Химически разпенващи агенти

август 16, 2013, 14:28  

Химическите разпенващи агенти могат да имат ключова  роля при подобряване както на полимерите за общо приложение,така и на инженерните(конструкционни) полимери,за да де преработват по-лесно и с подобрени свойства при леене под налягане и екструзия.

Както производителите на разпенващи агенти,така и производителите на полимери подобриха продуктите си.От гледна точка на желаните подобрения на теглото на изделията и удароустойчивостта  съвместимостта и хим. реакции при разпенващите агенти станаха по-важни.

ПРОЦЕСИ   ПРИ РАЗПЕНВАЩИТЕ АГЕНТИ :

Какво всъщност се случва,когато се добавят хим. разпенващи агенти  или раздуващи вещества в процеса на преработка на полимера? Агентите се смесват с полимера(в смисъл предварително) или могат да се захранят директно в захранващата фуния на машиината и оттам надолу през цилиндъра към матрицата.Топлината от цилиндъра причинява термично разграждане на материала като реакцията  може да е или ендотермична(поглъщаща топлина) или екзоермична(протичаща с отделяне на топлина).Ендотермичните разпенващи агенти отделят обикновено въглероден диоксид,докато екзотермичните в повечето случаи отделят азот.Течните въглероден диоксид или азот от разпенващия агент се смесват с молекулите на полимерната стопилка и не са типично смесващи се или хомогенен разтвор.Тази разтворимост или смесваемост на течността се влияе от типа на полимера.

Термопластичните полимери се класифицират по макромолекулната си структура.Аморфна или неструктурирана  пластмаса е неподредена със силно разклонени макромолекулни вериги и е прозрачна.Полу-кристалните полимери са с подредени или линейни  макромолекулни вериги и са мътни или полупрозрачни.Добавки като огнезабавители,антиоксиданти,пигменти,пълнители, стабилизатори срещу ултравиолетови лъчи и т.н. също влияят на разтворимостта.Полимерните системи се влияят от добавките и повърхностното напрежение,което може или да подобри съвместимостта и да инициира смесване,или да дестабилизира стопилката и да доведе до коагулиране.Впрочем,ако полимерната стопилка и добавките,в т.ч. разпенващите агенти са съвместими,ще може да се стигне до полимерна емулсия,която е идеална за процеса на разпенване.

Основния размер на частиците на разпенващите агенти определя размера на течно/газовата смес в стопилката.Големите частици ще имат тенденция да образуват течно/газови смеси с големи размери.При подходящо увеличение може да се видят образувания с размери от топка за голф до плажна топка.

Размера на тези течни микрокапчици и количеството,смесено в полимерната смес,имат ефект на смазка.Това не само намалява срязващо-нагряващите сили,но също подобрява теченето на стопилката и следователно индекса на стопилкат на полимера.Фините частици,които произвеждат фини микрокапчици,имат тенденция към образуване на фини емулсии.

СЪВМЕСТИМОСТ НА РАЗПЕНВАЩИТЕ АГЕНТИ :

Както производителите на добавки,така и тези на полимери продържават да внасят подобрения в качеството на продуктите си и в съвместимостта.Основните реакции в полимерната стопилка стават особено важни,когато се опитваме да намалим теглото на изделията и да поддържаме или подобрим удароустойчивостта.Всички хим. разпенващи агенти се разграждат термично като се получават газаве и странични продукти.Трябва да се каже,че тези продукти може да са основни,неутрални или кисели и могат да засегнат рН баланса на комплексната полимерна система.Това причинява проблеми с другите добавки,особено с огнезабавителите,стабилизаторите и при оцветители базирани на азо-багрила(азо-връзката се състои от два азотни атома,свързани с двойна връзка,а третата валенция на всеки от двата тривалентни азотни атома образува връзка с въглеводороден радикал).

Много от евтините,нискокачествени разпенващи агенти причиняват корозия на инструментите или трошливост на изделията.За ендотермичните агенти твърде високата концентрация на натриев бикарбонат или лимонена киселина води до реакция с др. добавси като бромови смеси или фосфатни естери.Тази реакция може да е с термопластичния полимер или с материала на матрицата.При екзотермичните агенти реакциите са преди всичко основни(алкални),което обяснява защоте са предпочитани за киселия по природа РVС(поливинилхлорид) и подобни на него материали.

Основна цел при използването на разпенващи агенти е да се постигне съответствие между разпенващия агент и полимерната система.Когато е постигнато правилно съчетаване,то производствените предимства са фантастични.Нпр. производител чрез леене под налягане с тегло на удара 6,5 кг. при изделие от удароустойчив полистирол е работел с цикъл от 3 мин.С използване на съвместим ендотермичен разпенващ агент производителя е намалил цикъла до 2 мин.,като са отстранени и всмукванията,което е довело да икономия от почти 1 дол. за 1 бр. изделие.Това обяснява защо на пазара днес  има над 150 ендотермични разпенващи агенти и над 200 екзотермични състава.Всеки разпенващ агент има за цел да предложи на преработвателя уникално икономическо предимство или предимство при качеството.

В бъдеще се очаква нарастване на ендо- и екзо-термичните агенти,които водят до подобяване на процеса и качеството.По същия начин производителите на полимери се интересуват от разширяване на асортимента на техните продукти като включат повече подходящи за разпенване полимери и съответно подходящи за процеса на разпенване агенти.

РАЗПЕНВАЩИ АГЕНТИ,ИЗПОЛЗВАНИ ПРИ ЛЕЕНЕТО ПОД НАЛЯГАНЕ :

Има около 10 различни процеса на леене под налягане с използване на разпенващи агенти.Химическите разпенващи агенти могат да играят ключова роля и да дадат възможност за по-лесна преработка и подобряване на свойствата както на полимерите с общо приложение,така и на инженерните(конструктивни)  полимери.Това включва :

- Надеждно леене под налягане.

- Отливане на структурни пени при ниско налягане.

- Отливане на структурни пени при високо налягане.

- Отливане на структурни пени с газово противоналягане.

- Отливане на структурни пени с впръскване на азот.

- Отливане,подпомагано от газ.

-Химично подпомагане с газ.

- Отливане с роцес CoralFoam(развит от британската фирма Coraltech Ltd – използват се разпенващи агенти в комбинация с движещи се сърцевини,за да се произведат леки разпенени езделия без увеличаване на времетраенето на цикъла).

- Допълнително леене(върху друг материал) на структурни пени.

Разпенващите агенти при леене на структурни пени при високо налягане създават микроклетъчна структура с гладка,твърда  ”кожа” и фина клетъчна сърцевина.Размера на частиците,равномерното разпределяне и контролираното отделяне на газ са пригодени да осигурят вножество много малки ядра,които създават тази фина и еднородна микроклетъчна структура.

При леенето с газаво противоналягане се използват ендо- или екзо- термични агенти,за да се елиминират вдлъбванията и се подобри ефективността на процеса,в т.ч. намаляването на плътността и времетраенето  на  цикъла.С разпенващи агенти на основа въглероден диоксид е необходимо противонаяляане само от 2,5 атм.,за да се избегнат издувания.

Процеса  CoralFoam е нов,избирателен процес на разпенване,основан на усъвършенствувани инструменти и ендотермични разпенващи агенти.Този процес използва  агенти на база въглероден диоксид,тъй като той е разтворим при ниско налягане и е с предвидими характеристики на разпенване след отливането.

ПОДОБРЯВАНЕ НА ПРОЦЕСА ПРИ ИЗПОЛЗВАНЕ НА ВЪГЛЕРОДЕН ДИОКСИД :

Изгодите от поцеса са изцяла базирани на химията и хим. реакции,обсъждани по-рано,както и на физичната природа на газовете.Въглеродния диоксид е газ с ниско парно налягане и се разтваря при ниско налягане.Обикновено това става в обхвата  0,07 0,012 атм.В свръхкритично състояние въгл. диоксид е свръхразтворител и може да понижи температурата на встъкляване? на повечето полимери.В случая с РVС  проучванията показват намаление от 50 град. Целзии.Степента на разтворимост на течния въгл. диоксид  все още се изучава.Тази величина е важна при процесите на леене под налягане,тъй като времето на престоя е много кратко.

Това,което можем да наблюдаваме,е че понижаването на температурата(на преработка)с 5-10 град. Целзии средно за повечето полимери е постижимо.

В повечето случаи ендотермичния агент не се използва да произведе пяна,но ще се използва да подобри поведението на стопилката на полимера,което е в помощ на процеса.Въгл. диоксид действа кото смазка,като подобрява теченето на стопилката,което при леенето под налягане подобрява пълненето на матрицата.Разпенващите агенти често се използват за отстраняване на всмукванията.Въгл. диоксид се стреми към областта с най- ниско съпротивление,които са и най-горещите области.Разширението на клетъчната структура запълва свободните места,оставени от застиващия полимер.Основно е да се помни,че трябва да се променят параметрите на процеса,за да се даде предимство на формирането на пяна.В повечето случаи излишъка от уплътняващо налягане пречи на разпенването.

Вероятно най-важното предимство на намаляването на вискозитета е възможността да се достигнат еквивалентни характеристики на потока при по-ниски температури.С намаляване на вискозитета на полимерната стопилка има възможност за намаляване на температурата на стопилката или подобряване на потока на стопилката при същата температура.Подобрения поток на стопилката може да значи по-малко отвори за впръскване,по-тънки стени,по-малко остатъчни напрежения и намалено изгаряне вследствие загряване от срязващо напрежение.В някои случаи използването на ендотермични агенти улеснява балансирането на многогнездови матрици.Наситения въгл. диоксид упражнява вътрешно налягане,което дава възможност полимерния материал да се захранва много устойчиво.Тъй като продукта е все още наситен с въгл. диоксид и е в значителна степен пластициран,то в изделието вътрешните напрежения са очевидно по-ниски.Пластмасата се ориентира в посока на потока(ламинарен поток) и разпенващия агент ще действа като разширител,причинявайки дезориентиране на макромолекулите.Това води до по-малко напуквания вследствие на вътрешни напрежения и подобрява удароустойчивостта.

ПРОБЛЕМИ ПРИ ИЗПОЛЗВАНЕ НА ХИМИЧЕСКО РАЗПЕНВАНЕ :

Един лесен начин да се обсъжда подобряването на процесите с използване на хим. разпенващи агенти е да се изяснят проблемите и важните променливи,които могат да  ги решат.Основните проблеми при преработка с разпенване включват :

- Последващо раздуване на пяната : Изделията,извадени от матрицата продължават да се раздуват.Решението е да се понижат температурите на процеса,което  както стана дума по-рано,ще даде възможност да се намали температурата на охлаждане,която е тай-големия дял от времето на цикъла.Друга причина може да е,че е използван твърде много разпенващ агент.

- Слонска кожа : Това е грапавина на повърхността,появяваща се често близо до края на напълването(мастото на матрицата,което се запълва последно от стопилката).Това обикновено е указание,че температурата  на стопилката  или на матрицата е много ниска.

- Всмуквания : При охлаждането на термопластичните материали,те се свиват и по-дебелите места на ребра или издатини се свиватнай-много.Добавете малко повече разпенващ агент и се уверете,че уплътнявящото налягане е освободено,така че пяната да може да се разшири.

- Измятане : Това е когато страничните стени на уплътнението се изкривяват навътре или навън.Често причината е твърде високи температури или налягания на впръскване.Също изделието не е охладено или настроено като цяло,така че увеличаване на охлаждането ще помогне.

- Мехурчета : Това са места,където няма материал,обикновено кухи,формиращи газови “джобове”.Решението обикновено е да се увеличи температурата на стопилката и да се понижи скоростта на впръскване.Може би искате да избегнете падане на налягането,което би довело до неадекватно газаво противоналягане върху фронта на стопилката и ще причини смущения в процеса и др. аномалии в матрицата.Много е важно да се постигне съответствие между разпенващия агент и полимерната система.

- Отлагания : Отлаганията върху шнека или филтриращата мрежа са проблем при екзотермичните разпенващи агенти.Причините може да са различни,в т.ч. опаковките?  на полимера и добавките,но най-бъзото решение е да се намали количеството на използвания разпенващ агент.И отново подчертавам,че трябва да има увереност,че разпенващия агент подхожда на полимерната емулсионна система.

- Трошливост : Това е проблем,при който изделието не може да изпълни изискванията за физични свойства.Обикновените мерки включват намаляване на температурите,намаляване на количеството на разпенващия агент или смяната му с такъв от друг тип.Може да се потърси контакт с производителя на разпенващия агент за спецефични препоръки.

- Изпресовки(чепаци,грат) : Това е излишък от материал,обикновено в делителната равнина на матрицата,който се вижда след отварянето на матрицата.Решението е да се понижат температурите на процеса,да се намали обема на удара(дозировката) или да се понижи количеството на разпенващия агент.Избягвайте резките преходи в дебелините на стените,особено в близост до точката на впръскване,тъй като това създава повече трудности с гладкостта на повърхността.Трябва да се използват по възможност плавни преходи(при дебелините на стените).

- Изгаряния : Става дума за обезцветяване и нееднаквост на повърхността.Може да се преодолее чрез намаляване на температурите и разширяване на отворите за впръскване и вентилиране.Общо взето трябва да се избягва преминаването на стопилката през тесни отвори,които могат да причинят излишни нагрявания поради високи срязващи напрежения и нежелана реакция на разпенващия агент.Не забравяйте,че отворите за впръскване трябва да са възможно по-широки,но да са под 2/3  от дебелината на стената,в която постъпва стопилката.

- ЗАКЛЮЧЕНИЕ :

Обсъдихме накратко как хим. разпенващи агенти могат да подобрят качеството и производителността при леене под налягане.Съвместимостта на разпенващия агент и цялата полимерна система е основно съображение.Ефекта на въглеродния диоксид върху поведението на потока е добре документиран и може да се използва при леенето под налягане за производство на продукти с подобрени физ. свойства и подобряване на ефективността на процеса.

Изучихме също как технологията с хим. разпенващи агенти  използва уникални повърхностно активни вещества и силно развитата повърхност на частиците,които могат да лансират въглеродния диоксид в нови области на науката за материалите.Това включва използването на въглеродния диоксид за подобряване на съвместимостта между два полимера през взаимно проникващи мрежи.Развити са решения с въгл. диоксид като емулгатор за органични и неорганични разпенващи агенти и доставката им до разпенващите материари.

Сега,с нарастване на натиска за опазване на околната среда и ново внимание върху използването на въгл. диоксид,съм сигурен,че ендотермичните хим. агенти ще продължат да имат високи темпове на растеж в индустрията за преработка на пластмаси.

Оставете коментар

Изкажете мнението си...
Ако желаете снимка, вземете си от Граватар!