CC BY
34
УДК: 678.742.2:539.4
Дудочкина Е.А., Лямкин Д.И., Рудаков Г.Ф., Жемерикин А.Н., Черкашин П.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СМЕСЕЙ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Дудочкина Екатерина Александровна, аспирант кафедры химической технологии высокомолекулярных соединений; e-mail: [email protected];
Лямкин Дмитрий Иванович, к.т.н., доцент кафедры химической технологии высокомолекулярных соединений; Рудаков Геннадий Федорович, старший преподаватель кафедры химической технологии органических соединений азота;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Жемерикин Александр Николаевич, к.т.н., директор
Черкашин Павел Александрович, главный технолог
ООО «Полимерформация», Москва, Россия
Исследование высоконаполненных полимерных композиций на основе полиолефинов является актуальной задачей современной науки и техники. В настоящей работе исследовано влияние смесей стеарата кальция и стеариновой кислоты на реологические и технологические свойства высоконаполненных полиолефиновых композиций
Ключевые слова: полиолефины, высоконаполненные композиции, модифицирование, реологические свойства.
POSSIBILITY OF MODIFICATORS MIXES USE STUDY FOR IMPROVEMENT OF TECHNOLOGICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF HIGH-FILLED POLYETHYLENE COMPOUNDS
Dudochkina E.A., Lyamkin D.I., Rudakov G.F., Jemerikin A.N.,* Cherkashin P.A.* D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia * Polimerformacia joint stock Company, Moscow, Russia
Study of high-filled compound on base ofpolyolefin is actual problem of modern science and technics. In this paper we investigated the effect of calcium stearate and stearic acid mixes on high-filled polyolefin compounds rheological and technological properties
Keywords: рolyolefin, high-filled compounds, modification, rheological properties.
Высоконаполненные полимерные композиции привлекательны не только с точки зрения снижения сырьевой себестоимости и возможности утилизации вторичных полимеров, но и благодаря улучшению ряда эксплуатационных свойств [1-3]. Однако использование высоконаполненных полиэтиленовых композиций встречает ряд трудностей, связанных с их плохой перерабатываемостью, из-за низких значений показателя текучести расплава (ПТР), а также вследствие недостаточного уровня механических и, прежде всего, деформационных свойств. Введено даже понятие «межструктурного наполнения», когда частицы наполнителя
располагаются между кристаллитами, что приводит к увеличению локальной степени наполнения в аморфных областях по отношению к общей степени наполнения и вызывает резкое ухудшение деформационных свойств. Известно, что для улучшения технологических и механических свойств наполненных полиолефинов предлагается дополнительно вводить небольшое количество твердых пластификаторов (5 - 10 мас.%), в частности, сополимера этилена с винилацетатом [36]. Однако эти способы не обеспечивают
существенного улучшения деформационных
свойств.
Для регулирования технологических свойств наполненных полиолефинов используются органические кислоты: стеариновая, олеиновая и итаконовая [4-11]. Введение органических кислот способствует повышению текучести за счет более однородного распределения наполнителя, но при этом эластичность композиции остается низкой, близкой к уровню немодифицированной системы [12].
Одновременное использование стеариновой кислоты с другими технологическими добавками, в частности стеаратом кальция, хорошо известно для композиций на основе поливинилхлорида [13, 14], но практически не используется для наполненных полиэтиленовых композиций.
Установлено, что в отдельности стеариновая кислота и стеарат кальция приводят к снижению относительного удлинения композиций ПЭВД : мел (50 мас. %). Однако при вводе (3%) их смеси обнаружен эффект резкого увеличения относительного удлинения как для композиции с СЭВА-113, так и без него. Относительное удлинение композиции ПЭ-108 с 10% СЭВА-113 возрастает от
40 до 280 % (в 7 раз) а для композиции на основе индивидуального ПЭ-108 от 32 до 125% (в 4 раза) [7]. Одной из возможных причин влияния смеси стеарат кальция - стеариновая кислота на деформационные свойства наполненных
композиций может быть связано с уменьшением степени кристалличности (аморфизации ПЭ) и разупорядочением кристаллической структуры ПЭ, что подтверждается данными ДСК.
Кроме того, в данной работе была исследована возможность замены ПЭ-108 (158) на вторичный полиэтилен низкой плотности (ВПЭ). ВПЭ, благодаря меньшей себестоимости, более
привлекателен для изготовления наполненных малоответственных изделий по сравнению с ПЭ-108. Однако свойства композиций будут существенно различаться в зависимости от качества полимерного сырья. Для десяти различных партий ВПЭ установлена корреляционная связь между значениями показателя текучести расплава (ПТР) и разрывной деформации ВПЭ и наполненных композиций. Для обеспечения необходимого значения относительного удлинения наполненных композиций (не менее 50%) предложено отбирать партии ВПЭ по значениям ПТР (не менее 4 г/10мин)
Список литературы
1. Функциональные наполнители для пластмасс. Под ред. Ксантос, пер. с англ. под ред. Кулезнева В. М. СПб.: « Научные основы и технологии», 2010. - 462 с.
2. Cornelia Vasile. Handbool of polyolefins . -New York: Marcell Dekker, Ink. - 2000
3. Соломко В. П. Наполненные кристаллизующиеся полимеры. — Киев: Наукова думка, 1980. — 264 с.
4. Толстая С. Н., Шабанова С. А. Применение поверхностно-активных веществ в лакокрасочной промышленности. - М.: Химия, 1976. - 176 с.
5. 5. Сирота А. Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов . Л.: Химия, 1980. — 152 с.
6. Нейман М. И., Эдельман Л. И., Моргулис М. Л. Поверхностное модифицирование наполнителей стройпластмасс. Наполнители полимерных материалов: материалы семинара. - М.: Общество «Знание» РСФСР / Московский Дом научно-технической пропаганды имени Ф. Э. Дзержинского, 1977. - С. 54 - 60
7. Лямкин Д. И., Рудаков Г.Ф., Жемерикин А.Н., Черкашин П.А., Дудочкина Е.А., Воронцов
и относительного удлинения при разрыве (не менее 400%). Интересно отметить, что согласно корреляционному уравнению ПТР
модифицированных 3% смеси стеарата кальция и стеариновой кислоты наполненных композиций (50% мела) в 1,2 раза выше, чем для не наполненного вторичного полиэтилена. Предстояло выяснить, оказывают ли влияние модифицирующие добавки на реологические и технологические свойства наполненных композиций. С этой целью проведена опытно-промышленная проверка перерабатываемости композиций в условиях Политехнического университета г. Кемниц (Германия) на двухшнековом экструдере (компаундере) фирмы «WEMEX».
Установлено, что введение 3% смеси модифицирующих добавок приводит к заметному снижению вязкости расплава при 150оС в 2,5 -1,5 раза в зависимости от скорости сдвига, потребляемой электроэнергии (тока на валу двигателя) в 1,7 раза, температуры расплава, и давления в головке (таблица 1). Значение ПТР возрастает почти в 2 раза, а относительное удлинение увеличивается в 4- 6 раз.
А.М., Детлеф Хегебарт // Патент России № 2014112299/04, 01.04.2014
8. Pukanzsky B. Interfaces and interphases in multicomponent materials: past, present, future // European polymer journal. - 2005. № 4. - pp 645 - 662
9. Madsen N. B. Modification and characterization of the interface in polymer/inorganic composites // Riso National Laboratory, Roskild, Denmark. - 1999
10. Papirer E., Schultz J., Turchi C. Surface properties of a calcium carbonate filled treated with stearic acid // European Polymer Journal. - 1984. Volume 20. № 12.- pp 1155 - 1158
11. Fekete E., Pucanszky B., Toth A., Bertoti I. Surface modification and characterization of particulate mineral fillers // Journal of Colloid and Interface Science. - 1990. Volume 135. № 1.- pp 200 - 208
12. Wypych G. Handbook of fillers . - Toronto -New York: Plastics Design Library.- 2000
13. Нифталиев С. И., Лыгина Л. В., Перегудов Ю. С., Прокофьева Л. А. Исследование реологических свойств композиций на основе ПВХ // Вестник ВГУИТ. - 2014. №2. - С. 132 - 134
14. Саммерс Дж., Уилки Ч., Даниэлс Ч. ПВХ (поливинилхлорид). - СПб.: Профессия, 2006. - 728 с.
Таблица 1. Свойства композиций вторичный ПЭ - мел (50%)
Композиция ПТР, 175°С, 7,5 кг Вязкость, Па-с, 150оС Ток на валу двигателя, А n = 300 мин-1 Давление в головке экструдера, бар. МПа Ер, %
Исходная 5,9 2000 39 44 8,8 25
Модифицированная 9,7 1000 21 24 7,0 150
