Sissejuhatus polüpropüleeni vahustamise tehnoloogiasse
Kasvavate nõudmiste suurenemisel toodete keskkonnakaitse, jäätmete ringlussevõtu ja kulutõhususe järele, on olulist tähelepanu pälvinud füüsilised vahustusmeetodid, mis kasutavad selliseid aineid nagu CO2, N2 ja isopentaan. Praegu on CO2 kõige laialdasemalt kasutatav vahustamisaine.
Mikropoorsete polümeermaterjalide valmistamise põhimeetod ülekriitilise vedeliku abil hõlmab väga küllastunud polümeeri sulamise/gaasisegu loomist ja jahutusprotsessi ajal termodünaamilise ebastabiilsuse esilekutsumist. Parameetritega nagu rõhk ja temperatuur kontrollides moodustuvad polümeeri maatriksis mikrotsellulaarsed struktuurid, kusjuures superkriitiline vedelik toimib tuumakeskkonnana. Selle protsessi peamised sammud on järgmised:
Polümeeri/gaasi küllastussüsteem
Teatud temperatuuril kasutatakse sobivat meetodit kõrgsurve mittereaktiivse gaasi (nt CO2 või N2) lahustamiseks polümeerisse, moodustades homogeense polümeeri/gaasi küllastussüsteemi. Gaasi kontsentratsioon on tavaliselt vahemikus 5% kuni 20%. Gaasi difusioon polümeeris on aeglane ja seda saab kiirendada temperatuuri ja rõhu tõstmisega.
Tuuma moodustumine
Rõhu vähendamisel ja/või temperatuuri tõustes siseneb polümeer/gaasisüsteem termodünaamiliselt ebastabiilsesse olekusse, muutudes üleküllastumata. See käivitab homogeense ja heterogeense tuuma, mis viib arvukate gaasimullide moodustumiseni.
Mullide kasv
Üleküllastumata gaas hajub mullidesse, põhjustades nende kasvamise ja süsteemi vaba energia vähendamise. Mullide kasvu kontrollivad sellised tegurid nagu aeg, temperatuur, üleküllastumine, stress ja süsteemi viskoelastsed omadused.
Mikropoorse struktuuri stabiliseerumine
Mulli struktuuri stabiliseerimiseks kasutatakse selliseid meetodeid nagu kustutamine.
Ühtne, suure kontsentratsiooniga polümeer/gaasisüsteem ning tuuma moodustumise ja mullide kasvu täpne kontroll on protsessi jaoks kriitilise tähtsusega. Toodetud mikrotsellulaarsete vahude suurused on tavaliselt vahemikus 5-30 μm. Võrreldes traditsiooniliste vahustatud lehtedega on neil mikropoortel materjalidel sama tiheduse jaoks 30% -40% suurem tõmbe- ja survetugevus ning neid saab toota olemasolevatel tootmisliinidel. Ülekriitilise vedeliku tehnoloogia ja plastist süstimise vormimise kombinatsioon on teinud mikrotsellulaarsete polüpropüleenist süstimise mooditud toodete otsese tootmise reaalsuseks.
Kõrge sulatustugevusega polüpropüleeni vahutamise tehnoloogia
Tavapärase polüpropüleeni vahutamise korral väheneb viskoossus järsult kristalliseerumispunktist kõrgemal, muutes temperatuuri kontrollimise keeruliseks. Kuid polüpropüleenist peab ekstruuderis säilitama piisava voolavuse, millel on ka piisav sulatugevus ja elastsus regulaarse mulli struktuuri säilitamiseks. Seetõttu on vahutamisprotsessis ülioluline kõrge sulatustugevusega polüpropüleen.
Näiteks välisteettevõtte toodetud PROPAX F814 vaigul on polümerisatsioonijärgse käigus kasutusele võetud pikad kõrvaltahelad, andes sellele 9-kordse tavapäraste homopolümeeride sulatustunde, millel on sarnased vooluomadused. Mullide käitumine lineaarses PP -s ja hargnenud PP -s erineb vahutamise ajal märkimisväärselt. Lineaarsel PP-l on suur avatud rakusisaldus ja mullid sulanduvad kiiresti, isegi kiire jahutamise ajal. Seevastu hargnenud PP kipub moodustama suletud raku struktuure, millel on minimaalne mullide ühinemine, muutes selle sobivaks suure sulatustugevuse saavutamiseks.
Ristseotud polüpropüleeni vahustamise tehnoloogia
Mõned ettevõtted on ka polüpropüleenist vahtude tootmiseks kasutanud ristsidumisprotsesse, näiteks PP segamine PE-ga ja PE ristsidumine. Näiteks on ettevõte välja töötanud mikrokohustatud polüpropüleenist vahu, kasutades kaheastmelist protsessi: esiteks, väljapressides 3mm paksust tahkest lehest, seejärel ristides selle peroksiidi või kiiritamisega, ja lõpuks asetades selle kõrgsurve anumasse (kuni 69 MPa) N2-ga, et indutseerida. Selle meetodi tulemuseks on vaht 1 0% suletud raku struktuur ja tihedus 0,3 g/cm³. Seda vahtu kasutatakse sellistes rakendustes nagu autoosad ja sporditarved.
Selle protsessi võti on PP-vaiku ristsidumine enne vahutamist, mis vähendab sula viskoossust ja minimeerib vahustamise ajal mullide rebenemist. Ristseotud PP-vahudel on oluliselt parem kuumustakistus (30-50 kraad kõrgem) ja termilise pugemise jõudlus (100 korda parem) võrreldes ristimata vahtudega. Kuid PP kõrge kristallilisus ja raskused ristsidumisel on väljakutseid, nõudes lagunemise minimeerimiseks reaktsiooni tingimuste täpset kontrolli.
Tuumavahendid vahutamisel
Mikrotsellulaarsete PP -vahude tootmine tavalise termostiku või amorfse termoplastiliste tehnoloogiatega on keeruline tänu gaasi madala lahustuvuse tõttu PP kristalse piirkonna piirkonnas, mis piirab mullide tuuma moodustumist ja kasvu. Väikeste koguste naatriumbensoaadi lisamine tuumavahendina võib vähendada polümeeri pindpinevust, soodustades mullide tuuma moodustumist. Talc, mis moodustab tugeva sideme PP -ga, ei ole siiski efektiivne tuumavahendina ja seda ei tohiks kasutada.