кислородом настолько мала, что не происходит заметного воздейсивия кислорода на полимер.

Требования к идеальным антиоксидантам

1. Должны обладать постоянным действием

2. Способны ингибировать процесс окисления при любых условиях (переработка, хранение, эксплуатация)

3. Не должны негативно влиять на свойства базового полимера

4. Не должны быть токсичными

5. Не должны обладать запахом

В качестве антиоксидантов обычно используют - фенолы и органические сульфиды. Фенолы (в часности бутиллированный фенол) действует следующим образом - уничтожает свободный радикал либо прерывают рост полимерной цепи.

Другие типы антиоксидантов разлагают гидроперекиси.

Обычно стабилизаторы действуют на сам поступающий кислород, он блокирует доступ кислорода к полимерной цепи вступая с ним в реакцию. Процесс окисления очень чувствителен к температуре остаткам катализатора и УФ облучению, поэтому на практике в полимерный материал вводятся другие добавки. При этом их вместе с антиоксидантами называют стабилизирующей системой.

Уф (ультрафиолетовые) стабилизаторы

Вводят с целью защиты самой пленки. Их действие основано на прекращении реакции роста основной цепи. Катализатором которой является излучение. Разложение полимеров под воздействием УФ излучения происходит по свободно - радикальному механизму. Точно такой же механизм при окислении - катализатром является квант света. Это приводит к разрыву связи в полимерной цепи. В дальнейшем приводит к ухудшению физикомеханических свойств (прочность, удлиненние). С не стабилизированным полимером под воздействием УФ могут протекать следующие процессы -

1. Обесцвечивание в следствии образования сопряженных структур или комплексных радикалов.

2. Снижение прочности при ударе или разрыве.

3. Растрескивание поверхности

4. Максимальное воздействие ультрафиолета может привести к рассыпанию полимера в порошок.

Требования к УФ стабилизаторам

1. Стабильны в условиях переработки

2. Совместимы с полимером

3. Химически инертны

4. Безвредны

5. Материал со стабилизатором должен поглощать УФ излучение в желаемом диапазоне.

Применяют следующие вещества в качестве УФ стабилизаторов.

1. Производные бензотриазола, бензофенола,

2. Различные металлические комплексы - никелевые или кобальтовые соли, замещенных фенолов или дитиофосфинатов

Стабилизаторы вводят в малых количествах до 0.1 процента. Однако необходимо учитывать срок службы упаковки и ее контакт с продуктом.

Другие вещества

Антиблокирующие агенты тонкие пленки стремятся слипнутся особенно если их поверхность гладкая без неровностей. Это блокирование может вызывать трудности в обращении с пленкой, особенно если материал предназначен для заворачивания. Антиблокирующие агенты - тонко дисперстные порошки, не растворимы в полимере они мигрируют на поверность пленки образуя неровности на ней, наиболее распространены - диоксид кремния с диаметром частиц от 1 до 7 микрон (мкм).

Также снижается слипаемость при добавлении органических амидов, и металических солей жирных кислот (стеарат цинка)

Лекция 07.12

Полимерные материалы.

Полиалифины - полиэтилен (ПЭ)

1. ПВД - полиэтилен высокого давления = ПЭНП (полиэтилен низкой плотности)

2. ПЭНД - полиэтилен низкого давления

3. ПСД - полиэтилен среднего давления, полиэтилен средней плотности

4. ЛПЭНП - линейный полиэтилен низкой плотности

Химическая формула у них одна.

ПВД - получается методом полимеризации радикального типа с использованием инициатора перекиси. Например перекиси бензоила или кислорода воздуха. Полимер образуется разветвленный.

ПЭНД - получают ионной полимеризацией при помощи катализатора Циглера - Натта

Данная полимеризация этилена, позволяет получить полиэтилен линейного строения с небольшим количеством ответвлений, которых достаточно мало и они короткие.

ПСД - получается при помощи катализатора (фото внизу)

ЛПЭНП - образуется при помощи Циглера - Натта. Разветвленность связана со степенью кристалличности материала, т.е кристалличность связана от плотности упаковки, разветвленность полимера препятствует плотной упаковке полимера.

Свойства каждой групп полимеров

ПЭНП - это пластичный, слегка матовый материал, плотностью от 0.916 до 0.918 г на см/3

Переработка ПЭНП возможна всеми способами (экструзия, литье под давлением (ЛПД), формование. Полиэтилен можно ламинировать, использовать при кашировании и тд.

на полиэтилен легко наносится печать, но поверхность пленки желательно обрабатывать коронным разрядом. Пленки хорошо свариваются термоконтактной сваркой и образуют прочные швы.

Прочность шва можно контролировать путем изменения времени сварки и ширины сварного шва. Пленки имеют хорошую эластичность, относительное удлинение при разрыве может быть 400-700% имеют хорошее сопротивление к удару и раздиру, хорошую прочность, разрушающую напряжение - 9-14 МПа. Прочность сохраняется при низких температурах, т.е температура морозостойкости -70 градусов, его можно использовать для упаковки, его можно использовать для заморозки продуктов. Пленки, водо и паро непроницаемы, но проницаемы для газов, следовательно материал не пригоден для упаковки продуктов для которых нежелательно кислородное воздействие, но он пригоден для упаковки продуктов нуждающихся в “дыхании” - овощи, свежее мясо.

ПЭНП - средняя жиростойкость, проницаемость для газов и жиров связано с разветвленностью макромолекул полимера. Температура размягчения полиэтилена 100 градусов. Температура плавления 105-108 градусов, таким образом ПЭНП нельзя допускать для контакта с жиросодержащими продуктами на длительный период и нельзя допускать контакта до стерилизации при температурах выше 110 градусов. У ПЭНП высокая химическая стойкость и его используют в качестве упаковочного материала для различных химических веществ в том числе концентрированная серная кислота. Полиэтилен можно наполнять различными добавками для создания композиционных материалов, в этом случае можно использовать органические и неорганические наполнители. Например в полиэтилен добавляют крахмал и получают биоразлагаемые материалы.

ПЭВП - в связи с тем что у полиэтилена высокой плотности линейное строение, боковые цепи образуются, но в малом количестве и они короткие. Полимер, в связи с этим, более жесткий, менее воскообразный по сравнению с этиленом низкой плотности. Плотность ПЭВП равна 0.995-0.996 г/см3. прочность при растяжении и сжатии у ПЭВП выше, чем у ПЭНП, а относительное удлинение при разрыве сопротивление раздиру (фото)

Если быстро охладим пленку, то относительное удлинение 900%, а разрушение 8 МПА

Чем медленнее охлаждение пленки, тем больше разрушающее напряжение и меньше относительное удлинение при разрыве.

Проницаемость по газам у ПЭВП ниже, чем у ПЭНП т.е меньше пропускает газов в 3-5 раз. Водопроницаемость ПЭВП и ПЭНП близки и равны и равна 0,1%. По жиростойкости ПЭВП превосходит ПЭНП и следовательно его можно допускать до контакта с пищевыми продуктами с содержанием жира не более 15% в некоторых случаях до 20% на короткий период (до 7 дней - 10 дней), морозостойкость составляет -70 градусов.

Температура размягчения - 115-120 градусов, следовательно его можно допускать для получения упаковочных материалов, которые подвергаются стерилизации.

Лекция из Информационный чат

ПОЛИОЛЕФИНЫ

Полиэтилен

ПЭСД – по своим характеристикам находится между ПЭНП и ПЭВП. По структуре подобен ПЭВП, т.е. имеет линейную структуру, но при этом имеет более длинные боковые ответвления, чем у ПЭВП.

ЛПЭНП – свойства линейного ПЭ тоже являются промежуточными между ПЭНП и ПЭВП, но из-за более однородного распределения фракций по молекулярному весу по свойствам приближается к ПЭВП. ЛПЭ обладает более высокой химической стойкостью в сравнении с ПЭНП, лучше эксплуатируется при различных температурах, обладает повышенной устойчивостью к проколам и раздирам. Применяется для производства растягивающихся, усадочных и стреч-пленок.