A polimerek könnyen módosíthatók különböző töltőanyagok és adalékok segítségével, attól függően, hogy mi szükséges mind a folyamatban, mind a végtermékben. Jelenleg a polimerek módosítására végtelen anyag van, és itt említjük a legnépszerűbbeket.

Terhelések

A töltőanyagok olyan anyagok, amelyeket egy polimer készítményhez adnak a vegyület költségeinek csökkentése vagy tulajdonságainak javítása céljából. Az ilyen anyagok lehetnek szilárd, folyékony vagy gáz formában. Ezen anyagok megfelelő megválasztásával nemcsak a gazdasági rész, hanem más tulajdonságok, például a feldolgozás és a mechanikai viselkedés is hozzájárulhatnak a töltőanyagok javításához. Noha ezek a töltőanyagok megtartják a bennük rejlő jellemzőket, a molekulatömegtől, a keverési technikától és a készítmény egyéb adalékanyagainak jelenlététől függően gyakran nagyon jelentős különbségek tapasztalhatók. Ezért, miután a kívánt tulajdonságok alapvető követelményei meg vannak határozva, meghatározzák az optimális terhelési típust, valamint annak költség- és teljesítmény-egyensúlyát.

A töltőanyagok hozzáadásához kiegyensúlyozott készítményre is szükség van az optimális feldolgozási tulajdonságok elérése érdekében. Ezért a végleges döntés meghozatala előtt feltöltött vegyületről elengedhetetlen a következők megállapítása:

  1. Optimális terhelési szint a tulajdonságok és az előnyök szerint
  2. Optimális készítmény a feldolgozáshoz
  3. A betöltött készítmény gazdasági elemzése

A terhelések osztályozása

A díjakat az alakjuktól kezdve a sajátos jellemzőikig különböző módon osztályozták. Általánosságban elmondható, hogy a terhelések két kategóriába sorolhatók: teljesítményük és típusuk szerint.

Teljesítményalapú rangsorolás

Hosszabbító terhelések:

A díjak meghosszabbítása vagy terjesztése elsősorban helyet foglal el, és elsősorban a kiszerelés költségeinek csökkentésére szolgál.

Általában az ideális hosszabbító terhelésnek kell lennie

  • Legyen gömb alakú az anizotrop tulajdonságok megtartásának lehetővé tételéhez
  • Legyen megfelelő részecskeméret-eloszlás a csomagoláshoz
  • Ne okozzon kémiai reakcióképességet a polimerrel és/vagy adalékokkal
  • Alacsony fajsúlyúak
  • Törésmutatóval és kívánt színnel rendelkezik
  • Legyen alacsony költségű

Funkcionális terhelések:

A funkcionális terheléseknek meghatározott funkciójuk van, eltekintve a készítmény költségeinek csökkentésétől.

Néhány finomabb szemcseméretű és/vagy felületi kezeléssel ellátott töltőanyag funkcionális töltőanyagként használható. Azok a töltőanyagok, amelyek működőképesek lehetnek az egyik polimerben, pusztán extenzorak lehetnek egy másik polimerben. Az ilyen tényezők összetettségüket tekintve bonyolítják osztályozásukat, funkcionális szinten azonban megkülönböztethetők a polimer végső teljesítményétől függően a terhelési szint alapján és attól, hogy a kérdéses tulajdonság mennyire növekszik.

fizikai vagy
Üveggyapot

Ennélfogva az extender töltőanyagok alapvetően segítenek csökkenteni a kiszerelés költségeit és növelni a hajlítási modulust, míg a funkcionális töltőanyagok legalább egy kifejezetten szükséges funkciót biztosítanak a készítményben.

A töltéseket olyan tulajdonságok módosítására vagy javítására is használják, mint például a hővezető képesség, az elektromos ellenállás, a súrlódás, a kopásállóság és a lángállóság.

A funkcionális terhelés példái a rost és üveg csillám, amelyek növelik a merevséget, javítják a hő- és dielektromos ellenállást.

Osztályozás típus alapján

Részecske díjak:

A részecsketöltések két részre oszlanak: inert töltetek és erősítő töltések. Az inert terhelés kifejezés talán nem a legjobb kifejezés, mivel számos tulajdonság módosítható egy terhelés beépítésével. Normál használat esetén az ilyen töltőanyagoknak teljesen oldhatatlanoknak kell lenniük minden olyan folyadékban, amely érintkezésbe kerülhet a vegyülettel. Az egyes rakománytípusok a következőkben változhatnak:

  • Átlagos részecskeméret és méreteloszlás
  • A részecske alakja és porozitása
  • A felület kémiai jellege
  • Szennyeződések, például szemcsés és fémionok
Kálcium-karbonát

Általában minél finomabb a részecskeméret, annál nagyobb a szakítószilárdság, a modulus és a keménység értéke. A vastagabb részecskék általában alacsonyabb tulajdonságú vegyületet adnak, mint a szűz anyag (töltés nélkül), és éppen ellenkezőleg, ha a részecskeméret meglehetősen finom, a mechanikai tulajdonságok javulnak, ezt a jelenséget megerősítésnek nevezik.

A töltőanyagok szennyeződései komoly hatással lehetnek a polimer vegyületre. A durva részecskék gyenge pontokhoz vezetnek a rugalmas polimerekben, ezért a vártnál kevesebb helyzetben meghibásodhatnak. Úgy tűnik, hogy a megerősítési jelenség három tényezőtől függ:

  • Terjedelem - a töltőanyag teljes felületének mennyisége térfogategységre vonatkoztatva, a polimerrel érintkezve
  • Intenzitás - a töltés - kölcsönhatás specifikus aktivitása a kémiai polimerrel, ami fizikai és/vagy kémiai kötődést okoz
  • Geometriai - mint például a részecskék szerkezete és porozitása

A szemcsés töltőanyagok például a kalcium-karbonát, az üvegszál, az üvegmikroszféra, a titán-dioxid stb.

Rugalmas terhelések:

A rugalmas terhelések a hőre keményedő gumik újrafeldolgozásából származhatnak, és gyakran szilárdságuk (ütésállóságuk és törésállóságuk) javítása érdekében beépítik őket merev hőre lágyuló műanyagokba, bár merevségük csökken, és a terheléstől függően a hőállóság.

A terheléssel és erősítéssel rendelkező kompozitokat a műanyagok fizikai tulajdonságainak, elsősorban mechanikai tulajdonságainak megváltoztatására és/vagy javítására használják, bár egyes esetekben, például az üvegszálban, ezek is hozzájárulnak a hő- és dielektromos tulajdonságok javításához.

A töltőanyagok és az erősítések szintén felhasználhatók az anyagköltségek csökkentésére, a polimer egy részének töltőanyagokkal történő helyettesítésére, bár figyelembe kell venni, hogy a töltőanyagok fajlagos tömege általában nagyobb, mint a polimeré, és a költségeket a végső anyag grammjára számolják.

Adalékanyagok

A műanyag adalékanyagok tipikusan olyan szerves molekulák, amelyeket kis mennyiségben (általában 0,05-5,0 tömeg%) adnak a polimerekhez gyártási, olvadékfeldolgozási vagy átalakítási műveletek során a polimer eredendő tulajdonságainak javítása érdekében. Az adalékanyagok három fő kategóriába sorolhatók: polimer módosítók, teljesítményfokozók és folyamatsegítők. A polivinil-klorid (PVC) messze az a polimer, amely a legtöbb piacot kínálja az adalékanyagok számára, a lágyítók és a tulajdonságmódosítók együttes mennyisége a globális műanyag-adalékanyagok körülbelül 75% -át teszi ki.

A poliolefinek és a sztirolok együttesen azok a csoportok a PVC után, amelyek a legtöbb adalékot használják.

A polimer módosítókat elsősorban a műanyag fizikai vagy mechanikai tulajdonságainak megváltoztatására használják. Ide tartoznak a lágyítók, habzó vagy habosító szerek, töltéskapcsolók, kompatibilizáló szerek, ütésmódosítók, szerves peroxidok, magok, derítőszerek stb.

A műanyaghoz teljesítménynövelőket adnak, hogy olyan funkcionalitást biztosítsanak, amely nem benne rejlik magában a polimerben. Ide tartoznak az égésgátlók (FR), a PVC hőstabilizálói, az antioxidánsok, a fénystabilizátorok, a biocidek és az antisztatikus szerek. Egy újabb adalékanyagcsalád tartalmaz vezetőképes korom- és szén nanocsöveket, graféneket és vezetőképes szerves polimereket, amelyek antisztatikus elektromágneses árnyékolást vagy vezetőképes hatást kölcsönöznek a műanyagoknak és bevonatoknak.

A folyamat segédanyagai általában olyan felületaktív anyagok, amelyeket a műanyagok átalakítási folyamataihoz adnak a teljesítmény javítása és a végső cikk felületi tulajdonságainak módosítása céljából. Az ebbe az osztályba tartozó adalékanyagok közé tartoznak a kenőanyagok, a csúszásgátlók, a blokkolásgátlók és a penészgátlók.

Az adalékokat a polimer mátrixokba különféle módszerekkel és a gyártási folyamat különböző pontjain építik be. A polimergyártók az adalékanyagokat egyedi komponensként vagy két vagy több adalékanyag keverékeként építik be a polimer granulálási (pelletizálási) szakaszában. A konverterek és transzformátorok gyakran adalékanyagokat adnak hozzá, például koncentrátumot vagy mesterkeveréket (MB) vagy folyadékdiszperziót. A koncentrátum vagy MB egy adalékanyag keveréke, amelyet nagy koncentrációban (10 40%) oldunk egy polimer gyanta hordozóban. Folyékony diszperzióban az adalékokat és/vagy színezékeket diszpergálják vagy szuszpendálják egy reaktív vagy inert folyékony vivőanyagban, például ásványi olajban, alifás glikolokban vagy alkilén-észterekben más diszpergálószerekkel együtt. Az ilyen folyadékrendszereket egy perisztaltikus adagolószivattyún keresztül közvetlenül az átalakító berendezésbe fecskendezik be.

Polimer módosítók

Lágyítók

A lágyítókat nagy százalékban (legfeljebb 80%) adják hozzá, a szükséges rugalmasság mértékétől függően. Lágyítókat adnak az eredendően kemény hőre lágyuló műanyagokhoz a rugalmasság, a lágyság és a megnyúlás növelése érdekében. Ezen túlmenően gyakran elérhetők olyan előnyök, mint a jobb feldolgozhatóság, a nagyobb ütésállóság és a nagyobb alakíthatóság.

A lágyítókat gyakran használják pigmenthordozóként, és ezek a folyékony hordozók a plasztiszolokhoz. A lágyítók elsősorban észterek, amelyeket egy sav vagy anhidrid lineáris vagy elágazó láncú alkohollal történő reakciójával állítanak elő. Noha változhat, a teljesítménytulajdonságokat, például az alacsony hőmérsékleti rugalmasságot, az illékonyságot, a feldolgozhatóságot és az extrahálhatóságot a lánc hossza és az elágazás mértéke határozza meg.

Folyékony lágyító például a diisononil-ftalát (DINP), a diizodecil-ftalát (DIDP) és a dioktil-ftalát (DOP), valamint az epoxidált szójaolaj (ESBO), amely másodlagos hőstabilizátorként is működik a PVC-ben, mivel képes feldolgozni a feldolgozás során keletkező sósavat. lágyítószerként pedig kiválóan ellenáll az extrakciónak és alacsony a migrációja.

Habzó szerek

A habosító szerek olyan szervetlen vagy szerves adalékok, amelyek habosított szerkezetet eredményeznek. Széles körben használják PVC-ben, polietilénben (PE), polipropilénben (PP) és polisztirolban (PS) a tulajdonságok és a megjelenés javítása érdekében (hő- és zajszigetelés, jobb merevség, a fröccsöntött alkatrészek megereszkedésének kiküszöbölése és az elektromos tulajdonságok javulása), mivel valamint az alkatrészek súlyának csökkentése. A habosító szereket fizikai vagy kémiai kategóriába lehet besorolni. Általában koncentrátum vagy mesterkeverék útján adják hozzá.

Habzó polisztirol

A fizikai habosítószerek olyan sűrített illékony folyadékok vagy gázok, amelyek feloldódnak a polimerben, és a feldolgozás során megváltoztatják az állapotot, hogy sejtszerkezetet alkossanak. A kémiai habosítószerek (CBA) a feldolgozás során termikusan lebomlanak, és habosított terméket képző gázok szabadulnak fel. A szerves CBA-k tipikusan szilárd hidrazin-származékok, amelyek exoterm reakcióval nitrogént termelnek. A leggyakoribb az azodikarbonamid, más típusok az alacsony hőmérsékletű alkalmazásokhoz használt szulfonil-hidrazidok és a magas hőmérsékletű alkalmazásokban alkalmazott p-toluol-szemikarbazidok, például akrilnitril-butadién-sztirol (ABS), polifenilén-oxid (PPO), poliamidok és nagy hatású polisztirol (HIPS).

Az exoterm CBA magas gázhozama és nyomása nagyon hasznosak olyan alkalmazásokban, mint a térhálósított PE és az extrudátumok. Az endoterm CBA-k szervetlen karbonátok és polikarbonsavak keverékein alapulnak, amelyek mind szén-dioxidot bocsátanak ki. Ezen anyagok megfelelő kombinációja 150–300 ° C üzemi hőmérséklet-tartományokat tesz lehetővé. A közös kereskedelmi rendszer a citromsavon és a szódabikarbónán alapul. Az endoterm CBA-k általában kevesebb gázt termelnek, kisebb sejtszerkezetű habok, mint az exoterm CBA-k.

Összekapcsoló és kompatibilis szerek

A kapcsoló- vagy kapcsolószerek elősegítik a polimerek és a szervetlen töltőanyagok közötti tapadást azáltal, hogy stabil kémiai kötéseket képeznek a szerves mátrix és a töltőanyag felülete között. A kapcsolószereket elsősorban üvegszálak kezelésében használják hőre keményedő anyagokban, például epoxigyantákban és poliészterekben történő alkalmazásra. Egyéb töltőanyagok: agyag, szilícium-dioxid, csillám, wollastonit, kalcium-karbonát és alumínium-trihidrát (ATH).

A kapcsolószerek leggyakoribb típusai az organoszilánok. A szilánok általános szerkezete RSi (OR ') 3, ahol R jelentése egy funkcionalizált szerves csoport, amely kötődik a polimer mátrixhoz (azaz amino, epoxi, akrilát vagy vinil), és R' általában metil vagy etil. A metoxi- vagy etoxicsoportok szilanolokká hidrolizálnak, amelyek a szervetlen töltőanyag felületén lévő hidroxilcsoportokkal reagálva oxánkötéseket képeznek. Az eredmény a mechanikai vagy elektromos tulajdonságok javulása. Az amino-szilánokat általában epoxi- és fenolgyantákhoz, epoxi-szilánokat az epoxigyantákhoz, és metakrilát-szilánokat telítetlen poliészterekhez használják. A töltőanyagokat tipikusan szilánok vizes diszperziójával kezeljük. A kezelt töltőanyagokat ezután a keverés során a polimer mátrixszal reagáltatjuk. A szilán javítja az extrudálás alatti nedvesedést, így csökkenti a szerves-szervetlen felület felületi feszültségét a jobb diszperzió érdekében.

A kapcsolószerek speciális osztálya a maleatált poliolefinek. A függő maleinsavanhidrid egység reagál a felületen lévő hidroxilcsoportokkal (vagy előkezelt töltőanyagok esetén sziloxicsoportokkal), miközben a polimer rész együtt kristályosodik a polimer mátrixszal. Fő alkalmazási területei az üvegszálas PP kompozitok, valamint nem halogénezett égésgátló huzalok és kábelek. 1-2% malleed PP hozzáadása akár 40% -kal is javíthatja az üveggel töltött PP szakítószilárdságát.

A maleinsavanhidrid támadása nem kizárólag a poliolefinekre, az etilén kopolimerekre módosulhat, többek között a TPO-k is módosíthatók, ami a kompatibilizálás nagyon széles skáláját teszi lehetővé.

Nem kompatibilis gyanták például: PA PP-vel, PA PE-vel, PET PE-vel, PET PP-vel stb.

Ütésmódosítók

Az ütésmódosítók úgy működnek, hogy felveszik a becsapódási energiát és roncsolásmentesen eloszlatják. Az ütésmódosítók tipikusan elasztomer anyagok, és a hőre lágyuló műanyagok széles skálájához adják, legfeljebb 20% -ig. Az ütésmódosítók fő típusai az akrilok, sztirolok, beleértve a metakrilát-butadién-sztirolt (MBS) és az akrilnitril-butadién-sztirol kopolimerek (ABS), a klórozott polietilén (CPE), az etilén-vinil-acetát kopolimerek (EVA), az etilén kopolimerek és az akrilátok ( EMA, EBA), valamint etilén-propilén kopolimerek és terpolimerek. Az ütésmódosítók fő piaca a PVC, PE és PP, bár más újrahasznosított és műszaki polimerek széles körében használják őket.

Az EPDM-et (Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) és az EPR-t (Ethylene Propylene Rubber) az poliolefinek módosítására használják, főleg az autóiparban. Bár a gumikat ütésálló polimerek, például metallocének és etilén kopolimerek váltják fel, jobb teljesítményt és költséget kínálva.

Nukleáló/tisztázó szerek

Az ilyen típusú anyagokat a félkristályos műanyagokhoz adják a feldolgozás és a gyártás előtt, befolyásolva a kristályosodási sebességet és a szferulitok méretét, magképző anyagoknak nevezik őket. Ezek tipikusan oldhatatlan vagy nem elegyedő anyagok, amelyek biztosítják a kristályképződés helyét. A magképző szerek hozzáadásának fő előnye a ciklusidő javulása a fröccsöntés során.

Amikor a magképző szerek hozzáadása csökkenti a kristályok méretét a látható fény hullámhossza alatt, ezeket az ágenseket tisztító szereknek nevezik, mivel csökkentik az átlátszatlanságot és javítják az átlátszóságot.

A nejlon és a PP magképzéséhez a hagyományos anyag a nátrium-benzoát. A felhasználási szintek 0,1% nagyságrendűek. A nátrium-benzoát nem javítja az optikai tulajdonságokat. Alacsony molekulatömegű poliolefineket, ionomereket, valamint lágyítószereket, például epoxidált szójaolajat használnak félkristályos műanyagok, például PET magképzéséhez. Benzilidénnel módosított szorbitok uralják a PP magképző és tisztító piacát. 0,1-0,3% -ban használják mind homopolimerekben, mind kopolimerekben fröccsöntésre.

A talkumot és más ásványi anyagokat gyakran alkalmazzák magképző anyagként.

Szerves peroxidokat használnak a műanyagiparban a polimerizációs reakciók katalizálására vagy a polimerek tulajdonságainak módosítására. A polimerizációs oldalon a peroxidokat használják iniciátorokként a PVC, kis sűrűségű polietilén (LDPE), polisztirol (PS) és akrilok esetében.

Meglévő polimer módosítóként peroxidokat alkalmaznak a telítetlen poliészter gyanták kikeményítésére, mint térhálósító szerek PE, EVA, valamint különféle etilén alapú polimerek és elasztomerek számára, valamint a polipropilén molekulatömegének csökkentésére egy eljárásban, amelyet csökkentett viszkozitásnak vagy ellenőrzött reológia.