Полимерите могат лесно да бъдат модифицирани с помощта на различни пълнители и добавки в зависимост от това, което се изисква както в процеса, така и в крайния продукт. В момента има безкрайност от материали за модифициране на полимери и тук споменаваме най-популярните.

Натоварвания

Пълнителите се определят като материали, които се добавят към полимерна формулировка, за да се намалят разходите за съединението или да се подобрят неговите свойства. Такива материали могат да бъдат под формата на твърдо вещество, течност или газ. С правилния подбор на тези материали, не само за икономическата част, но и други свойства като обработка и механично поведение, пълнителите могат да помогнат за подобряването им. Въпреки че тези пълнители запазват присъщите си характеристики, често се наблюдават много значителни разлики в зависимост от молекулното тегло, техниката на смесване и наличието на други добавки във формулата. Следователно, след като се установят основните изисквания на желаните свойства, ще се определи оптималният вид товар и неговият баланс в разходите и производителността.

Добавянето на пълнители също изисква балансирана формулировка, за да се получат оптимални свойства за обработка. Следователно, преди да вземете окончателно решение за заредено съединение, е критично да се установи следното:

  1. Оптимално ниво на натоварване според свойствата и предимствата
  2. Оптимална формулировка за обработка
  3. Икономически анализ на натоварената формулировка

Класификация на товарите

Таксите са класифицирани по различни начини, вариращи от формата им до специфичните им характеристики. Най-общо товарите могат да бъдат класифицирани в две категории: според тяхната производителност и според техния тип.

Класиране въз основа на изпълнението

Натоварвания на удължители:

Разширяването или разпространението на таксите заема предимно пространство и се използва предимно за намаляване на разходите за формулиране.

Като цяло, идеалното натоварване на удължителя трябва

  • Бъдете сферични, за да запазите анизотропните свойства
  • Имайте подходящо разпределение на размера на частиците за вашата опаковка
  • Не предизвиквайте химическа реактивност с полимера и/или добавките
  • Имат ниско специфично тегло
  • Имате показател на пречупване и желания цвят
  • Бъдете евтини

Функционални натоварвания:

Функционалните натоварвания имат определена функция, освен намаляването на цената на формулировката.

Въпреки това, някои пълнители за удължаване, когато се използват с по-фин размер на частиците и/или с повърхностна обработка, могат да се използват като функционални пълнители. Също така пълнителите, които могат да бъдат функционални в един полимер, могат да бъдат просто разширители в друг полимер. Такива фактори усложняват класификацията им по отношение на състава, но на функционално ниво те могат да бъдат диференцирани в зависимост от крайното представяне на полимера въз основа на нивото на натоварване и колко се увеличава въпросното свойство.

могат бъдат
Фибростъкло

По този начин, пълнителите за удължаване основно помагат за намаляване на разходите за формулиране и увеличаване на модула на огъване, докато функционалните пълнители осигуряват поне една специфично необходима функция при формулирането.

Зарядите също се използват за модифициране или подобряване на свойства като топлопроводимост, електрическо съпротивление, триене, износоустойчивост и устойчивост на пламък, наред с други.

Примери за функционално натоварване са слюдата от влакна и стъкло, които увеличават твърдостта, подобряват термичната и диелектричната устойчивост.

Класификация въз основа на типа

Такси за частици:

Зарядите на частиците са разделени на две: инертни заряди и подсилващи такси. Терминът инертен товар може би не е най-добрият термин, тъй като има няколко свойства, които могат да бъдат модифицирани чрез включване на товар. За нормална употреба такива пълнители трябва да бъдат напълно неразтворими във всяка течност, която може да влезе в контакт със съединението. Всеки тип товар може да варира в:

  • Среден размер на частиците и разпределение на размера
  • Форма и порьозност на частицата
  • Химическа природа на повърхността
  • Примеси като песъчинки и метални йони
Калциев карбонат

Като цяло, колкото по-фин е размерът на частиците, толкова по-високи са стойностите на якост на опън, модул и твърдост. По-дебелите частици са склонни да дадат съединение с по-ниски свойства от необработения материал (без заряд) и напротив, ако размерът на частиците е доста фин, механичните свойства се подобряват, това явление е известно като подсилване.

Примесите в пълнителите могат да имат сериозен ефект върху полимерното съединение. Грубите частици водят до точки на слабост в гъвкавите полимери и следователно могат да се провалят при по-малко от очакваното. Като цяло явлението на укрепването изглежда зависи от три фактора:

  • Разтегливост - общото количество повърхност на пълнителя за единица обем в контакт с полимера
  • Интензивност - специфичната активност на пълнителя - интерфейс с химичния полимер, причиняващ физическо и/или химическо свързване
  • Геометрични - като структурата и порьозността на частиците

Примери за пълнители на частици са калциев карбонат, фибростъкло, стъклена микросфера, титанов диоксид и др.

Еластични товари:

Еластичните натоварвания могат да дойдат от рециклирането на термореактивни каучуци и често се включват в твърди термопласти, за да се подобри тяхната жилавост (устойчивост на удар и счупване), въпреки че тяхната твърдост намалява и в зависимост от товара, термичното съпротивление.

Композитите с натоварвания и армировки се използват за промяна и/или подобряване на физическите свойства на пластмасите, главно механичните свойства, въпреки че в някои случаи, като например фибростъкло, те спомагат за подобряване на топлинните и диелектричните свойства.

Пълнителите и армировките също могат да се използват за намаляване на материалните разходи, като се замества част от полимера с пълнители, въпреки че трябва да се има предвид, че пълнителите обикновено имат по-голямо специфично тегло от полимера и разходите се изчисляват на грам краен материал.

Добавки

Пластмасовите добавки обикновено са органични молекули, които се добавят към полимери в малки количества (обикновено 0,05 до 5,0 тегловни%) по време на производство, обработка на стопилка или конвертиране, за да се подобрят присъщите свойства на пластмасите. Добавките могат да бъдат класифицирани в три основни категории: полимерни модификатори, подобрители на производителността и помощни средства за процеса. Поливинилхлоридът (PVC) е далеч полимерът, който предлага най-много пазари за добавки, комбинираният обем на пластификатори и модификатори на свойства представлява приблизително 75% от глобалните пластмасови добавки.

Полиолефините и стирените заедно са групите след PVC, които използват най-много добавки.

Полимерните модификатори се използват предимно за промяна на физическите или механичните свойства на пластмасата. Те включват пластификатори, пенообразуващи или разпенващи агенти, съединители за зареждане, съвместими агенти, модификатори на удара, органични пероксиди, нуклеанти, избистрящи вещества и др.

Подобрителите на производителността се добавят към пластмасите, за да осигурят функционалност, която не е присъща на самия полимер. Те включват забавители на горенето (FR), топлинни стабилизатори за PVC, антиоксиданти, светлинни стабилизатори, биоциди и антистатични агенти. По-ново семейство добавки включва проводими сажди и въглеродни нанотръби, графени и проводими органични полимери за придаване на антистатично електромагнитно екраниране или проводящ ефект върху пластмаси и покрития.

Процесните помощни средства обикновено са повърхностноактивни вещества, които се добавят в процесите на трансформация на пластмаси за подобряване на производителността и промяна на повърхностните свойства на крайния продукт. Добавките от този клас включват смазочни материали, противоплъзгащи агенти, антиблокиращи и освобождаващи плесени средства.

Добавките се включват в полимерни матрици по различни методи и в различни моменти от производствения процес. Производителите на полимери включват добавки като отделни компоненти или като смеси от две или повече добавки по време на етапа на гранулиране (гранулиране) на полимера. Преобразувателите и трансформаторите често добавят добавки като концентрат или основна партида (MB) или течна дисперсия. Концентрат или MB е смес от добавка, разтворена в носител на полимерна смола във високи концентрации (10 40%). В течна дисперсия добавките и/или оцветителите се диспергират или суспендират в реактивен или инертен течен носител, като минерално масло, алифатни гликоли или алкиленови естери, заедно с други диспергатори. Такива течни системи се инжектират директно в оборудването за преобразуване чрез перисталтична дозираща помпа.

Полимерни модификатори

Пластификатори

Пластификаторите се добавят във високи проценти (до 80%) в зависимост от необходимата степен на гъвкавост. Пластификаторите се добавят към присъщите твърди термопласти за увеличаване на гъвкавостта, мекотата и удължаването. В допълнение, често могат да се постигнат странични предимства като по-добра обработваемост, по-висока устойчивост на удар и по-голяма пластичност.

Пластификаторите често се използват като носители на пигменти и са течният носител на пластизолите. Пластификаторите са предимно естери, получени чрез реакция на киселина или анхидрид с линеен или разклонен алкохол. Въпреки че може да варира, експлоатационните свойства като гъвкавост при ниска температура, летливост, обработваемост и екстрахируемост се определят от дължината на веригата и степента на разклоняване.

Примери за течен пластификатор са диизононил фталат (DINP), диизодецил фталат (DIDP) и диоктил фталат (DOP) и епоксидирано соево масло (ESBO), което също функционира като вторичен стабилизатор на топлина в PVC поради способността му да отделя солна киселина, генерирана по време на обработката и като пластификатор има отлична устойчивост на екстракция и ниска миграция.

Пенообразуващи агенти

Разпенващите агенти са неорганични или органични добавки, които произвеждат разпенена структура. Те се използват широко в PVC, полиетилен (PE), полипропилен (PP) и полистирол (PS) за подобряване на свойствата и външния вид (топло- и шумоизолация, по-добра твърдост, елиминиране на провисания в шприцовани части и подобрени електрически свойства), тъй като както и за намаляване на теглото на частите. Пенообразуващите агенти могат да бъдат класифицирани като физични или химични. Те обикновено се добавят чрез концентрат или основна партида.

Експандиран полистирол

Физическите разпенващи агенти са компресирани летливи течности или газове, които се разтварят в полимера и променят състоянието си по време на обработката, за да образуват клетъчна структура. Химическите разпенващи агенти (CBA) термично се разграждат по време на обработката, отделяйки газове, които образуват разпенен продукт. Органичните CBA обикновено са твърди хидразинови производни, които генерират азот чрез екзотермична реакция. Най-често срещаният е азодикарбонамид, други видове са сулфонил хидразиди, които се използват за нискотемпературни приложения и p-толуен полукарбазиди, които се използват при приложения с висока температура, като акрилонитрил-бутадиен-стирен (ABS), оксид Полифенилен (PPO), Полиамиди и полистирол с високо въздействие (HIPS).

Високият добив на газ и налягането на екзотермичните CBA ги прави много полезни в приложения като омрежен PE и екструдати. Ендотермичните CBA се основават на смеси от неорганични карбонати и поликарбонови киселини, които и двете отделят въглероден диоксид. Правилната комбинация от тези материали позволява диапазони на работната температура от 150 до 300 ° C. Обща търговска система се основава на лимонена киселина и сода за хляб. Ендотермичните CBA обикновено произвеждат по-малко газообразни пени с по-малка клетъчна структура от екзотермичните CBA.

Свързващи и комбиниращи агенти

Свързващите или свързващите агенти насърчават адхезията между полимерите и неорганичните пълнители чрез образуване на стабилни химически връзки между органичната матрица и повърхността на пълнителя. Основната употреба на свързващите агенти е при обработката на стъклени влакна за използване в термореактивни материали като епоксидни смоли и полиестери. Други пълнители включват глина, силициев диоксид, слюда, воластонит, калциев карбонат и алуминиев трихидрат (ATH).

Най-често срещаният тип свързващ агент са органосиланите. Силаните имат обща структура RSi (OR ') 3, където R е функционализирана органична група, която се свързва с полимерната матрица (т.е. амино, епокси, акрилат или винил) и R' обикновено е метил или етил. Метокси или етокси групите се хидролизират до силаноли, които реагират с хидроксилните групи на повърхността на неорганичния пълнител, образувайки оксанови връзки. Резултатът е подобряване на механичните или електрическите свойства. Аминосиланите обикновено се използват за епоксидни и фенолни смоли, епоксидни силани за епоксидни смоли и метакрилатни силани за ненаситени полиестери. Пълнителите обикновено се обработват предварително с водна дисперсия на силани. След това обработените пълнители реагират с полимерната матрица по време на смесването. Silane подобрява омокрянето по време на екструдирането, като по този начин намалява повърхностното напрежение на органично-неорганичния интерфейс за по-добро разпръскване.

Специален клас свързващи агенти са малеатираните полиолефини. Висящата малеинова анхидридна единица реагира с хидроксилните групи на повърхността (или силоксичната група в случай на предварително обработени пълнители), докато полимерната част съвместно кристализира с полимерната матрица. Основните му приложения са РР композити със фибростъкло и в нехалогенирани огнезащитни тел и кабели. Добавянето на 1 до 2% от полиран PP може да подобри якостта на опън на PP, напълнен със стъкло, с до 40%.

Атаката от малеинов анхидрид не е изключителна за полиолефини, етиленови съполимери, TPO, наред с други могат да бъдат модифицирани, което позволява много широк спектър от съвместимост.

Примери за несъвместими смоли са: PA с PP, PA с PE, PET с PE, PET с PP и др.

Модификатори на въздействието

Модификаторите на въздействие действат като абсорбират енергията на удара и я разсейват неразрушително. Модификаторите на въздействие обикновено са еластомерни материали и се добавят към широка гама от термопластични материали на нива до 20%. Основните видове модификатори на удара са акрили, стирени, включително метакрилат-бутадиен-стирен (MBS) и акрилонитрил-бутадиен-стиролни съполимери (ABS), хлориран полиетилен (CPE), етилен-винил ацетатни съполимери (EVA), етиленови съполимери и акрилат (акрилат). EMA, EBA) и етилен-пропиленови съполимери и терполимери. Основният пазар за модификатори на удара е PVC, PE и PP, въпреки че те се използват в широк спектър от други рециклирани и инженерни полимери.

EPDM (етилен пропилен диен мономер каучук) и EPR (етилен пропилен каучук) се използват за модифициране на полиолефини, главно в автомобилната индустрия. Въпреки че каучуците се заменят с удароустойчиви полимери като металоцени и етиленови съполимери, предлагащи по-добра производителност и цена.

Ядрени/изясняващи агенти

Тези видове материали се добавят към полукристалните пластмаси преди обработката и производството, влияейки на скоростта на кристализация и размера на сферулитите, те се наричат ​​нуклеиращи агенти. Това обикновено са неразтворими или несмесваеми материали, които осигуряват места за образуване на кристали. Основната полза от добавянето на нуклеиращи агенти е подобряването на времето на цикъла по време на шприцоване.

Когато добавянето на нуклеиращи агенти намалява размера на кристалитите под дължината на вълната на видимата светлина, тези агенти се наричат ​​избистрящи агенти, тъй като намаляват непрозрачността и подобряват прозрачността.

За нуклеирането на найлон и РР традиционният материал на избор е натриевият бензоат. Нивата на използване са от порядъка на 0,1%. Натриевият бензоат не дава никакво подобрение на оптичните свойства. Полиолефини с ниско молекулно тегло, йономери, както и пластификатори като епоксидирано соево масло се използват за зародиш на полукристални пластмаси като PET. Модифицираните бензилиден сорбитоли доминират на пазара на зародиш и избистряне на РР. Те се използват на нива от 0,1-0,3% както в хомополимери, така и в съполимери за шприцоване.

Талкът и други минерали често се използват като нуклеиращи агенти.

Органичните пероксиди се използват в пластмасовата промишленост за катализиране на реакциите на полимеризация или за модифициране на свойствата на полимерите. От страна на полимеризацията пероксидите се използват като инициатори за PVC, полиетилен с ниска плътност (LDPE), полистирол (PS) и акрили.

Като съществуващи полимерни модификатори, пероксидите се използват за втвърдяване на ненаситени полиестерни смоли, като омрежващи агенти за PE, EVA и различни полимери и еластомери на етиленова основа и за намаляване на молекулното тегло на полипропилена в процес, известен като намален вискозитет или контролирана реология.