Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологические добавки в процессах переработки полимерных композиционных материалов. Учебное пособие.pdf
Некоторые рецептуры, рекомендуемые для использования
Фарм-
Изделия
получаемые
Кредитная карта
Верх-
Внут-
Сополимер ви-
Модификатор
Монтановый
Жирные кис-
1
Амидный воск
0,2
0,2
0,2
ПММА про-
смазок в ПВХ, представлены в табл. 4.1-4.5. Конечно, во всех этих
случаях необходима дополнительная стабилизация соответствующей
добавкой.
Таблица 4.1 Рекомендуемые смазывающие рецептуры для каландро-
вых пленок (жесткий ПВХ, оловосодержащий стабилизатор), % мас.
Смазка Мебель
нилхлорида и
аллилхлорида
ударной вязкости
воск / комплексные
сложные эфиры
лоты / сложные эфиры
жирных кислот
ацепти-
ческие
изделия
10-20
термофор-
мованием
20-
50
40 20
ний
слой
ренний
слой
5 8 5 5 10 10
0,5 0,5 0,4 0,5 0,5
0,4-1 0,4-1 0,4-1 0,4-
0,6 0,6
цессинговая
добавка
51
Таблица 4.2 Рекомендуемые смазывающие рецептуры для оконных
В стабили-
заторе
В стабили-
заторе
Полиолефиновый
воск
Жирные кислоты /
жирных кислот
ПММА процессинговая добавка
В стабили-
заторе
Окисленный ПЭ
воск
Полиолефиновый
воск
Жирные кислоты /
жирных кислот
ПММА процессинговая добавка
профилей, % мас.
Смазка Ca/Zn Ca/Zn Pb Sn
Стеарат кальция
0,4 1,0
Монтановый воск 0,3 0,3 0,3
Окисленный ПЭ воск 0,1 - 0,1 -
0,1 0,1 - 0,6
Парафин - - - 0,6
сложные эфиры
0,2+0,5 0,2 - 0,5
2,0 2,0 - -
Таблица 4.3 Рекомендуемые смазывающие рецептуры для труб, % мас.
Смазка Ca/Zn Pb Sn Sn
Стеарат кальция
0,3 0,8 1,5
0,2 0,3
Парафин 0,5 (0,2) 1,2 0,8
сложные эфиры
0,2 0,2
0,6 0,2
(1,0)
52
Таблица 4.4 Рекомендуемые смазывающие рецептуры для фитингов,
Монтановый воск/ комплексные сложные
эфиры
Жирные кислоты / сложные эфиры жирных кислот
Термо-
ка, Ca\Zn
Рукавная
Ca\Zn
Модификатор ударной
вязкости
В стабилиза-
торе
В стабилиза-
торе
Жирные кислоты /
ных кислот
ПММА процессинговая
добавка
% мас.
Смазка Pb Sn
Стеарат кальция 0,4 0,5
0,5 0,5
0,5 1,0
ПММА процессинговая добавка 1,0
Таблица 4.5 Рекомендуемые смазывающие рецептуры для пластифи-
цированного ПВХ, % мас.
Смазка
усадочная
каландро-
ванная плен-
Пластификатор 10 10 60
Стеарат кальция
сложные эфиры жир-
0,2-1,0 0,2-1,0
1,0 1,0
термо-
усадочная
пленка,
Оболочка
кабеля, Pb
6,0
0,4
53
4.2. Смазки для стирольных полимеров
Стирольные полимеры поставляются почти исключительно в
виде готовых к переработке гранул. Они содержат все необходимые
добавки. Если их следует подготовить в смесителе-компаундере,
например, для окрашивания или специальной модификации (антипиреном или антистатиком), то можно оптимизировать перерабатываемость с помощью добавления на этой стадии смазки. АБС-пластик
является хорошим примером такой практики.
Добавки, улучшающие текучесть, вводятся в полистирол в
концентрациях до нескольких процентов. Обычно используются бутилстеарат, диоктилфталат или жидкие парафины. Съем с формы дополнительно улучшается за счет добавления небольшого количества
стеарата цинка или амидного воска. Последний продукт находится в
виде мелкого порошка и обычно подается и смешивается с гранулами
в барабанном смесителе, потому что он оказывает благоприятное воздействие на транспортировку (запитку) гранул.
В процессах переработки АБС-пластика применяются амидный воск и металлические мыла, в основном стеарат цинка, в больших
количествах. Действие смазок в АБС похоже на их действие в ПВХ:
моностеарат глицерина и амидный воск действуют как типичные
внутренние смазки, значительно снижая температуру размягчения по
Вика (2 % добавки примерно на 5 °С). Стеариновая кислота и ее ме-
таллические мыла занимают промежуточное положение. Как эффективные смазки для съема с формы окисленные ПЭ воски, сложные
эфиры пентаэритритола и жирных кислот и монтановые воски обеспечивают очень хорошие смазывающие эффекты, вызывая при этом
только небольшое ухудшение температуры тепловой деформации.
Добавление их в количестве всего 0,5% увеличивает температуру
прилипания примерно на 20 °С.
Следует отметить, что антистатические вещества, часто используемые в стандартных полимерах (например, этоксилированные
жирные амины, полярные сложные эфиры жирных кислот и алкансульфонаты), имеют заметное смазывающее действие. Это необходимо учитывать при рассмотрении рецептур.
54
4.3. Смазки для полиолефинов
Полиолефины сами по себе перерабатываются относительно
легко, поэтому для них в большинстве случаев не требуется применение смазок. Однако стеараты кальция или цинка, используемые в качестве поглотителей кислот в ПЭВП и ПП, а также свободная стеариновая кислота, образуемая при реакции нейтрализации хлорид-ионами
катализаторов Циглера, влияют на текучесть и съем с формы.
Низкомолекулярные ПЭ или ПП воски иногда используются в
качестве внутренних смазок в ПЭ или ПП для увеличения показателя
текучести расплава. Другое целевое применение состоит в нормализации повторно перерабатываемого вторичного полимера. Исследования
показали, что добавление 2–3 % ПЭ воска не уменьшает сопротивления расстрескиванию под действием окружающей среды, а в случаях
больших изделий, получаемых методом литья под давлением, может
фактически его увеличивать. Это качество может объясняться уменьшением количества замороженных внутренних напряжений за счет
лучшей текучести полимера.
ПЭ воски не полностью совместимы с ПП, поэтому они могут
действовать как сильные внешние смазки, вызывая при этом сверхсмазывание. В таких случаях вместо них должны использоваться ПП
воски. Амидный воск используется в качестве внешней смазки при
получении ленты из ПЭВП. Он облегчает экструзию, а также уменьшает сопротивление трению лент при дальнейшей переработке.
Обычно применяемая концентрация составляет от 0,3 до 0,5 %.
Моностеарат глицерина и этоксилированные жирные амины с
длиной цепи от С
до С18 не только действуют как антистатические
12
агенты, но также обеспечивают внешний смазывающий эффект в
пленках и литьевых изделиях. Концентрация добавки колеблется от
0,1 до 0,5 %. Очень заметное смазывающее действие при очень низкой
концентрации (от 0,05 до 0,15 %) проявляют алкансульфонаты натрия
с длиной цепи от С
до C18.
16
Технологические проблемы, возникающие при высокоскоростной экструзии ЛПЭНП, приводят к дефектам поверхности полимерной пленки, известным как акулья кожа: в результате очень высокого давления расплава в передней части шнека происходит износ,
связанный с адгезией. Решение этой проблемы заключается в созда-
55
нии непрерывно восстанавливаемого покрытия поверхности перерабатывающего оборудования фторполимером.
В ПП внешние смазки иногда используются в качестве добавок, облегчающих съем с формы. Возможно использование в количестве от 0,1 до 0,5 % частично омыленных монтановых восков и сложных эфиров жирных кислот в армированном тальком ПП. Оптимальный эффект обеспечивается в том случае, когда наполнитель предварительно обрабатывается воском в скоростном смесителе.
Скользящие агенты вводятся в основном в пленочные марки
полимеров, при этом их концентрация составляет 0,1 %. Амид олеиновой кислоты и эрукамид вызывают похожие эффекты. Добавка вводится либо производителем полимера в экструдер при гранулировании, либо переработчиком - в виде концентрата. В последнем случае
можно объединить скользящий агент в любом желаемом соотношении
с антиблокирующим агентом, тем самым скорректировав скольжение
готового изделия.
4.4. Смазки для конструкционных термопластов
Конструкционные термопласты, такие как полиамид, поликарбонат, полиалкилентерефталат, полиоксиметилен, полифениленоксид
и термопластичный полиуретан, в основном перерабатываются литьем
под давлением. Именно поэтому при оптимизации их технологичности в первую очередь рассматривают съем с формы. Кроме того, очень
важным является улучшение текучести. Требования к смазкам в конструкционных пластиках могут значительно отличаться от требований
к свойствам смазок, необходимых для рассмотренных ранее полимеров.
Химическая реакционная способность упомянутых конструкционных пластмасс, а особенно их восприимчивость к гидролизу, делает их чувствительными к кислотным и/или щелочным компонентам
рецептуры. Это в некоторых случаях ограничивает использование металлических мыл и карбоновых кислот. Из-за высоких температур переработки и эксплуатации единственными добавками, подходящими
для конструкционных термопластов, являются добавки с хорошей
термостойкостью и низкой летучестью даже при высоких температурах.
56
Для аморфных пластиков во многих случаях крайне важна высокая прозрачность. Требование к чрезвычайно хорошей совместимости, а также к активности на границе раздела фаз очень ограничивает
количество подходящих смазок. Другим важным требованием к смазкам является низкая миграция вследствие более высоких температур
эксплуатации и более сложных технических применений, а также
необходимости долгого срока службы готовых пластиковых изделий.
Предпочтительными смазками для некоторых конструкционных пластиков являются производные монтановой кислоты. Они
обеспечивают хорошие съем с формы и текучесть, необходимую совместимость и очень высокую термостойкость. Их стойкость к миграции является превосходной. Однако их использование ограничено
чрезмерно низкими значениями температуры помутнения или их собственным, не чисто-белым цветом.
Вместо глицеридов жирных кислот, обычно используемых в
ПВХ, в некоторых конструкционных пластиках предпочтительны
сложные эфиры пентаэритритола благодаря их высокой термостойкости. Они схожи с высокомолекулярными сложными эфирами монтановой кислоты, но длина алкильных цепей, которая определяет смазывающий эффект, у них меньше (максимум 22 атома углерода). Это
приводит к более высокой растворимости и, как следствие, к меньшему отрицательному действию на прозрачность, чем в случае производных монтанового воска.
Монтанат натрия оказывает значительный нуклеирующий эффект в частично кристаллических пластиках, что в сочетании с его
хорошим антиадгезионным эффектом приводит к сокращению цикла
литья под давлением.
В полиамидах стеараты металлов и амидный воск до сих пор
преобладают в качестве основных смазывающих добавок. В марках,
армированных стекловолокном, сложный эфир этандиола и монтановой кислоты улучшает механические свойства, и этот факт, вероятно,
объясняется с точки зрения лучшего распределения стекловолокна.
В армированном поликарбонате (ПК) подобный эффект достигается при использовании стеарилстеарата. Пентаэритритолстеарат в
основном используется при производстве прозрачных изделий из поликарбоната. Окисленные ПЭ воски также обеспечивают очень хороший антиадгезионный эффект смазки в ПК; парциальным сложным
эфирам сорбитола приписывают эффект улучшения цвета.
57
В полиэтилентерефталате (ПЭТ) и полибутилентерефталате
Термо-
Улучшение
1 2 3
4
Монтановый воск
Амидный воск
Окисленный ПЭ
воск
Монтановый воск
Восковые сложные
эфиры
ПЭ воск
Полиоловый воск
Сложные эфиры
полиолов
Восковые сложные
эфиры
(ПБТ), помимо сложных эфиров жирных кислот триметилолпропана
или пентаэритритола и сложных эфиров монтановой кислоты, используются также содержащие металлические мыла сложные эфиры монтановой кислоты, особенно в армированных стекловолокном марках.
Монтанат натрия в дополнение к своему нуклеирующему эффекту
обеспечивает также скользящий и антиблокирующий эффект в пленках из ПЭТ. В полацеталях (ПОМ), помимо амидных восков, в качестве состабилизаторов в основном используются металлические мыла
благодаря их эффекту связывания кислот. Для очень прозрачного полиметилметакрилата (ПММА) предпочтительно использовать сложные эфиры стеариновой кислоты и полиолов, потому что монтановые
воски вызывают чрезмерное замутнение этого материала. В термопластичных полиуретанах амидный воск оказывает очень хороший антиадгезионный эффект, однако при этом он очень склонен к миграции.
Если замугнение не является важным, то предпочтительно использовать сложные эфиры монтановой кислоты.
В табл. 4.6. представлены основные типы смазок, применяемых в термопластах различной природы
Таблица 4.6 Назначение и действие классов смазок в различных тер-
мопластах
пласты
Стирольные
пластики
текучести
Съем с формы Диспергирование
Амидный воск
Монтановый воск
Сложные эфиры
полиолов
58
Продолжение табл. 4.6
1 2 3
4
-
Монтановый воск
Монтановый воск
Сополимерный
Амидный воск
Сложные эфиры п
лиолов
Восковые сложные
эфиры
Металлические
мыла
Монтановый воск
Монтановый воск
Сложные эфиры полиолов
ПЭ воск
Восковые сложные
эфиры
Восковые сложные
эфиры
Монтановый воск
Монтановый воск
Амидный воск
Амидный воск
Комплексные сло
ные эфиры
Окисленный ПЭ
воск
Сложные эфиры полиолов
Сложные эфиры
полиолов
Восковые сложные
эфиры
Жирные
Монтановый воск
Монтановый воск
Монтановый воск
Восковые сложные
эфиры
ПЭ воск
Окисленный ПЭ
Сложные эфиры
полиолов
Восковые сложные
эфиры
ПП (арми
рованный)
ПЭТ/ПБТ
ПОМ
воск
о-
Монтановый воск
Сложные эфиры
полиолов
Монтановый воск
Сложные эфиры
полиолов
Амидный воск
ж-
Сложные эфиры
полиолов
ПК
кислоты
Сложные эфиры
полиолов
59
1 2 3
4
ПА
Монтановый воск
Монтановый воск
Монтановый воск
Амидный воск
Сополимерный
воск
Сложные эфиры
полиолов
Сополимерный воск
Металлические
мыла
Восковые сложные
Восковые сложные
эфиры
Сложные эфиры
полиолов
Сложные эфиры полиолов
Восковые сложные
эфиры
Монтановый воск
Монтановый воск
Комплексные сложные эфиры
Амидный воск
Сложные эфиры п
лиолов
Комплексные
сложные эфиры
Сложные эфиры
полиолов
Окончание табл. 4.6
ТПУ
эфиры
о-
4.5. Примеры применения технологических добавок
в процессах переработки древесно-наполненных композитов
Смазки играют очень важную роль в процессах экструзии
(и литья под давлением) полимерных материалов. Ведь большая часть
мощности привода расходуется именно на преодоление сил трения,
возникающих при движении частиц рабочей смеси внутри цилиндра
экструдера. От качества подбора смазок значительно зависят производительность оборудования для переработки композитов и конечные
свойства получаемых изделий – внешний вид, прочность и долговечность. Характер и параметры течения процесса экструзии зависят от
конструкции и размеров шнека и цилиндра (рис. 4.1).
60