תוכנית אופטימיזציה נוספת עבור פוליאתילן PE מעובד מחוזק בסידן פחמתי

פוליאתילן (PE) הוא אחד הפלסטיקים שמשכו את תשומת הלב הרבה ביותר בייצור התעשייתי. יש לו יתרונות של עמידות מצוינת בטמפרטורות נמוכות, עמידות לרוב קורוזיות חומציות ובסיסיות, יציבות כימית טובה, יציקה מהירה ותפעול חזק. הוא נמצא בשימוש נרחב באריזה, חומרי בניין, מכוניות, ביולוגיה ותחומים אחרים. עם זאת, יישומו הנוסף מוגבל בשל חסרונותיו כגון עמידות ירודה בחום ותכונות מכניות נמוכות יחסית.

ל-CaCO3 דק במיוחד גודל חלקיקים קטן ופיזור טוב. יש לו יתרונות של צמצום נקבוביות וחללים בפלסטיק והפיכת הצטמקות הפלסטיק לאחידה יותר. הוא ממולא בפוליאתילן, פוליסטירן, פוליוויניל כלוריד ופוליפרופילן. בין היתר, הוא יכול לשפר את הקשיות, היציבות הממדית והקשיחות של מוצרי פלסטיק.

עם זאת, מספר רב של מחקרים הראו כי שימוש רק בסידן פחמתי או בחומרי מילוי אחרים למילוי פולימרים שעברו שינוי או לשינוי חומרים אחרים לרוב אינו משיג את התוצאות הטובות ביותר, ושיפור הביצועים הוא פשוט יחסית. שינוי תרכובות של אבקות מינרליות לא מתכתיות שונות לרוב בעל השפעות טובות יותר ויכול לשפר את הביצועים הכוללים של חומרים. כיום ישנם יותר ויותר יישומי מחקר.

מחקר של יאנג צ'אנגיו ואחרים הראה כי ננו-CaCO3 יכול לשפר את התאימות והיציבות התרמית של חומרים מרוכבים מפוליאתילן, וסיבי בגאסה (BF) יכולים לשפר את הגבישיות והקשיחות של חומרים מרוכבים. שניהם יכולים לשפר ביעילות את התכונות המכניות ואת הביצועים המכניים של חומרים מרוכבים.

01 סיווג של פוליאתילן PE

PE מחולק לפי המבנה הכימי שלו, משקל מולקולרי יחסי ושיטת פילמור. ניתן לחלק אותו בעיקר לשלוש קטגוריות: פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE), פוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE) ופוליאתילן לינארי בצפיפות נמוכה (LLDPE).

פוליאתילן בצפיפות נמוכה ▷

ל-LDPE יש פיזור משקל מולקולרי יחסי רחב, גבישיות נמוכה, והוא רגיש להתנהגות דילול גזירה. הוא יכול לגרום להתקשות מאמץ במהלך תהליך היציקה, ולכן ל-LDPE יש תכונות אופטיות ויכולת עיבוד טובים. מכיוון שמודול יאנג של האזור הגבישי גבוה בהרבה מזה של האזור האמורפי, הנוקשות וחוזק המתיחה של LDPE נמוכים יותר, אך הקשיחות וההתארכות בשבירה גבוהות יותר.
LDPE משמש בעיקר בשקיות אריזה מפלסטיק, סרטים חקלאיים, מוצרים יצוקים בהזרקה וכו'.

פוליאתילן בצפיפות גבוהה ▷

HDPE קו שחול צינור יש לו קשיחות, נוקשות ותכונות מכניות גבוהות, אך הוא קל להתיישן ולעוות, וקשיות פני השטח שלו נמוכה. ניתן להשתמש ב-HDPE בצינורות, הזרקה, יציקה בניפוח, רשתות דיג, חבלים, סרטי אריזה ומוצרים אחרים. ל-HDPE יש בידוד טוב וניתן להשתמש בו כחומר עטיפה לחוטים וכבלים, כמו גם לכמה מעטפות של מכשירי חשמל ביתיים.

פוליאתילן ליניארי בצפיפות נמוכה ▷

LLDPE הוא סוג חדש של פוליאתילן שפותח לאחרונה ופותח במהירות בשנים האחרונות. זהו קופולימר של אתילן ואולפין. בהשוואה לפוליאתילן בצפיפות נמוכה, לפוליאתילן ליניארי בצפיפות נמוכה מראה דומה, ברק פני השטח טוב, עמידות טובה יותר לטמפרטורות נמוכות, אך שקיפות נמוכה. LLDPE חודר כיום כמעט לכל שווקי הפוליאתילן המסורתיים, כולל סרטים, יציקה, צינורות, חוטים וכבלים.

02 שינוי של פוליאתילן PE

לפוליאתילן יחיד יש תכונות מכניות כגון עמידות לא מספקת להזדקנות בחום, שבירות בסביבות טמפרטורה נמוכה, קשיות נמוכה ועמידות נמוכה בפני פגיעות. לכן, טיפול השינוי חייב להיות ממוקד.

כיום, שינוי PE כולל בעיקר שתי שיטות שינוי: שינוי כימי ושינוי פיזיקלי. בשינוי פיזיקלי, שינוי משופר מילוי הוא תערובת או חומר מרוכב המוכן על ידי הוספת מודיפיקטורים לפוליאתילן וערבוב כדי לשפר תכונות מסוימות של פוליאתילן או להעניק לפוליאתילן תכונות חדשות.

חומרי מילוי אנאורגניים נפוצים כיום כוללים בעיקר סידן פחמתי, אבקת קוורץ, סיבי קמח עץ, סיבי קש אורז/קנה סוכר, סיליקה, סיבי זכוכית, קאולין, חרוזי זכוכית, טלק, גרפיט, ננו-צינוריות פחמן ועוד. על ידי הוספת סוג זה של חומר מילוי מחזק לפוליאתילן, ניתן להפחית עלויות ולשפר את הנוקשות, החוזק, היציבות הממדית, עמידות החום, המגנטיות, המוליכות ותכונות אחרות של המוצר.

בבחינת העיקרון שלה, לחלקיקים אנאורגניים יש עמידות וחוזק גבוהים בחום, ולחלקיקים אנאורגניים יש השפעה רבה על תהליך ההתגבשות של פוליאתילן. כחומרי התגרענות אנאורגניים, הם יכולים להשפיע ישירות על החוזק, הנוקשות ועמידות החום של שרף פוליאתילן ומדדים מרכזיים אחרים.

03 סידן פחמתי שעבר שינוי

סידן פחמתי, כחומר מילוי אנאורגני רב-תכליתי, טומן בחובו שני חסרונות כאשר משתמשים בו עם חומרים פולימריים:

מצד אחד, פני השטח הידרופיליים ואולאופוביים, עם קוטביות חזקה, בניגוד לקוטביות הנמוכה ההידרופובית והאולאופילית של הגוף האורגני, קשה לשלב אותם עם מטריצת הפולימר;

מצד שני, לסידן פחמתי כוח קשירה נמוך עם פולימרים והוא יכול לשחק רק תפקיד מסיס. עודף סידן פחמתי יגרום לירידה משמעותית בביצועי חומרי הפולימר, מה שמקשה על ייצור ועיבוד מוצרים.

ביישום מעשי, צריכה להיות קשירה בין-פנית טובה בין סידן פחמתי לפוליאתילן, וגודל החלקיקים של סידן פחמתי צריך להיות קטן ופיזור טוב. לכן, יש לשנות את תהליך ייצור הסידן הפחמתי.

סידן פחמתי עובר שינוי באמצעות חומר צימוד טיטנאט. חלק האלקיל בחומר הצימוד קל להידרוליזה ולקישור עם -OH על פני השטח של סידן פחמתי במהלך תהליך השינוי, מה שיכול להפוך את תכונות פני השטח של סידן פחמתי להידרופוביות; שלושת המבנים יכולים להסתבך או להשתלב כימית עם הפולימר, ובכך לשפר את התאימות הבין-פנימית בין סידן פחמתי לפולימר ואת הריאולוגיה והיציבות הפיזורית של סידן פחמתי במערכת, ובכך לשפר את התכונות המכניות והתכונות המכניות.

עקרון השינוי של סוכן צימוד טיטנאט

04 פוליאתילן מעובד במילוי אבקה אנאורגנית

זואו ינזה ועמיתיו השתמשו בהתאמה בחומר צימוד טיטנאט (KH101) וחומר צימוד סילאן (KH570) כדי לשנות את CaCO3 ו-SiO2 כחומרי מילוי, ויצרו חומרים מרוכבים בינאריים וטרנריים של PE עם HDPE כמטריקס. המחקר מראה כי: פיזור הננו-חלקיקים שעברו שינוי במטריקס משתפר, תופעת הצטברות מצטמצמת, וחוזק המתיחה וחוזק הפגיעה של מרוכבים בינאריים עולים תחילה ולאחר מכן יורדים עם העלייה בתכולת CaCO3 ו-SiO2. כאשר כמות הסימום של SiO2 היא 7% משקלי, הביצועים המקיפים של חומר מרוכב PE/SiO2 הם הטובים ביותר; כאשר כמות הסימום של CaCO3 היא 15% משקלי, הביצועים המקיפים של חומר מרוכב PE/CaCO3 הם הטובים ביותר. בחומרים מרוכבים PE/CaCO3/SiO2, כאשר כמויות הסימום של סידן פחמתי ו-SiO2 הן 25% משקלי ו-7% משקלי, חוזק המתיחה וחוזק הפגיעה המחורצים עולים ב-17.6% ו-34.5% בהתאמה, מה שמבטיח אפקט סינרגטי ומשיג תוצאות טובות יותר. ביצועים כוללים.

ג'ואו לין ואחרים פיתחו חומרים מרוכבים בעלי ביצועים גבוהים עם ננו-סידן פחמתי מעורבב עם SBS/HDPE. המחקר הראה כי: חוזק הפגיעה, חוזק המתיחה וההתארכות בשבירה של תערובות ננו-סידן פחמתי ו-SBS/פוליאתילן בצפיפות גבוהה גדלו עם העלייה בכמות הננו-סידן פחמתי. השינויים בשבר המסה מראים כולם שינוי פרבולי עם פתיחה כלפי מטה. מכיוון שתכונות הפגיעה, חוזק המתיחה וההתארכות בשבירה של התערובות משתנות באופן סינכרוני, ניתן להסיק כי ננו-סידן פחמתי יכול גם להקשיח וגם לחזק את התערובות. הביצועים הכוללים של התערובת אופטימליים כאשר שבר המסה של ננו-סידן פחמתי מגיע ל-15% מהמסה הכוללת של התערובת.

ג'אנג שיאוצ'יאן ועמיתיו שילבו פרופורציות שונות של קשקשים של CaCO3 עם קמח עץ ו-HDPE כדי להכין חומרים מרוכבים של CaCO3/HDPE/קמח עץ. מחקרם מראה שכאשר כמות ה-CaCO3 המועשרת היא 7%, חוזק המתיחה מגיע לערך שיא של 28.3MPa. בהשוואה לחומר מרוכב HDPE/אבקת עץ (19.7MPa), הוא גדל ב-43.7%, בעוד שחוזק הכיפוף והפגיעה גדלים ב-19.2% ו-20.1%.