Přísady do polymerů

Download Report

Transcript Přísady do polymerů

Přísady do polymerů

Přísady do polymerů

• Zpracovatelské přísady • Antidegradanty • Síťovací prostředky • Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti • Zvláštní přísady

Přísady do polymerů

• Prakticky

nepřichází v úvahu

používání samotných čistých polymerů.

• Koncentrace přísad v polymerních směsích se vyjadřuje ve hmotnostních dílech přísady připadajících na 100 hmotnostních dílů polymeru. • • Označuje se jako dsp (

dsk

– v případě kaučukových směsí) – x dílů přísady na sto dílů polymeru.

phr

– parts of hundred of rubber

Zpracovatelské přísady

• Přísady, které

usnadňují

nebo dokonce

umožňují

přípravu a zpracování polymerních směsí. • Každá přísada více či méně

ovlivňuje

vlastnosti polymerních směsí i konečného produktu.

Zpracovatelské přísady

1) Plastikační činidla (peptizační činidla = peptizátory) - usnadňují plastikaci tj. vzniklé radikály

úpravu kaučuku

intenzivním hnětením – zvyšují účinnost a rychlost hnětení, protože usnadňují štěpení makromolekul kaučuku a stabilizují přechodně PEPTAZIN BAFD PEPTAZIN BFT 0,05 až 0,2 dsk, regeneráty až 4 dsk

Zpracovatelské přísady

2) Maziva Přísady původně vyvinuté pro

usnadnění zpracování

kaučuků.

obtížně zpracovatelných polymerů – PVC, PS, PTFE, v současnosti i jako přísada do Maziva usnadňují zpracovatelský proces, ale zlepšují i mnohé vlastnosti výrobků jako je např. vzhled povrchu, tepelná a světelná stabilitu, odolnost vůči povětrnosti.

Zpracovatelské přísady

Podle účinku – 2 skupiny: 1) Maziva s vnějším účinkem – látky

málo rozpustné

v polymeru, proto vystupují na povrch a vytvářejí na něm vrstvu, která usnadní oddělení výrobku od formy.

2) Maziva s vnitřním účinkem – látky

dobře rozpustné

v polymeru, snižují viskozitu jeho taveniny a do určité míry zmenšují množství tepla vznikajícího třením při zpracování polymerních směsí.

Zpracovatelské přísady

Podle chemického složení existuje několik skupin maziv: 1) uhlovodíky (účinek roste s délkou jejich řetězce) 2) mastné kyseliny (jako vnější mazadla) 3) vosky (původně včelí vosk, dnes již syntetické, vnitřní mazivo) 4) těžké alkoholy (vnitřní mazivo) 5) vícesytné alkoholy (mazivo vnější, př. glycerol) Někdy i kombinace. Dávkování 0,5 až 3dsk.

Zpracovatelské přísady

3) Separační činidla Používají se pro

usnadnění vyjímání výrobků

(výlisků, výstřiků, laminátů) z forem.

Přispívají ke zvýšení produktivity tvářecího zařízení (lisu, vstřikovacího stroje). • vnější maziva • silikonové oleje • PTFE disperze ve formě nátěrů nebo nástřiků tvářecích ploch (vynikající tepelná stabilita do 300 o C)

Zpracovatelské přísady

Nevýhoda: Problémy při následném

potiskování nebo pokovování

povrchu výrobků.

Někdy je účelnější použití separačních fólií z celofánu nebo PVAL.

Zpracovatelské přísady

4) Pomocné zpracovatelské prostředky (výhradně přísady do kaučuků) Látky, které přidány do kaučukové směsi

zlepšují její zpracovatelnost

bez negativního ovlivnění užitných vlastností pryžového výrobku. • snížení viskozity kaučukové směsi –

potřebné energie snížení

k intenzivnímu míchání v počáteční fázi (spojování kaučuku s plnivem) • nižší viskozita kaučukové směsi umožňuje její tváření při

menším smykovém namáhání

– nedochází k nežádoucímu štěpení makromolekul

Zpracovatelské přísady

menší množství štěpných reakcí

fyzikálních vlastností pryže při přípravě kaučukových směsí se projeví zlepšením • nižší viskozita – vyšší rychlost tváření – vyšší produktivita práce –

úspory energie

• nižší viskozita – při hnětení se vyvine méně tepla –

snižuje se nebezpečí

předčasné vulkanizace Podle chemického složení 2 skupiny: 1) mastné kyseliny a jejich deriváty 2) pryskyřičné produkty

Zpracovatelské přísady

5) Změkčovadla Málo těkavé organické látky, které poskytují polymerům ohebnost, tvárnost, vláčnost a snižují T g a viskozitu taveniny. Principem působení změkčovadel je

řetězců polymeru.

zvyšování tzv. vnitřní pohyblivosti makromolekulárních

Aby přísada účinkovala jako změkčovadlo, musí mít schopnost

pronikat mezi

polymer rozpouštědlem. makromolekulární řetězce a oddalovat je. Musí být tedy pro daný

Zpracovatelské přísady

Jelikož rozpustnost souvisí s

podobnou polaritou

, lze říci, že polární látky změkčují polární polymery a naopak. Do termoplastů se přidávají za účelem ovlivnění užitných vlastností výsledného produktu – snižují T g .

Změkčovadla se uplatňují hlavně při přípravě kaučukových směsí – umožňují připravovat směsi s vysokým obsahem plniv, ale i zlepšovat speciální vlastnosti pryže např. přilnavost běhounu pneumatiky k vozovce.

Zpracovatelské přísady

6) Tepelné stabilizátory Látky umožňující tvarování za tepla a tváření polymerů, jejichž

teploty

měknutí a rozkladu leží

v úzkém rozmezí.

Jedná se zejména o homopolymery a kopolymery vinylchloridu. Tepelný stabilizátor má za úkol: 1) zamezit odštěpování chlorovodíku – koroze zařízení 2) zabraňovat vzniku barevných struktur nebo tyto struktury vzniklé tepelnou destrukcí rozrušovat

Zpracovatelské přísady

3) být snášenlivý s polymerem – nevyluhovat se vodou, být netoxický, nezhoršovat mechanické a elektroizolační vlastnosti Rozdělení stabilizátorů: 1) stabilizátory založené na solích organických a anorganických kyselin, organocíničité stabilizátory 2) stabilizátory organické Dávkování 0,5 až 5 dsk.

Antidegradanty

• Jsou skupinou přísad, které dlouhodobě

chrání výrobky před vnějšími vlivy

během jejich používání. • Vnější vlivy - sluneční záření - atmosférický kyslík - ozón - tepelná energie Světelné stabilizátory Antioxidanty dávkování 1 až 3 dsk Antiozonanty

Antidegradanty

1) Světelné stabilizátory Přísady, které

absorbují UV záření

, tj.tu část světelného spektra, jejíž energie je dostatečně velká k tomu, aby způsobovala degradaci polymeru = absorbéry UV záření.

Záření o vlnových délkách 300 – 400 nm nesmějí propouštět, ale musejí ho absorbovat.

Přijaté

(absorbované) UV záření

musí přeměnit na záření energeticky chudší

, pro polymery neškodné (např. dlouhovlnné záření tepelné, jehož energie nepostačí k degradaci polymeru).

Antidegradanty

Samotné stabilizátory

musí být vůči UV záření odolné

– přijatou energii přeměňují bez jakékoliv změny. Mezi nimi, polymerem a dalšími přísadami ve směsi nesmí docházet k žádné chemické reakci (mohlo by dojít ke změně barvy výrobku).

Antidegradanty

Stabilizátory se dělí na: 1) deriváty benzofenonu 2) deriváty kyseliny salicylové 3) deriváty benzothiazolu 4) prostorově stíněné aminy 5) pigmenty – hlavně bílé TiO 2 , ZnO – zejména pro PE

Antidegradanty

2) Antioxidanty

Vzdušný kyslík

způsobuje degradaci polymerů – ta se při běžné teplotě projeví až cca po 10 letech.

Degradaci nejvíce podléhají

nenasycené polymery

, v jejichž makromolekulárních řetězcích vznikají hydroperoxidové skupiny -O-O-H. Ty se pak snadno štěpí na

radikály

, které zahajují řetězovou oxidační reakci vedoucí k degradaci polymeru.

Antidegradanty

Ochrana spočívá v

zabránění řetězového průběhu

oxidace, která má v nechráněném polymeru autokatalytický průběh (je urychlována vlastními reakčními produkty).

Naváže-li se na pryž z přírodního kaučuku

1% O 2

klesne její pevnost v tahu na polovinu původní hodnoty.

Podle chemického účinku 2 skupiny:

Antidegradanty

1) Látky, které

přerušují řetězovou autooxidační reakci

tím, že ukončují (inhibují) buď radikály vzniklé rozpadem hydroperoxidu nebo radikály vzniklé reakcí primárně vytvořených radikálů s makromolekulami.

2) Látky, které zabraňují vzniku (iniciaci) řetězové autooxidační reakce tím, že

rozkládají (dezaktivují) hydroperoxidy

= preventivní antioxidanty.

Antidegradanty

Antioxidanty

se při svém ochranném působení

mění na produkty

, které jsou buď bezbarvé nebo různě

zbarvené (většinou tmavě).

• • • Nebarvící – rozkladné produkty bezbarvé.

Barvící – barevné produkty zbarvují polymer.

Zbarvující

– barevné produkty zbarvují nejen chráněný výrobek, ale

i jiné předměty

v bezprostředním styku, jsou nejúčinnější, ale vhodné jen pro černé výrobky.

, které jsou

Antidegradanty

3) Antiozonanty Ozon napadá jen pryž, a to vyrobenou jen z

nenasycených kaučuků

. Ze všech degradačních faktorů má na pryž největší účinek. I když jsou ve vzduchu velmi malé koncentrace ozonu,

reaguje

velmi snadno

s dvojnými vazbami

makromolekulárního řetězce kaučukové sítě. Aduje se na ně za vzniku velmi

křehkého ozonidu

, který pokrývá povrch vysoce elastické pryže.

Antidegradanty

• • • Praskající vrstva ozonidu odhaluje nový povrch pryže, který ozon znovu napadá.

Antiozonanty reagují s ozonem mnohem ochotněji

než řetězce kaučukové sítě a navíc dále difundují k povrchu, kde pryž chrání. Zbarvující Nezbarvující Vosky nebo parafíny – vykvétají na povrch, kde tvoří souvislou vrstvu, kterou ozon neproniká. Vrstva ale není elastická, proto kombinace.

Síťovací prostředky

Látky, které se

účastní síťovacích reakcí

tj. spojování lineárních nebo rozvětvených makromolekulárních řetězců příčnými vazbami do struktury prostorové sítě.

1) Síťovací činidla Nejdůležitější,

bez nich síťování nemůže proběhnout

, jsou bezprostředním původcem příčných vazeb.

Síťovací prostředky

Kaučuky –

vulkanizace – vulkanizační činidla

– elementární síra – přírodní mletá krystalická.

Reaktoplasty – organické peroxidy, množství závisí na řadě parametrů.

vytvrzování – tvrdidla

– polyaminy, Termoplasty – síťování

organickými peroxidy

nebo

zářením o vysoké energii

(síťují se především polyolefiny a PVC – vyšší tvarová stálost za zvýšených teplot).

Síťovací prostředky 2

) Aktivátory síťování Přísady, které

aktivují síťovací reakci

– tj. zmenšují její aktivační energii. To se projevuje

menší závislostí rychlosti síťování na teplotě

, zvyšuje se i účinnost síťování – více příčných vazeb. Dávkování – jednotky dsk.

Síťovací prostředky

• • • Lze je rozdělit podle prostředku, který síťování způsobuje na aktivátory: Vulkanizace sírou Síťování peroxidy Radiačního síťování

Síťovací prostředky

3) Urychlovače síťování Reakce síťovacího činidla s polymerem probíhá někdy velmi pomalu, což je v praxi neúnosné. A) Urychlovače sirné vulkanizace kaučuků –

zkrácení vulkanizační doby

z hodin na minuty – např. hadice lze produkovat i průběžnou vulkanizací, lze snížit i vulkanizační teplotu.

Urychlovače lze roztřídit podle – chemického složení, vlivu na vlastnosti pryže, urychlovacího účinku (pomalé, rychlé, velmi rychlé, ultrarychlé).

Síťovací prostředky

Obecně – rychlejší urychlovač je i účinnější, umožňuje nižší dávkování síry a vyžaduje nižší teplotu vulkanizace.

B) Urychlovače vytvrzování reaktoplastů –

zejména dobu vytvrzování.

zkracují

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

1) Plniva 2) Vyztužovadla 3) Nadouvadla 4) Pigmenty 5) Opticky zjasňující

látky

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

1) Plniva většinou tuhé látky využívané ve formě prášků krátkých vláken dlouhých vláken Použití - do kaučuků - do reaktoplastů - do termoplastů

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

Plnivy lze zlepšovat

fyzikální i mechanické

vlastnosti (pevnost, tuhost, odolnost proti oděru, roztažnost), odolnost vůči teplotě, ohni, korozi, stárnutí, ovlivňovat vzhled, cenu.

Příklady: Gumárenská plniva – saze – různé typy – černé i bílé – oxid křemičitý – dávkování různé (Aerosil, Cab-O-Sil, Siloxid).

Saze zvyšují tuhost, pevnost, odolnost proti oděru a botnání, většinou zhoršují zpracovatelnost kaučukových směsí.

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

Plniva do termoplastů - kaolín (hydratovaný křemičitan hlinitý), uhličitan vápenatý, křemičitan vápenatý, mletý baryt, krátká skelná vlákna.

Plniva do reaktoplastů – dřevná moučka, vláknitá plniva, textilní ústřižky, papír, moučka ze skořápek různých plodů, slída, sloučeniny barya a olova, břidlice, grafitová a skelná vlákna, křemičitý písek.

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

2) Vyztužovadla Látky, které svým tvarem a strukturou

zpevňují polymerní výrobky

, zejména z reaktoplastů. Jedná se především o vláknité a textilní materiály. Skelná vlákna, uhlíková vlákna a jejich kombinace, kevlarová vlákna, tkaniny. Lamináty – vrstvené materiály, možnost i polotovarů.

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

3) Nadouvadla Přísady, které se

při teplotě tváření polymerní směsi rozkládají za vzniku plynných produktů

, které pak ve výrobku vytvoří uzavřené nebo otevřené póry. Plynnou složkou jejich rozkladu bývá dusík nebo kyslík. Nadouvadla anorganická – levná, ale obtížně dispergovatelná, při delším skladování se samovolně rozkládají – uhličitan amonný.

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

Nadouvadla organická – v polymerních směsích dobře rozpustná, poskytují jemnější póry, značně rozšiřují paletu lehčených hmot. Dávkování – 1 až 5 dsk.

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

• Požadavky na nadouvadla: Cenově dostupná Stabilní při skladování Snadno dispergovatelná Rozklad by neměl být významně exotermický a měl by probíhat v určitém krátkém teplotním intervalu.

Vznikající plyn nesmí být korozívní, jedovatý ani zapáchající.

Rozkladné produkty nesmí ovlivnit konečné parametry výrobku.

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

4) Pigmenty barevné prášky nerozpustné v polymerech - organické (velmi stabilní cheláty kovů, jako podklad je vždy nutné použít titanovou bělobu, drahé) - anorganické (křída, sádrovec, grafit, zinková a titanová běloba, levné, dobře snášejí podmínky zpracování, nedávají dost živé odstíny) - bronzy (práškové kovy)

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

5) Opticky zjasňující látky Látky, které

absorbují část UV záření

o vlnových délkách 340 – 400 nm.

Pohlcenou energii pak

vyzařují během osvětlování

lidském oku ve formě fluorescence – tj. záření o vlnových délkách 430 – 460 nm a tím vyvolávají v

dojem

, že sledovaná barva je jasnější. Použití problematické tam, kde se používají světelné stabilizátory – zjasňující účinek se ruší.

Přísady ovlivňující další fyzikální vlastnosti

Odstraňuje se jimi zažloutlost polymerů, největší účinek je na denním světle, přidávají se ve fázi zpracování do surového polymeru či monomeru, dávkování – tisíciny dsk.

Zvláštní přísady

Polymerům propůjčují specifické vlastnosti, přidávají se jen do některých směsí, dávkování je různé.

1) Antistatické prostředky Polymery elektricky nevodivé – řada nežádoucích jevů.

Antistatika jsou látky buď

silně hydrofilní

, nebo

s elektricky vodivou strukturou

– dochází ke zvýšení vodivosti polymeru – spíše pro termoplasty, u pryží toto zastávají saze.

Zvláštní přísady

2) Prostředky snižující hořlavost = retardéry hoření = zhášedla Látky, které

se rozkládají při zvýšených teplotách

a

uvolněné plyny

zhášejí plamen.

buď způsobují tvorbu pěnového, tepelně izolujícího polštáře, nebo přímo Často i kombinace s

plnivy

snížení hořlavosti - slída, kaolín, křemičitany, grafit, síran hořečnatý.

zabezpečujícími

Zvláštní přísady 3

) Brusné prostředky Polymery mají značnou schopnost pojmout značné množství přísad – až stovky dsk, což umožňuje použít je jako pojiva. Reaktoplastové pryskyřice a karbid křemíku – karborundum brousek.

Zvláštní přísady 4

) Faktisy Přidávají se do kaučukových směsí pro zlepšení hladkosti povrchu při vytlačování, výrobkům z opryžovaného textilu dodávají příjemný omak, pryž činí vláčnou a měkkou.

Zvláštní přísady

5) Adhezní prostředky Jsou to chemická aditiva, jejichž charakteristickým rysem je

přítomnost dvou typů reaktivních skupin

, které umožňují vytvoření dostatečně pevné vazby jak s povrchovými reaktivními skupinami anorganického plniva, tak i organickým polymerem. - organofunkční silany - organotitanáty

Zvláštní přísady

Organofunkční silany – „chemical bridges“ Základní představy o působení spojovacích prostředků vycházejí z předpokladu, že při kombinaci složek s rozdílnými chemickými a fyzikálními vlastnostmi vznikají problémy v oblasti styku obou fází.

K získání jednotné struktury kompozitu je nutné, aby organická fáze dobře smáčela anorganické plnivo a stejnoměrně ho pokryla.

Zvláštní přísady

Dostupné silanové spojovací prostředky jsou látky obecného vzorce YRSi(OR) 3 Kde - Si (OR) 3 skupina, resp. produkt její hydrolýzy,

- Si(OH) 3 , zajišťuje vazbu k anorganickému plnivu

(a díky reakci s povrchovými hydroxylovými skupinami plniva udržuje i dobrou adhezi k většině křemičitých plniv či plniv na bázi kovů).

Zvláštní přísady

a)

Y představuje funkční skupinu reaktivní vzhledem k polymeru, její volba závisí na typu zpevňovaného polymeru

Tato skupina je k atomu křemíku vázána prostřednictvím uhlovodíkového řetězce.

K aplikaci spojovacích prostředků lze použít 2 základních principů: Předzpracování plniva b) Integrální míšení

Zvláštní přísady

a) Smíchání plniva s roztokem silanu ve vhodném rozpouštědle (obvykle směs voda – alkohol) s následným odstraněním rozpouštědla sušením.

dávkování – 1 dsk vztaženo na nosič.

Optimální množství použitého silanu závisí jak na povaze nosiče, tak i na povaze polymeru a musí být pro každý případ určováno individuálně.

Zvláštní přísady b

) Silan je přidáván do promíchávané směsi nosiče a polymeru. Tento způsob vyžaduje větší množství silanu, ale je přesto ekonomičtější, neboť je odstraněno předzpracování nosiče.

Zvláštní přísady

Účinnost silanu: 1.

Vysoká – oxid křemičitý, skleněná vlákna, křemen, sklo 2.

3.

4.

Dobrá – oxid hlinitý, anorganické křemičitany, kaolín, slída, mastek, oxid železitý, oxid titaničitý Slabá – křída, uhličitan vápenatý, síran barnatý Žádná – grafit, saze

Zvláštní přísady