Теоретичні основи технологій гетерофазної модифікації термопластів полівінілпіролідоном (стр. 7 )

Мікроскопічні дослідження структури матеріалів на основі модифікованого ПА-6 підтвердили морфологічні зміни під впливом ПВП. Зі збільшенням кількості ПВП у досліджуваних матеріалах спостерігається зростання розмірів надмолекулярних утворень, що є наслідком нерегулярних міжмолекулярних взаємодій між компонентами при їх кристалізації з розтопу в умовах переробки. У сумішах на основі ПА-66/6 також спостерігається збільшення кількості та розмірів надмолекулярних утворень. Проте, розмір надмолекулярних утворень в сумішах ПА-66/6 – ПВП є дещо менший, ніж для ПА-6.

Отже, проведені дослідження дали змогу дослідити морфологічні особливості досліджуваних матеріалів та підтвердити термодинамічну сумісність між компонентами в сумішах поліамід – ПВП, на відміну від сумішей ПС – ПВП. Дослідження сумішей поліамід – ПВП показали, що морфологія цих сумішей залежить від природи поліаміду та вмісту ПВП. У сумішах на основі ПС ПВП виступає промотором загальної мікро - та макрогетерогенності, яка зменшується при додаванні до суміші компатибілізаторів – блок - чи прищеплених кополімерів на основі ПС і ПВП у кількості 1-2 % мас.

Морфологічні зміни під впливом ПВП позначаються на фізико-механічних властивостях одержуваних сумішей термопластів. Результати механічних досліджень стандартних зразків на основі створених сумішей, які ілюструють вплив складу суміші на міцнісні характеристики при розриванні, зведені в табл. 10.

Таблиця 10

Механічні властивості модифікованих матеріалів

Вміст ПВП, %	ПА-6 – ПВП	ПА-66/6 – ПВП
σр, МПа	σтр, МПа	εр, %	σр, МПа	σтр, МПа	εр, %
0 1 2,5 5 10	53 45 44 43 42	56 58 59 57 52	40 50 70 100 120	20 22 27 26 26	14 15 16 14 14	60 140 250 300 280

σр – границя міцності при розриванні;

σтр – границя текучості при розтягуванні;

εр – відносне видовження при розриванні.

Зі збільшенням вмісту ПВП у сумішах на основі ПА-6 відбувається незначне зменшення міцності при розриванні, а в сумішах на основі ПА-66/6 спостерігається збільшення міцності з екстремумом при вмісті ПВП 2,5 % мас. Відносне видовження при розриванні зі збільшенням вмісту ПВП у сумішах суттєво зростає для обох типів поліамідів. Збільшення вмісту ПВП у полістиролі призводить до відчутного зниження міцності при розриванні та незначного зростання відносного видовження.

Характер морфології досліджуваних термопластів і зміна фізико-механічних та теплофізичних властивостей під впливом ПВП використані для встановлення технологічних параметрів переробки одержуваних модифікованих матеріалів.

Встановлено, що під впливом технологічних параметрів переробки значення Тс, tgδ та Е′ сумішей ПА-6 – ПВП змінюються незначно. У випадку чистого ПА-6 цей вплив є відчутнішим, що свідчить про відмінності у надмолекулярній структурі сумішей через зміну кінетичних параметрів кристалізації.

Показано, що під час кристалізації розтопів сумішей на основі ПА-6 з ПВП при різних параметрах переробки, завдяки перерозподілу водневих зв’язків, утворюються подібні за розміром та пакуванням надмолекулярні структури. Внаслідок цього значення Тс, tgδ та Е′ є близькими при різних температурних режимах переробки.

Встановлено, що на ударну в’язкість виробів з ПА-6 впливає ряд технологічних параметрів. З підвищенням температури лиття ударна в’язкість виробів з ПА-6 змінюється несуттєво, а при нижчих температурах – інтервал значень ударної в’язкості виробів розширюється. Це пояснюється тим, що при підвищених температурах лиття під дією зсувних напружень відбувається краща гомогенізація розтопу. Швидке охолодження розтопу ПА-6 призводить до підвищення ударної в’язкості виробів до 16,3 кДж/м2, що зумовлено збільшенням кількості незв’язаних амідних груп, а також утворенням дрібнокристалічних структур невеликого розміру. При підвищених значеннях температури форми ударна в’язкість виробів зменшується на 5-8 %, що зумовлено утворенням більших за розміром кристалічних утворень внаслідок збільшення часу кристалізації під час охолодження розтопу у формі. Крім цього, збільшення часу охолодження відформованого виробу сприяє зменшенню анізотропії його властивостей.

Теплостійкість зразків, одержаних за встановлених оптимальних параметрів з сумішей ПА-6 – ПВП, є значно вищою, порівняно зі зразками на основі сумішей ПА-66/6 – ПВП. Це пов’язано з природою поліаміду, відмінностями у значеннях ступеня кристалічності та характеру надмолекулярних утворень, які визначаються будовою макромолекул і міжмолекулярними взаємодіями. Встановлено, що зі збільшенням вмісту ПВП в сумішах на основі ПА-6 їх теплостійкість зростає від 433 до 448 К, а у випадку сумішей ПА-66/6 – ПВП зменшується від 408 до 393 К. Термічна обробка зразків із сумішей ПА – ПВП сприяє підвищенню їх теплостійкості.

Водопоглинання усіх зразків суттєво зростає з підвищенням вмісту ПВП та часу насичення. Це зумовлено наявністю включень дисперсної фази ПВП та утворенням гідрофільного перехідного шару. Одержана залежність є різною відповідно до будови вихідних полімерів.

Про гідрофілізацію поверхні виробів на основі одержаних сумішей свідчать значення кута змочування поверхні (табл. 11).

Таблиця 11

Кут змочування поверхні модифікованих термопластів (в градусах)

Вміст ПВП, % мас.	ПА-6 – ПВП	ПА-66/6 – ПВП	ПС – ПВП
вода	толуол	гептан	вода	толуол	гептан	вода	толуол	гептан
0 1 2,5 5 10	61 50 33 30 22	5 - 8	6 - 8	77 69 64 60 54	16 - 20	6 - 8	57 53 36 33 28	5 - 7	6 - 9

Отримані результати дозволили обґрунтувати схеми модифікації полімерів полівінілпіролідоном (рис. 8) та виготовлення полімерних волокон (лінія 1) або ж формованих виробів методом лиття під тиском (лінія 2).

Обґрунтована послідовність стадій та умови і параметри змішування (механічне змішування компонентів з подальшим сумісним сушінням при 363 К впродовж 3 год., розтоплюванням в поршневому циліндрі з пере­тисканням через сопло малого діаметру при 503 К і швидкістю течії 2 г/с, подрібненням з подальшим змішуванням у пластикаторі при 508 К впродовж 10 хв.), та норми технологічного процесу.

лінія 2   лінія 1

Рис. 8. Принципова технологічна схема виробництва виробів та воло­кон на основі модифікованих ПА. 1 – бункер для термопласту; 2 – ємність з ПВП; 3 – дозатори; 4 – змішувач барабанного типу; 5 – вакуум-барабанна сушарка; 6 – шнековий змішувач; 7 – ємність грануляту; 8 – ємність пігменту; 9 – екструдер типу УФП-2; 10 – витяжний механізм; 11 – перемотувальна машина; 12 – сортувально-пакувальний вузол; 13 – термопластавтомат; 14 – станок механічної обробки; 15 – ванна термообробки; 16 – стіл контролю та пакування; 17 – подрібнювач браку та ливників; 18 – бункер вторинної сировини.

Визначені раціональні режими та параметри переробки модифікованих термопластів у вироби. Встановлено, що для виготовлення виробів на основі сумішей ПА-6 – ПВП, які можуть експлуатуватися під навантаженням протягом тривалого часу, оптимальними технологічними параметрами переробки матеріалу литтям під тиском є ТР = 508 К, Тф = 313 К, τохол = 15 с, а екструзією волокна через 24-х позиційну фільєру з діаметром отворів 0,5 мм є температура по зонах матеріального циліндру: І – 493 К, ІІ – 513 К, ІІІ – 518 К, ІV – 513 К; швидкість подачі розтопу: 8 см3/хв.; швидкість формування нитки: 35 м/хв.; охолодження повітряне (Т = 298 – 303К), температура витяжки 423 К; кратність витяжки: 3,75.

В умовах дослідної лабораторії кафедри технології полімерів та хімічних волокон КНУТД та атестованої випробувальної лабораторії „Текстиль-Тест” виготовлені екструзійним методом з використанням 24-х позиційної фільєри волокна з суміші ПА-6 – ПВП, які відзначаються високими фізико-механічними і сорбційними показниками та антистатичністю.

На основі сумішей ПА-66/6 – ПВП розроблені матеріали, які мають високу адсорбційну здатність відносно вуглекислого газу, ацетилену, водяної пари зі зменшенням їх вмісту у повітрі в 1,8-4 рази і повністю вловлюють пари літію та ртуті, про що свідчать випробування на підприємстві “ГЕК-ТАРА”.

Основи модифікації полівінілпіролідоном термопластів в набряклому стані та технології одержання функціоналізованих матеріалів

У зв’язку з широким використанням полістирольних пластиків виникає проблема утилізації або вторинної переробки їх відходів. Велику частку з загального об’єму складають відходи пінополістиролу (ППС). Вторинна переробка спінених термопластів такими традиційними методами як лиття під тиском, екструзія, потребує підвищеної уваги через наявність газових включень, які при топленні полімерних матеріалів негативно впливають на однорідність розтопів і, зрозуміло, на якість готових виробів при порівняно малій продуктивності обладнання. У зв’язку з цим, одним з основних технологічних завдань постає питання розроблення методів підготовки сировини, які б дали можливість звести до мінімуму цей негативний вплив.

Розроблені фізико-хімічні основи технології полімерної модифікації пінополістирольних пластиків полівінілпіролідоном з його розчину при одночасному вивільненні газової фази пінопласту.