Полімери можна легко модифікувати за допомогою різних наповнювачів та добавок залежно від того, що потрібно як у процесі, так і в кінцевому продукті. В даний час існує безліч матеріалів для модифікації полімерів, і тут ми згадаємо найпопулярніші.

Навантаження

Наповнювачі визначаються як матеріали, які додають до складу полімеру для зниження вартості сполуки або для поліпшення її властивостей. Такі матеріали можуть бути у вигляді твердої речовини, рідини або газу. При правильному підборі цих матеріалів, не тільки для економічної частини, а й інших властивостей, таких як обробка та механічна поведінка, наповнювачі можуть допомогти їх покращити. Хоча ці наповнювачі зберігають властиві їм характеристики, часто спостерігаються дуже значні відмінності в залежності від молекулярної маси, техніки складання та присутності інших добавок у рецептурі. Отже, як тільки будуть встановлені основні вимоги до бажаних властивостей, буде визначено оптимальний тип навантаження та його баланс між вартістю та продуктивністю.

Додавання наповнювачів також вимагає збалансованого складу для отримання оптимальних технологічних властивостей. Тому перед тим, як прийняти остаточне рішення щодо завантаженої сполуки, важливо встановити наступне:

  1. Оптимальний рівень навантаження відповідно до властивостей та переваг
  2. Оптимальна рецептура для обробки
  3. Економічний аналіз завантаженої рецептури

Класифікація вантажів

Заряди класифікуються по-різному, від їх форми до їхніх конкретних характеристик. Загалом вантажі можна класифікувати на дві категорії: відповідно до їх продуктивності та за типом.

Рейтинг на основі результативності

Навантажувачі розширювача:

Поширювальні або розповсюджувальні збори в основному займають простір і в основному використовуються для зниження вартості рецептури.

Взагалі, ідеальне навантаження розширювача повинно

  • Будьте сферичними, щоб забезпечити збереження анізотропних властивостей
  • Майте відповідний розподіл частинок за розміром для вашої упаковки
  • Не викликайте хімічної реакції з полімером та/або добавками
  • Мають низьку питому вагу
  • Мають показник заломлення та бажаний колір
  • Будьте низькою вартістю

Функціональні навантаження:

Функціональні навантаження мають певну функцію, крім зниження вартості рецептури.

Однак деякі наповнювачі-розширювачі при використанні з більш дрібним розміром частинок та/або при обробці поверхні можуть бути використані як функціональні наповнювачі. Також наповнювачі, які можуть функціонувати в одному полімері, можуть бути просто розширювачами в іншому полімері. Такі фактори ускладнюють їх класифікацію за складом, однак на функціональному рівні їх можна диференціювати залежно від кінцевих показників полімеру на основі рівня навантаження та того, наскільки збільшується ці властивості.

головним чином
Склопластик

Отже, наповнювачі-розширювачі в основному допомагають зменшити вартість рецептури та збільшити модуль згинання, тоді як функціональні наповнювачі забезпечують принаймні одну спеціально необхідну функцію у складі.

Заряди також використовуються для модифікації або поліпшення таких властивостей, як теплопровідність, електричний опір, тертя, зносостійкість та полум’я.

Прикладами функціонального навантаження є волокниста та скляна слюда, які підвищують жорсткість, покращують теплову та діелектричну стійкість.

Класифікація на основі типу

Збори частинок:

Заряди частинок діляться на два: інертні заряди та заряди армування. Термін інертне навантаження, мабуть, не найкращий термін, оскільки існує кілька властивостей, які можна змінити, включаючи навантаження. Для звичайного використання такі наповнювачі повинні бути повністю нерозчинні в будь-якій рідині, яка може контактувати із сполукою. Кожен тип навантаження може відрізнятися:

  • Середній розмір частинок і розподіл за розмірами
  • Форма і пористість частинки
  • Хімічна природа поверхні
  • Такі домішки, як зернистість та іони металів
Кальцію карбонат

Загалом, чим дрібніший розмір частинок, тим вищі значення міцності на розтяг, модуля та твердості. Більш товсті частинки, як правило, дають сполуку з нижчими властивостями, ніж вихідний матеріал (без заряду), і навпаки, якщо розмір частинок досить тонкий, механічні властивості покращуються, це явище відоме як армування.

Домішки наповнювачів можуть мати серйозний вплив на полімерну сполуку. Грубі частинки призводять до точок слабкості в гнучких полімерах і, отже, можуть вийти з ладу в ситуаціях, менших за очікувані. Загалом явище підкріплення, здається, залежить від трьох факторів:

  • Розтяжність - загальна величина площі поверхні наповнювача в одиниці об'єму, що контактує з полімером
  • Інтенсивність - питома активність наповнювача - інтерфейс з хімічним полімером, що викликає фізичне та/або хімічне зв'язування
  • Геометричні - такі як структура і пористість частинок

Прикладами твердих частинок є карбонат кальцію, скловолокно, скляна мікросфера, діоксид титану тощо.

Еластичні навантаження:

Пружні навантаження можуть виникати в результаті переробки термореактивних каучуків і часто вбудовуються у тверді термопласти для поліпшення їх в'язкості (стійкості до ударів та руйнування), хоча їх жорсткість зменшується, і в залежності від навантаження тепловий опір.

Композити з навантаженнями та підкріпленнями використовуються для зміни та/або поліпшення фізичних властивостей пластмас, головним чином механічних властивостей, хоча також у деяких випадках, наприклад, зі скловолокном, вони допомагають поліпшити теплові та діелектричні властивості.

Наповнювачі та арматури також можуть бути використані для зменшення витрат матеріалу, замінюючи частину полімеру наповнювачами, хоча слід враховувати, що наповнювачі зазвичай мають вищу питому вагу, ніж полімер, і витрати розраховуються на грами кінцевого матеріалу.

Добавки

Пластикові добавки - це, як правило, органічні молекули, які додають до полімерів у невеликих кількостях (зазвичай від 0,05 до 5,0% по масі) під час виготовлення, обробки розплаву або конверсійних операцій з метою поліпшення властивих полімеру властивостей. Добавки можна класифікувати на три основні категорії: полімерні модифікатори, підсилювачі продуктивності та допоміжні засоби. Полівінілхлорид (ПВХ) на сьогоднішній день є полімером, який пропонує найбільший ринок добавок, загальний обсяг пластифікаторів та модифікаторів властивостей становить приблизно 75% світових пластикових добавок.

Поліолефіни та стиреніки разом - це групи після ПВХ, які використовують найбільше добавок.

Полімерні модифікатори використовуються головним чином для зміни фізичних або механічних властивостей пластику. Сюди входять пластифікатори, піноутворювачі або піноутворювачі, з'єднувачі заряду, сумісні агенти, модифікатори удару, органічні пероксиди, нуклеанти, освітлювачі тощо.

Підсилювачі продуктивності додаються до пластмас для забезпечення функціональності, яка не властива самому полімеру. Сюди входять антипірени (FR), термостабілізатори для ПВХ, антиоксиданти, стабілізатори світла, біоциди та антистатики. Більш пізнє сімейство добавок включає електропровідні сажі та вуглецеві нанотрубки, графени та провідні органічні полімери для додання антистатичного електромагнітного екранування або провідного ефекту для пластмас та покриттів.

Допоміжні технологічні засоби - це, як правило, поверхнево-активні речовини, які додаються в процесі трансформації пластмас для підвищення продуктивності та модифікації властивостей поверхні остаточного виробу. До добавок цього класу належать мастила, протиковзні засоби, антиблокувальні засоби та засоби, що вивільняють цвіль.

Добавки включаються в полімерні матриці різними методами та в різні моменти виробничого процесу. Виробники полімерів включають добавки як окремі компоненти або як суміші двох або більше добавок під час стадії гранулювання (гранулювання) полімеру. Перетворювачі та трансформатори часто додають такі добавки, як концентрат або основна суміш (MB) або рідка дисперсія. Концентрат або МБ - це суміш добавки, розчиненої у носії полімерної смоли у високих концентраціях (10 40%). У рідкій дисперсії добавки та/або барвники диспергуються або суспендують у реакційноздатному або інертному рідкому носії, такому як мінеральне масло, аліфатичні гліколі або алкиленові ефіри разом з іншими диспергаторами. Такі рідинні системи вводяться безпосередньо в обладнання для перетворення через перистальтичний дозуючий насос.

Полімерні модифікатори

Пластифікатори

Пластифікатори додають у великих відсотках (до 80%) залежно від ступеня необхідної гнучкості. Пластифікатори додаються до суто твердих термопластів для збільшення гнучкості, м'якості та подовження. Крім того, часто можна досягти таких побічних переваг, як краща технологічність, вища стійкість до ударів і більша пластичність.

Пластифікатори часто використовуються в якості носіїв пігменту і є рідким носієм для пластизолів. Пластифікатори - це переважно складні ефіри, що утворюються в результаті реакції кислоти або ангідриду з лінійним або розгалуженим спиртом. Незважаючи на те, що вони можуть варіюватися, експлуатаційні властивості, такі як гнучкість при низькій температурі, летючість, технологічність та витяжність, регулюються довжиною ланцюга та ступенем розгалуження.

Прикладами рідкого пластифікатора є діізононілфталат (DINP), диізодецилфталат (DIDP) та діоктилфталат (DOP) та епоксидне соєве масло (ESBO), яке також виконує функцію вторинного стабілізатора тепла в ПВХ завдяки своїй здатності секвеструвати соляну кислоту, що утворюється під час обробки і як пластифікатор має чудову стійкість до екстракції та низьку міграцію.

Піноутворювачі

Піноутворювачі - це неорганічні або органічні добавки, що утворюють спінену структуру. Вони широко використовуються в ПВХ, поліетилені (ПЕ), поліпропілені (ПП) та полістиролі (ПС) для поліпшення властивостей та зовнішнього вигляду (тепло- та шумоізоляція, краща твердість, усунення провисань у литих деталях, поліпшені електричні властивості), як а також зменшити вагу деталей. Піноутворювачі можна класифікувати як фізичні або хімічні. Зазвичай їх додають через концентрат або основну партію.

Пінополістирол

Фізичні піноутворювачі - це стислі леткі рідини або гази, які розчиняються в полімері та змінюють стан під час обробки, утворюючи клітинну структуру. Хімічні піноутворювачі (ТВВ) термічно руйнуються під час переробки, виділяючи гази, які утворюють спінений продукт. Органічні CBA - це, як правило, тверді похідні гідразину, які генерують азот в результаті екзотермічної реакції. Найпоширенішим є азодикарбонамід, іншими типами є сульфонілгідразиди, які використовуються для низькотемпературних застосувань, та напівкарбазиди п-толуолу, які використовуються у високотемпературних додатках, такі як акрилонітрил-бутадієн-стирол (АБС), оксид Поліфенілен (РРО), Поліаміди та високоефективний полістирол (HIPS).

Високий вихід газу та тиск екзотермічних амонізуючих валів роблять їх дуже корисними в таких додатках, як зшитий ПЕ та екструдати. Ендотермічні МАР засновані на сумішах неорганічних карбонатів та полікарбонових кислот, обидва з яких виділяють вуглекислий газ. Правильна комбінація цих матеріалів забезпечує діапазон робочих температур від 150 до 300 ° C. Поширена комерційна система базується на лимонній кислоті та харчовій соді. Ендотермічні МАР, як правило, виробляють менше газу, забезпечуючи піни з меншою клітинною структурою, ніж екзотермічні ЦБА.

Сполучні та сумісні агенти

Зв'язувальні або сполучні агенти сприяють адгезії між полімерами та неорганічними наповнювачами, утворюючи стійкі хімічні зв'язки між органічною матрицею та поверхнею наповнювача. Основне використання сполучних агентів полягає в обробці скляних волокон для використання в термореактивних матеріалах, таких як епоксидні смоли та поліефіри. Інші наповнювачі включають глину, діоксид кремнію, слюду, волластоніт, карбонат кальцію та тригідрат алюмінію (ATH).

Найпоширенішим типом сполучного агента є органосилани. Силани мають загальну структуру RSi (OR ') 3, де R є функціоналізованою органічною групою, яка зв'язується з полімерною матрицею (тобто аміно, епоксидною, акрилатною або вініловою), а R' зазвичай являє собою метил або етил. Метокси- або етокси-групи гідролізуються до силанолів, які реагують з гідроксильними групами на поверхні неорганічного наповнювача, утворюючи оксанові зв’язки. Результатом є поліпшення механічних або електричних властивостей. Аміносилани зазвичай використовуються для епоксидних та фенольних смол, епоксидні силани для епоксидних смол та метакрилатні силани для ненасичених поліефірів. Зазвичай наповнювачі попередньо обробляють водною дисперсією силанів. Потім оброблені наповнювачі реагують з полімерною матрицею під час компаундування. Силан покращує змочування під час екструзії, зменшуючи тим самим поверхневий натяг органічно-неорганічної поверхні для кращого розсіювання.

Особливим класом сполучних агентів є малеатовані поліолефіни. Кулон малеїнового ангідридного блоку реагує з гідроксильними групами на поверхні (або силоксичною групою у випадку попередньо оброблених наповнювачів), тоді як полімерна частина співкристалізується з полімерною матрицею. Основними його застосуваннями є композити з поліпропілену зі скловолокном та негалогеновані вогнезахисні дроти та кабелі. Додавання від 1 до 2% заклеєного ПП може поліпшити міцність на розрив скляного ПП до 40%.

Напад малеїнового ангідриду не є виключним для поліолефінів, етиленових співполімерів, ТПО, серед іншого, можна модифікувати, що дозволяє дуже широкий спектр сумісності.

Прикладами несумісних смол є: PA з PP, PA з PE, PET з PE, PET з PP та ін.

Модифікатори впливу

Модифікатори впливу працюють, поглинаючи енергію удару і розсіюючи її неруйнівним чином. Модифікатори удару, як правило, є еластомерними матеріалами і додаються до широкого спектра термопластичних матеріалів на рівні до 20%. Основними типами модифікаторів удару є акрили, стирени, включаючи метакрилат-бутадієн-стирол (MBS) та акрилонітрил-бутадієн-стирольні сополімери (ABS), хлорований поліетилен (CPE), кополімери етилен-вінілацетату (EVA), кополімери етилену та акрилату. EMA, EBA) та етилен-пропіленові сополімери та терполімери. Основним ринком модифікаторів удару є ПВХ, ПЕ та ПП, хоча вони використовуються в широкому діапазоні інших перероблених та інженерних полімерів.

EPDM (етиленпропілендієновий мономерний каучук) та EPR (етиленпропіленовий каучук) використовуються для модифікації поліолефінів, головним чином в автомобільній промисловості. Хоча каучуки замінюються ударостійкими полімерами, такими як металоцени та етиленові сополімери, що пропонують кращі експлуатаційні характеристики та вартість.

Ядерні/уточнюючі агенти

Ці типи матеріалів додають до напівкристалічних пластмас перед переробкою та виготовленням, впливаючи на швидкість кристалізації та розмір сферулітів, їх називають зародкоутворювачами. Це, як правило, нерозчинні або не змішуються матеріали, які забезпечують місця для утворення кристалів. Основною перевагою додавання зародкових речовин є покращення часу циклу під час лиття під тиском.

Коли додавання зародкових речовин зменшує розмір кристалітів нижче довжини хвилі видимого світла, ці агенти називають освітлюючими речовинами, оскільки вони зменшують непрозорість і покращують прозорість.

Для зародження нейлону та РР традиційним вибором є бензоат натрію. Рівні використання складають близько 0,1%. Бензоат натрію не сприяє покращенню оптичних властивостей. Низькомолекулярні поліолефіни, іономери, а також пластифікатори, такі як епоксидне соєве масло, використовуються для зародження напівкристалічних пластмас, таких як ПЕТ. Модифіковані бензиліденом сорбітоли домінують на ринку зародження та освітлення ПП. Вони використовуються на рівні 0,1-0,3% як у гомополімерах, так і в кополімерах для лиття під тиском.

Тальк та інші мінерали часто використовують як зароджувальні речовини.

Органічні пероксиди використовуються в пластмасовій промисловості для каталізації реакцій полімеризації або для модифікації властивостей полімерів. З боку полімеризації пероксиди використовуються як ініціатори для ПВХ, поліетилену низької щільності (ПВД), полістиролу (ПС) та акрилів.

Як існуючі модифікатори полімерів, пероксиди використовуються для затвердіння ненасичених поліефірних смол, в якості зшиваючих агентів для PE, EVA та різноманітних полімерів та еластомерів на основі етилену, а також для зменшення молекулярної маси поліпропілену в процесі. Відомий як знижена в'язкість або контрольована реологія.