Основные компоненты пластмасс

Пластмассы как многокомпонентные системы

Пластические массы – представляют собой многокомпонентные системы, в которых полимер связывает в единое целое другие компоненты системы.

Кроме полимера в состав полимерных композиций входят:

· Наполнители

· Стабилизаторы

· Пластификаторы

· Красители

· Смазки и т д

I. Наполнители:

Н вводят для:

• Улучшения каких-либо свойств
• Снижения усадки
• Снижения стоимости композиции

В зависимости от характера взаимодействия с полимером Н делят на: инертные и активные

Инертные не изменяют свойства полимера, но снижают стоимость.

Активные – улучшают свойства, но могут увеличивать стоимость (мет. стружка для ремонта литых мет изделий; полимеробетоны (смола+гранит, кварц, стекловолокно), которые используются для получения строительных материалов и дорожных покрытий; фундамент и опалубка на основе ДСП, пропитанных смолой и покрытых слоем ПО).

К наполнителям предъявляют следующие требования:

· Способность смешиваться с полимером с образованием системы с заданной степенью однородности (мелкие склонны к агломерации)

· Способность смачиваться расплавом или раствором полимера

· Стабильность свойств в процессах хранения, переработки и эксплуатации

· Доступность и дешевизна – для инертных

· Низкая абразивность

Н могут находится в твердом, жидком или газообразном агрегатном состоянии.

A. Порошкообразные Дисперсные наполнители повышают жесткость и теплопроводность полимеров, но при этом снижают их прочность.

(до 90% в ЭД (дисперсные)) наполнители в свою очередь делят на органические и неорганические.

К органическим относятся древесная мука, которая имеет низкую стоимость, но так же и невысокую тепло, влаго и хим. стойкость; сажу (или тех. углерод) (для повышения тепло и хим. стойкости), измельченный кокс и графит.

К неорганическим относят мел, каолин, тальк, слюду, диоксид кремния и титана (песок) и силикаты (асбест), фториды и сульфаты бария, порошки и стружка металлов (которые повышают тепло и хим стойкость, а так же электропроводность- используют в узлах трения и для ремонта раковин и трещин)

Самым широко используемым наполнителем является карбонат кальция (мела). Минерал, добываемый в различных месторождениях, отличается по составу и чистоте. Поэтому он подбирается соответственно каждому конкретному применению: кабельные пластикаты, трубы, краски, пленки.

Мел хорошо воспринимает поверхностную обработку различными агентами, позволяя производить широкий спектр марок карбоната кальция, действующих не только как наполнители, но и как функциональные добавки.

Существуют марки, предназначенные для замещения некоторых красителей, улучшения текучести стеклонаполненного нейлона, повышения проницаемости к газам, снижения усадки, матирования поверхности, улучшения износостойкости или предоставления слипания пленки.

При переработке и эксплуатации изделий из наполненных материалов очень важны стойкость к термокислотному старению и светостабильность. На эти параметры очень сильно влияет содержание металлов в композите. Наполнители (карбонаты и силикаты) содержат небольшие количества железа, магния и меди, которые действуют как катализаторы термо- и светодеструкции полимеров, что приводит к снижению физико-механических свойств.

Исследовательские отделы крупных компаний – производителей наполнителей – разрабатывают ультрамикродисперсные наполнители – нанокомпозиты с размерами частиц, измеряющихся в нанометрах. Диоксид титана, например, с размером частиц порядка 20 нанометров используется в качестве УФ-стабилизатора длительного действия для парниковых пленок.

1. Оптимальная концентрация наполнителя определяется, исходя из концентрационных зависимостей наиболее важных эксплуатационных характеристик материала.

2. При определении оптимальных размеров частиц наполнителя учитывают склонность частиц к агломерации с увеличением степени дисперсности. Так же увеличивается вязкость системы при введении наполнителя. Обычно размер 1-15 мкм (не более 40 мкм). Наполнители должны иметь развитую удельную поверхность и наименьший размер частиц.

3. Поверхность наполнителя влияет на свойства и структуру связующего:

· Активные функциональные группы поверхности наполнителя взаимодействуют с активными группами макромолекул термопластов.

· Макромолекулы в расплаве адсорбируются на поверхности частиц наполнителя и существенным образом изменяют свои конформации.

· В наполненных системах образуются граничные слои между наполнителем и полимером, которые имеют свойства отличные от основного объема.

· В кристаллизующихся системах поверхность наполнителя оказывает стимулирующее действие на образование зародышей кристаллизации.

Дисперсные наполнители обладают высокой поверхностной энергией, которую регулируют с помощью поверхностной обработки.

Дисперсные наполнители обрабатывают жирными кислотами. Это позволяет:

1. Уменьшить агрегацию частиц наполнителя.

Отсутствие крупных агрегатов пигмента и низкая вязкость расплава позволяют повысить производительность оборудования и улучшить физ-мех свойства КМ, за счет отсутствия концентрации напряжений.

2. Повысить совместимость наполнителя с неполярным полимером, за счет того, что жирные кислоты делают поверхность наполнителя гидрофобной, в результате чего вода не мигрирует к поверхности наполнителя, и не уменьшает площадь контакта полимера с наполнителем.

3. существенно снизить водопоглощение при хранении наполнителя.

4. Уменьшить вязкость расплава, за счет того, что обработанный наполнитель намного легче распределяется в матрице полимера. Это снижает нагрузку на оборудование, предотвращает механодеструкцию.

5. Предотвратить адсорбцию наполнителем полярных добавок – антиоксидантов, стабилизаторов, антипиренов.

• Можно модифицировать не только наполнитель, но и полимер или и полимер и наполнитель. Для производства наполненных конструкционных материалов широко используются системы на основе органосилоксанов, химически взаимодействующих с наполнителем и матрицей.

• К добавкам, вводимым во время переработки, относятся химически модифицированные полимеры – компатибилизаторы (агенты, повышающие совместимость). В качестве примера можно привести полиолефины, малеинированные или модифицированные акриловой кислотой. Малеинированные сополимеры получают методом реакционной экструзии полиолефинов с малеиновым ангидридом и пероксидом, акриловые – путем сополимеризации акриловой кислоты с соответствующим мономером.

4. Абразивный износ оборудования зависит от твердости перерабатываемого наполнителя. Наибольший износ вызывают кварц, шпаты и доломит.

В. Зернистые наполнители – это полые сферы, чешуйки и гранулы различной формы из стекла, углерода, полимеров (от 2 до 500 мкм). Придают коррозионную стойкость; благодаря наличию граней, изменяют оптические свойства; регулируют коэффициент трения (ув-ют); уменьшается плотность (в случае использования полых сфер), улучшаются теплоизоляционные свойства.

"Производство облегченных SMC материалов с включением стеклянных микросфер"

Главная» Публикации» Просмотр информации

Повышающаяся необходимость уменьшения веса автомобиля связана с законом о потреблении топлива для различных типов автомашин. Использование стеклянных микросфер позволяет уменьшить вес полимерных листовых (SMC) и объемных (BMC) материалов до 30%- заявляет Boris Gregl из 3M Laboratories (Европа), GmbH. Производители автомашин начали вводить стеклянные шарики Scothlite Glass Bubbles в SMC и BMC материалы для молдинга в конце 70-х годов. После разработки компанией 3М новых более прочных стеклянных микросфер, производители деталей автомашин стали вводить их добавку во все возрастающее количество деталей из пластика. Добавка стеклянных микросфер в среднем позволяет уменьшить плотность стандартных SMC/BMC материалов до 1.3 г/см³ и менее в зависимости от химического состава исходного материала. Типы микросфер градуируются в зависимости от их применения и позволяют уменьшить плотность полимерного материала на определенное значение. Некоторые из микросфер производятся компанией 3M специально для термосмол, а некоторые – для термопластов. Другие типы достаточно прочны для их введения в состав материалов молдинга, получаемых реакцией прямого впрыска (RIM) или полимерного трансфера (RTM). Scothlite Glass Bubbles – полые микроскопические сферы изготовленные из водонерастворимого химически устойчивого боросиликатного стекла. производится более 20 различных типов стеклянных микросфер, различающихся по плотности, механическим свойствам и размерам. Химический состав стекла запатентован, по свойствам оно располагается между высокотемпературным стеклом Pyrex и оконным стеклом. Scothlite Glass Bubbles в среднем имеют диаметр около 60мм для серии K и около 30мм для серии S. Толщина стекла микросферы, определяющая силу изостатического давления для каждого отдельного класса микросфер, тесно связана с плотностью, которая тщательно контролируется в ходе процесса изготовления. Технология позволяет создавать модельный ряд микросфер начиная от наименее плотных (0.125 г/см³, выдерживают давление 17 бар) до наиболее плотных (0.6 г/см³, выдерживают давление 690 бар). При использовании микросфер Scothlite Glass Bubbles с существующими полимерными составами необходимо учитывать давление, используемое при формовке детали. В зависимости от нужд потребителя, объемный процент микросфер может доходить до 30% от общего объема получаемого состава. При расчете максимального объемного процента (30%) в расчет принималось то, что вязкость получаемого материала должна соответствовать вязкости исходного и одинаковые объемные проценты содержания стекла. При приготовлении пасты SMC/BMC нельзя использовать сильно измельчающие миксеры. Смешивание микросфер со смолой не требует специального оборудования, модифицированных смол и дополнительных связывающих реагентов за исключением приготовления составов с высокой плотностью, где в качестве наполнителя используется тальк или карбонат кальция. Scothlite Glass Bubbles не служат для повышения прочности состава, при добавлении объемное количество стекловолокна в составе должно оставаться близким к исходному. Кроме того, микросферы следует добавлять при тщательном перемешивании на последнем шаге приготовления полимерного состава. Уменьшение плотности состава связано с тем, что, несмотря на большую плотность стекла по сравнению со смолой, микросферы содержат вакуумные полости, при учете объема которых конечная плотность состава уменьшается. Использование микросфер снижает вес SMC детали на 30%. Вес материала (и впоследствии детали) может быть уменьшен не более чем на 10-20%, если при его формовке используется высокое давление. В качестве добавки при этом используются микросферы с большей толщиной стеклянной стенки. Вес многих деталей не может быть сильно снижен согласно общим техническим требованиям. По этой причине вес деталей салона автомобиля может быть значительно ниже (большее содержание микросфер) по сравнению с весом изготовленной из термопластика четвертичной несущей панели. Тем не менее, уменьшение массы детали не является единственной причиной добавки стеклянных микросфер к общему полимерному составу. Добавка соответствующих типов Scothlite Glass Bubbles к полимерному составу позволяет увеличить его пространственную стабильность и устойчивость к нагреванию. Итак, современные технологии позволяют значительно уменьшить вес SMC/BMC деталей. Тем не менее, в промышленности существует необходимость дальнейшего облегчения деталей с сохранением их механических, физических и эстетических характеристик. В последние несколько лет активно ведется разработка новых полимерных SMC составов, обладающих низкой плотностью, поверхностью класса А и огнеупорными свойствами. При изготовлении облегченных SMC материалов исходный полимер с необходимым добавленным количеством стеклянных микросфер переносится из бака на подвижную конвейерную ленту и размазывается по ней гомогенным слоем. После этого сверху наносится стекловолокно и, затем, второй слой исходного материала. Конвейерная лента проходит через компрессионную зону (прессование), в результате чего происходит смачивание стекловолокна исходным полимерным составом. Для производства облегченных SMC деталей, обладающих поверхностью класса А, при приготовлении SMC состава верхний и нижний слои должны содержать разное количество Scothlite Glass Bubbles – один из слоев должен быть насыщен микросферами, в то время как в другом полимерном слое микросферы должны отсутствовать или находиться в очень малой объемной концентрации. После прессования деталь формуется таким образом, чтобы внешний слой являлся слоем с пониженным содержанием стеклянных микросфер. Использование стеклянных микросфер Scothlite Glass Bubbles наряду со средним уменьшением плотности для деталей с поверхностью класса А от 1.85 г/см³ до 1.3 г/см³ позволяет получать изделия с отличными поверхностными и физическими характеристиками. Даже ультра легкие SMC детали с плотностью 1.1 г/см³ обладают приемлемыми для производства физическими качествами. В настоящее время при спонсировании со стороны автомобильных концернов проводится исследование и разработка более легких SMC материалов, в связи с чем одной из основных задач компании 3M является производство новых типов стеклянных микросфер. На мировом автомобильном рынке спрос на ультра легкие SMC материалы, RIT, а также матовый укрепленный термопластик (GMT) постоянно увеличивается. В данный момент передняя панель кузова Renault Safrane и внутренняя шумовая защита двигателя для Mercedes E-Class являются серийными деталями, полностью выполненными из SMC материалов с добавкой стеклянных микросфер Scothlite Glass Bubbles.

С. Волокнистые наполнители Волокнистые наполнители позволяют повысить прочностные и деформационные характеристики. Однако такого же эффекта можно добиться и при использовании ультрамикродисперсных наполнителей за счет улучшенного взаимодействия между поверхностью наполнителя и макромолекул полимера.

(15-40% для термопластов, 30-80% для реактопл) делят на:

- непрерывное волокно

-рубленное волокно: длинноволокнистое (до 20-30 мм) и коротковолокнистое

В зависимости от длины волокна оно проявляет дисперсные или армирующие свойства (б. 3 мм).

В целом армирование позволяет значительно улучшить физико-механические свойства, тепло-, износо- и химическую стойкость и другие показатели пластмасс. При использовании волокон в виде непрерывных нитей получают изделия с исключительно высокими прочностными характеристиками.

В свою очередь волокна делят на органические, неорганические и синтетические.

Органические: хлопок (легко окрашивается, имеет хор. физ-мех и электроизоляцион. свойства, но выс. водопоглощение и низ. хим. стойкость, имеет низ. стоимость и доступность).

Неорганические: асбестовые и стеклянные волокна. (имеют выс. прочность, повышенную хим. стойкость, большую тепло- огне– и атмосферостойкость). Стеклянные волокна улучшают диэлектрические характеристики, но имеют низ. адгезию со связующим и при их переработке возрастает износ оборудования.

К неорганическим относятся так же волокна из кварца, базальта, нитрида бора, стали и других материалов. Они характеризуются высоким модулем упругости и прочности при растяжении. Но! Имеют высокую стоимость.

Синтетические волокна ПА, ПЭФ, ПАН, углеродные нити. Наполнение этими волокнами ув. коррозионную и хим. стойкость, снижает коэффициент трения и ув. износостойкость.

Углеродные нити (графитизированные волокна) получают при выдержке полимерного волокна в инертном газе при повышенной температуре

! Непрерывные волокна перед использованием очищают от замасливателей путем отжига, а затем подвергают аппретированию, что удлиняет и удорожает технологический процесс.

D Листовые наполнители (пропитка)

· бумага,

· шпон

· тканные и нетканые материалы (ткани, холсты, сетки, пленки, маты)

Материалы с такими наполнителями обладают анизотропией свойств (поскольку используются различные типы плетения и укладки их в пакеты), повышенными физико-механическими характеристиками, химической стойкостью, высокими электроизоляционными показателями.

Е. Газообразные наполнители (1-10%)

Резкое увеличение цен на полимерные материалы (ПМ) активизировало производителей продукции на поиски путей снижения затрат по этой статье. Решение этой проблемы возможно снижение расхода ПМ путем создания микроячеистой структуры ПМ.

Изделия с микроячеистой структурой получили достаточно широкое распространение (пенопласты, поропласты(открытые и закрытые поры), интегральные пенопласты. Эти материалы характеризуются малой плотностью, хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами

Преимущества использования технологии вспенивания для получения полимерных изделий состоят, в основном, в уменьшении количества дефектов(устранении утяжек и коробления) и снижении массы.

Недостатки такого метода – невозможность формования прозрачных деталей и некоторое снижение – по сравнению с монолитными изделиями – прочност и, которая уменьшается при возрастании степени вспенивания.

Кроме того ряд вспенивателей имеет высокую температуру разложения – выше температкры переработки полимера – это вызывает необходимость использовать активаторы разложения, позволяющие уменьшить эту температурную границу.

В качестве вспенивателей используют:

· различные газы (азот, водород, аммиак, диоксид углерода)

· низкокипящие углеводороды (пентан, изопентан)

· твердые органические и неорг. вещества, разлагающиеся с выделением газа (карбонаты аммония, натрия, порофоры и др.)

В связи с этим разделяют физическое и химическое вспенивание

1. Технология физического вспенивания ПМ при переработке имеет ряд преимуществ перед использованием химических вспенивателей, основные из которых – универсальность по отношению к сырью и более широкий диапазон плотностей получаемых вспененных композиций. Однако использование физического вспенивания не позволяет на существующем оборудовании обеспечить получение изделий с микроячеистой структурой.

2. Достаточно быстрый переход на производство высококачественных и облегченных изделий могут обеспечить только химические вспениватели, которые могут быть жидкими или гранулированными.

Жидкие вспениватели, ввиду сложности их применения, мало используются в производстве изделий из ПМ.

Наибольшее распространение получили гранулированные вспенивающие концентраты. Их преимущества заключаются прежде всего в простоте дозирования, удобстве хранения, а также в том, что их можно вводить на стадии смешения ПМ с другими гранулированными функциональными добавками. Особенность их применения состоит в том, что для каждого вида ПМ необходимо использование специального гранулированного пенообразователя (порофора).

Концентрат вспенивающий полиэтиленовый используется для снижения брака, для устранении усадки и утяжек при литье под давлением изделий из полиэтилена и полипропилена, что особенно эффективно при производстве крупногабаритных изделий. Для этих целей рекомендуется введение 0,5–1,2% концентрата, при этом параметры технологического режима и прочностные характеристики изделия практически не изменяются, хотя при этом уменьшается плотность ПМ.

Для получения облегченных изделий, при котором расход сырья снижается на 20–25%, необходимо вводить 3–5% пенообразователя, но при этом требуются некоторые изменения в технологическом режиме:

• увеличение времени охлаждения изделия, так как с увеличением газовой фазы в материале его теплопроводность уменьшается;
• температура первой зоны материального цилиндра не должна быть выше температуры разложения порофора, чтобы не произошло преждевременного вспенивания материала;
• уменьшение дозы впрыска, которая зависит от требуемой плотности изделия и в каждом конкретном случае подбирается опытным путем;
• уменьшение давления впрыска.

Конструкции литьевой машины и пресс-формы имеет ряд специфических особенностей:

• подводящие литники должны быть расположены с тонкостенных частях отливок, а не в толстостенных, как при литье монолитных изделий из ПМ;
• выталкиватели большей площади должны быть установлены также в тонкостенных местах изделий;
• объем оформляющей полости пресс-формы в большинстве случаев может превосходить номинальный объем впрыска литьевой машины;
• оформляющая полость пресс-формы, удаленные от литника зоны и «глухие» места должны иметь развитую вентиляционную систему.

Накопленный опыт использования вспенивателей позволяет сделать вывод о возможности применения этих материалов при производстве значительно большего ассортимента литьевых и экструзионных изделий. И как было отмечено, практическое использование для этих целей химического вспенивания с помощью гранулированных вспенивающий концентратов не требует вложения значительных средств в переоборудование производства, что является особенно привлекательным в условиях мало- и среднесерийного производства изделий из ПМ.

F. Жидкие наполнители

Используют воду и минеральные масла.

Воду в больших количествах используют для получения жестких материалов из полиэфирных смол (за счет усиления межмолекулярного взаимодействия под действием водородных связей), а в малых – как пластификатор.

Минеральные масла используют как всплывающие добавки для сохранения слоя смазки на поверхности трения.

II. Пластификаторы:

П вводят для повышения пластичности материала при переработке и эластичности при эксплуатации.

Их действие основано на уменьшении межмолекулярного взаимодействия между полимерными молекулами.

Введение пластификаторов

· облегчает формование изделия, снижая температуру переработки

· увеличивает его морозостойкость,

· облегчает смешение полимера с другими ингредиентами

· увеличивает эластичность при эксплуатации

Пластификаторами могут служить как низкомолекулярные так и высокомолекулярные соединения.

Наиболее часто используют сложные эфиры различных кислот (фталаты: дибутифталат, трикрезилфосфат, диэтилфталат) и низкомолекулярные полиэфиры.

К пластификаторам предъявляют следующие требования:

· совмещение с полимерами

· нелетучесть

· отсутствие запаха

· химическая стойкость

· невозможность экстрагировать пластификатор из полимера моющими средствами, растворителями и маслами

· нетоксичность

· доступность и низкая стоимость

Эффективность П оценивают по количеству его, необходимому для достижения заданных свойств.

III. Стабилизаторы:

В процессе переработки полимеров и эксплуатации изделий происходит ухудшение их физико-механических свойств в результате протекания процессов старения.

Обычно при старении наряду с деструкцией происходит структурирование цепей макромолекул, которое приводит к уменьшению эластичности, повышению жесткости, а соответственно и хрупкости материала.

Стабилизаторами называют вещества, используемые для повышения устойчивости полимерных композиций к действию различных факторов (тепла, радиации, О2, О3, мех. нагружения и.т.д.) в условиях эксплуатации изделий.

Они делятся на:

- антиоксиданты – предотвращают термическую и термоокислительную дестукцию;

- антиозонанты – предотвращают озонное старение;

-светостабилизаторы – предотвращают фотоокислительную деструкцию; (Светостабилизаторы (УФ-адсорберы) поглощают энергию и расходуют ее на перестройку своих молекул)

- антирады – предотвращают радиационную деструкцию. (Антирады (энергетические губки) они поглощают энергию и рассеивают ее в виде тепла или флуоресценции)

Стабилизаторы вводят в полимер на стадии переработки в количествах, не превышающих 5%.

По механизму действия С делят на:

-блокирующие – в-ва (ингибиторы), которые реагируют со свободными полимерными радикалами на стадии их образования (NH2, OH);

-превентивные антиоксиданты – вещ-ва, способные вызывать разложение гидропероксидов, образующихся в полимере при окислении (сульфиды, тиофосфаты и др.)

На практике широко используется применение 2-х антиоксидантов, действующих по различным механизмам. Их действие в этом случае взаимоусиливается, что называют эффектом синергизма.

При выборе стабилизаторов принимают во внимание их доступность, стоимость и токсичность.

IV Смазывающие вещества (внутренние и наружные):

Вещества, применяемые для снижения липкости и предотвращения прилипания полимеров к рабочим поверхностям оборудования, за счет миграции к поверхностям полимера.

Смазывающие вещества уменьшают трение между частицами материала, следовательно увеличивают пластичность и текучесть композиции, облегчают диспергирование сыпучих добавок.

Придают поверхности пленок и других полимерных изделий большую гладкость, блеск, глянец. Уменьшают коэффициент трения готовых изделий. Вводятся в количестве до 1% от массы полимера.

Это парафины, воски, жирные кислоты (олеиновая, стеариновая), их соли (стеараты кальция, цинка и др.), твердые графитные смазки

Антислипы придают поверхности пленок шероховатость. Используются при производстве тары, мешков для упаковки сыпучих продуктов и прочих изделий, где шероховатость необходима. В качестве антислипа может использоваться сверхвысокомолекулярный полиэтилен.

Кроме смазок, вводимых непосредственно в композицию, применяют так же наружные смазки для оснастки (парафиновые, углеводороды, воски, силиконы).

V Сшивающие агенты: используют для создания в полимере трехмерной сетки, которая способствует увеличению прочности материала.

Тип отвердителя выбирают в зависимости от природы полимера и заданных свойств системы.

Если базовый олигомер характеризуется высокой реакционной способностью, то выбор отвердителей может быть весьма широким. При отверждении идут реакции взаимодействия функциональных групп олигомера с функциональными группами отвердителя.

В качестве отвердителей могут применяться как полифункциональные соединения (диамины, орг. кислоты, их ангидриды), так и пероксиды в сочетании с ускорителями и активаторами реакции полимеризации. В этом случае происходит распад инициатора на свободные радикалы, которые вызывают разрыв кратных связей олигомера, по которым и идет дальнейшее сшивание.

(Все реакции отверждения, присущие полимерным смола см. Кулезнев «Основы технологии переработки пластмасс с. 42-74).

Таким образом отверждающие системы включают в себя: 1. отвердители и катализаторы отверждения или 2. инициаторы отверждения с ускорителями.

1. Отвердители: это вещества, молекулы которых реагируют с функциональными группами олигомера и входят в структуру образующегося полимера.

Их применяют, когда у олигомера маленькое количество функциональных групп и они неспособны реагировать между собой.

Выбор отвердителя определяется типом функциональных групп отверждаемого олигомера.

Так для отверждения новолачных ФФС используют гексаметилентетрамин, ЭС отвеждают аминами и ангидридами карбоновых кислот.

Катализаторы отверждения: ускоряют взаимодействие олигомеров между собой или с отвердителями, не входят в структуру отверждаемого полимера.

Выбор катализатора так же определяется типом ф групп олигомера.

Катализаторами отверждения ФФС и КФС являются кислоты (сульфокислоты, серная, щавелевая).

При отверждении кремнийорганических олигомеров катализаторами служат органические соли металлов (натрий, калий, железо, кобальт), олово и титанорганические соединения.

2. Инициаторы отверждения – вещества, которые вызывают образование поперечных связей между молекулами олигомера по механизму радикальной полимеризации (пероксиды)

Ускорители разложения пероксидов, которые позволяют снизить температуру отверждения с 80-160 до 20 градусов. Это азотосодержащие соединения, применяемые в сочетании с пероксидом бензоила, или металлосодержащие соли (переменной валентности).

В отличие от отвердителей, количество инициаторов и катализаторов не связано с функциональностью олигомера и составляет 0,1–5 и 1-5% соответственно на массу полимера.

С целью увеличения жизнеспособности смол используют микрокапсулированные отвердители. Процесс отверждения начинается только после разрушения оболочки микрокапсул.

С той же целью применяют комплексы отвердителей, распадающиеся при нагревании близкой к температуре отверждении, с выделением активного продукта.

В целом отверждающие системы должны обеспечивать оптимальное сочетание жизнеспособности, скорости и степени отверждения полимера, растворятся в исходном полимере, быть нетоксичными, сохранять свои свойства длительное время до начала процесса отверждения.

VI Структурообразователи:

Это различные оксиды, карбиды, нитриды, соли органических кислот и др. соединения, которые вводят в полимер для создания определенных структур. Они играют роль искусственных центров кристаллизации и создают в полимере мелкокристаллическую структуру с улучшенными физико-механическими свойствами. Добавляют их в кол-ве (0,1-1,0%) от массы полимера. Большие количества приводят к образованию трещин.

VII Антипирены:

снижают горючесть полимеров. Это соединения, содержащие в своем составе ГАЛОГЕНЫ, ФОСФОР или АЗОТ

По механизму действия они могут:

1.препятствовать пиролизу полимера

2. образовывать слаболетучие негорючие газы, препятствующие воспламенению газов пиролиза.

VIII Антистатики:

препятствуют возникновению и накоплению статического электричества в изделиях из полимеров. В качестве антистатиков используют различные ПАВ-ы (амины, порошки металлов, графит, технический углерод).

Их действие основано на повышении электропроводности полимера, что обеспечивает утечку зарядов.

IIXАнтиблоки препятствуют слипанию готовых изделий, что особенно важно при производстве пленок.

Пакеты, изготовленные из пленки с добавлением антиблоков, легко раскрываются, а стенки пакета не слипаются. В качестве антиблоков используются кремневая кислота или амидные воски.

IX Нуклеаты увеличивают коэффициент светопропускания, повышая прозрачность пленок. Также нуклеаты оказывают влияние на надмолекулярную структуру полимера, делая ее более мелкозернистой, благодаря чему существенно сокращается время кристаллизации, и процесс охлаждения изделия осуществляется быстрее.

Нуклеаты применяются исключительно для полипропиленовых материалов.

В качестве нуклеатов используются бензоаты натрия или флуоресцентные органические вещества, поглощающие ультрафиолетовое излучение.

X Красители :

Применяют для получения окрашенных полимерных материалов. Для этой цели используют органические красители (лаки, жиро-, спирто-, водорастворимые красители и др.) и неорганические.

И те и другие могут быть в виде пигментов(остаются в виде мелких частиц), а могут быть в виде красителей (полностью растворяются в полимере)

Органические красители дороги (по сравнению с неорганическими), но позволяют окрашивать полимерные материалы в различные цвета ярких тонов. Экономичны. Достаточно небольших количеств красителя (0,01-1%). При их введении не происходит изменения механических и электрических свойств изделий, но возможна их миграция на поверхность изделия.

Из органических пигментов наиболее важными являются пигменты, имеющие молекулярно-кристаллическую структуру и отличающиеся нерастворимостью в окрашиваемых средах. К таким относятся азопигменты, фталоциановые пигменты, трифенилметановые и полициклические. Обладая более широкой гаммой ярких оттенков и большей красящей способностью, органические пигменты уступают неорганическим по термо-, свето- и атмосферостойкости, а также миграционной стойкости.

Неорганические красители имеют не широкую гамму оттенков и уступают органическим по красящей способности. Их требуется большое количество (до 10%). При использовании н.к. невозможно получение прозрачных окрашенных материалов. Среди неорганических пигментов наиболее часто используют диоксид титана, карбонат кальция, сажу, кадмиевые, кобальтовые, желеоокисные, хромовые пигменты, ультрамарин, литопон и др.

К красителям предъявляют ряд требований:

- высокая дисперсность (ч-цы 1-2- мкм)

-отсутствие склонности к миграции

-свето, термо, атмосферостойкость

-хим стойкость.

Вводят их в виде порошка, суперконцентрата (порошок, паста или гранулы), окрашивание может производится так же по поверхности полимера (пленки) или в водно-спиртовых растворах. Водно-спиртовые растворы при 90 градусах используют для окрашивания ПА и ПЭТФ, что позволяет получать плавные переходы и пастельные тона, чего трудно добиться при окрашивании суперконцентратами.

Окрашивание полимеров в массе путем добавления порошка красителя неудобно, так как это имеет ряд недостатков:

· неудовлетворительные оптические свойства окрашиваемого полимера,

· снижение механических показателей изделия,

· неоправданно высокий расход дорогостоящего красителя,

· трудность перехода от одного цвета к другому, вызванная чисткой оборудования.

В основном все перечисленные недостатки имеют одно объяснение – сложность полного диспергирования (распределения) красителя в объеме полимера. Частички красителя агрегируются (слипаются), что приводит к возникновению разводов, тусклости и неравномерности окраски.

Для предотвращения описанных выше проблем, а также улучшения условий труда при окрашивании пластиков используют суперконцентраты красителей.

Суперконцентраты представляют собой дисперсии пигментов в веществах, легко совмещающихся с окрашиваемым полимером. Другими словами, при использовании суперконцентрата в объем полимера вводится уже диспергированный порошок красителя. При переработке частицы красящего вещества будут легко и равномерно распределяться по всему объему будущего изделия, не слипаясь и не оседая в нижней части материального цилиндра.

В названии суперконцентратов приставка «супер» означает высокое содержание порошка красителя в красящей массе (до 90%). При этом наряду с суперконцентратами существуют просто концентраты красителей, которые содержат в своем составе до 20% пигмента. Производителям пластмассовых изделий более выгодно иметь дело с суперконцентратами, так как из-за высокого содержания пигмента их расход на производство значительно ниже.

В зависимости от способа получения конечный красящий продукт может быть в виде гранул, порошка, пасты или раствора.

В простейшем виде суперконцентрат красителя представляет собой систему из двух компонентов: пигмента и матрицы (связующего вещества). В качестве матрицы могут быть использованы практически все полиолефины, полиолефиновые воска, полистирол, твердые эпоксидные смолы и т.д. Выбор таких материалов определяет способ получения суперконцентрат – диспергирование в расплаве, для чего используют двухшнековые экструдеры.

Помимо перечисленных выше материалов, связывающим веществом могут быть пасты некоторых пластификаторов, стеорокс, а также латексы, в которые можно ввести пигмент путем перетира. Такой способ получения суперконцентратов аналогичен получению типографских офсетных красок на краскотерочных машинах.

При получении эмульсии пигмента в растворе полимера используют полистирол, полиуретан, поливинилацетат. В этом случае могут применяться лопастные смесители, миксеры и т.д.
Наиболее востребованы суперконцентраты, полученные методом диспергирования пигмента в расплаве полиолефинов, полиолефиновых восков и полистирола. Объясняется это прежде всего тем, что львиная доля перерабатываемых материалов – именно полиолефины.

Основные преимущества окрашивания в массе:

· сокращение технологических операций;

· качество окраски сохраняется весь период эксплуатации изделия;

· окрашенный слой не отслаивается из-за плохой адгезии или механических повреждений поверхности;

· окрашенный в массе материал не выгорает.

Преимущества использования суперконцентратов:

– возможность окрашивания полимера в любые цвета;

– высокое качество окраски;

– окрашивание может производиться на любом стандартном оборудовании без каких-либо дополнительных материальных и временных затрат;

– экологичность производства;

– простота введения необходимо количества суперконцентрата в расплав полимера;

– возможность быстрого перехода с одного цвета на другой.

К суперконцентратам предъявляется ряд требований:

1. Химическая стойкость к кислотам и щелочам (чистого колоранта и в смеси с полимером)
2. Устойчивость к миграции пигмента и обесцвечиванию (когда колорант рекристаллизуется на поверхности изделия)

· Орг пигменты нерастворимы в пластификаторах и поэтому мигрируют вместе с ними к поверхности изделия. Поэтому сложно окрашивать ПВХ пластикат и ПУ пластифицированный

· Если есть контакт изделия с орг растворителем, то колорант может вымываться с поверхности

· Если происходит контакт 2 пластм деталей, материал одной из которых пластифицирован, то тоже возможна миграция пигмента

1. Учитывать влияние колорантов на усадку и коробление изделия: орг пигменты действуют как центры кристаллизации для кристаллизующихся полимеров, а это изменяет прочностные свойства полимеров.

На коробление так же оказывает влияние форма частиц пигмента, которая влияет на форму образующихся надмолекулярных образований.

1. Токсикологические требования (только сертифицированные изделия могут находится в контакте с пищевыми продуктами)

· Кратковременной токсичности

· Хронической токсичности

· Мутагенности

· Эмбриональной токсичности

· Репродуктивной функции

· Экологической безопасности

1. Термическая стойкость (более 320 град температура переработки и использования)
2. Световая и атмосферная стойкость.

На данный момент имеется множество суперконцентратов, которые позволяют окрасить полимер практически в любой цвет и оттенок в пределах известной цветовой гаммы. Кроме того, появились суперконцентраты, позволяющие получить при окрашивании различные спецэффекты, от которых внешний облик изделий из полимеров существенно меняется.

К спецэффектам относятся перламутровые, флуоресцентные, опалесцирующие, фосфоресцирующие и радужные окраски полимеров. Добавки с такими эффектами используются в дорожных знаках, рекламе, спецодежде, игрушках и многих других изделиях, где важен визуальный эффект.
В суперконцентратах могут использоваться также флеки и флиттеры, как вкрапления в основную массу полимера волокон, чешуек или точек. С их применением возможно получать окраску «под горные породы» – мрамор, гранит и другие. Такие эффекты достигаются за счет того, что данные вкрапления являются окрашенными частицами полимеров с более высокой температурой плавления, чем окрашиваемый материал

Дата добавления: 2014-01-03