CC BY
31
УДК 678.742
Нгуен Минь Туан*, Н. М. Чалая**, А. Э. Казанчян, В. С. Осипчик
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125047, Москва, Миусская пл., д.9
*e-mail: mtuan1801@gmail.com
ОАО «МИПП - НПО «Пластик»
121059, Москва, Бережковская наб.20
**e-mail: tschalaya@mtu-net.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТИ РАСПЛАВА ПОЛИПРОПИЛЕНА, МОДИФИЦИРОВАННОГО МАЛЕИНИЗИРОВАННЫМ ПОЛИБУТАДИЕНОМ
Аннотация
Изучено влияние малеинизированного полибутадиена (ПБН-М) на термостабильность расплава полипропилена (ПП). Обнаружено, что введение малого количества ПБН-М (1-3мас. %) в ПП не приводит к значительному изменению термостабильности расплава, поскольку предполагается, что процесс сшивки происходит одновременно с деструкцией.
Ключевые слова: полипропилен, термостабильность, полибутадиен.
Полипропилен (ПП) является в настоящее время модифицированного малеинизированным
одним из наиболее распространенных полиолефинов благодаря многим своим достоинствам. Однако наличие третичного углерода в молекулярной цепи ПП приводит к ухудшению его термоокислительной стабильности, особенно при высоких температурах переработки [1]. Кроме того, из-за неполярности цепи при создании композиционных материалов на основе ПП и наполнителей различного типа с целью повышения физико-механических свойств часто приходится использовать модификаторы химической совместимости (компатибилизаторы) или
необходимо обработать поверхность частиц наполнителя. Введение функционализированных олигомерных каучуков различного типа является известным способом улучшения совместимости между матрицей полиолефинов и наполнителем, а также для повышения эластичности при низких температурах и ударной вязкости [2]. При переработке ПП и композитов на его основе методом литья под давлением и экструзией важную роль играет их способность противостоять деструкции в процессе нагревания и течения в режиме высоких температур.
В связи с этим, целью данной работы является изучение термостабильности расплава ПП,
полибутадиеном (ПБН-М).
В качестве объектов исследования выбраны полипропилен марки «01030 Каплен», малеинизированный полибутадиен (ПБН-М) и композиты на их основе (с содержанием ПБН-М от 1 до 5мас.%). Композиты на основе ПП и ПБН-М (1-5мас.%) были получены на лабораторном двухшнековом экструдере при температуре 2100С и скорости вращения шнека 50 об /мин.
Термостабильность расплава ПП и композитов, а также их показатели текучести расплава (ПТР) исследованы на приборе «ИИРТ-А». Реологический метод исследования термостабильности расплава термопластов описан в пособии [3].
Показатели текучести расплава исходного ПП и композитов представлены в таблице 1, из которой видно, что ПТР (т.е. массовая скорость течения расплава при 2300С после 5 мин прогрева) падает при введении 1мас.%ПБН-М и увеличивается при введении 3мас.% и 5мас.% ПБН-М в ПП. Результаты измерения ПТР хорошо согласуются с результатами измерения времени истечения постоянного объема расплава (при 2300С после 5 мин прогрева)
Таблица 1. Показатели текучести расплава и время истечения постоянного объема расплава (Тистч) композитов
" ---- Исход. ПП ПП+1%ПБН-М ПП+3%ПБН-М ПП+5%ПБН-М
ПТ Р, г/10мин 3,18 3,00 3,34 3,52
Тистч, сек. (после 5 мин прогрева при 2300С и нагрузке 2,16 кг) 299 308 291 261
Для более подробного изучения термостабильности расплава композитов были измерены значения времени истечения постоянного объема расплава (тистч) при 2300С и 2500С при различной длительности прогрева (5, 10, 20, 40, 60
мин.). Результаты измерения представлены на графиках зависимости времени истечения постоянного объема расплава от продолжительности прогрева (тпрогрев) (рис. 1. и 2.).
Время истечения постоянного объема тепрература 230°С
расплава ТИстч< секунд Нагрузка: 2,16 кг
ЗЗО
320
ЗЮ
ЗОО
2ЭО
280
270
260
250
240
О 10 20 ЗО 40 50 60 70
Продолжительность прогрева Тпрот^рсв , мин
Рис.1. Зависимость времени истечения постоянного объема расплава исходного ПП и композитов на его основе от продолжительности прогрева при 2300С: 1- исходный ПП; 2- (ПП+1%ПБН-М); 3- (ПП+3 %ПБН-М);
4- (ПП+5%ПБН-М)
Время истечения постоянного объема тепрература 250°С
расплава Тистч, секунд Нагрузка: 2,16 кг
250 240 230 220 2Ю 200 190 180
О Ю 20 ЗО 40 50 60 70
Продолжительность прогрева Тпрогрев , мин
Рис.2. Зависимость времени истечения постоянного объема расплава исходного ПП и композитов на его основе от продолжительности прогрева при 2500С: 1- исходный ПП; 2- (ПП+1%ПБН-М); 3- (ПП+3 %ПБН-М);
4- (ПП+5%ПБН-М)
12
--- _ -
---- -
Из графиков видно, что у исходного ПП и композита (ПП+1мас.%ПБН-М) время истечения постоянного объёма расплава уменьшается плавно с увеличением продолжительности прогрева. Но при этом скорость падения времени истечения мала, что свидетельствует о высокой термостабильности расплава у исходного ПП и композита (ПП+1 мас.%ПБН-М). Кроме того, при 2300С и 2500С в интервале продолжительности прогрева 5-60 мин время истечения постоянного объема расплава композита (ПП+1мас.%ПБН-М) всегда выше, чем у исходного ПП.
При температуре 2300С и в интервале продолжительности прогрева 5-60 мин для композитов (ПП+3 мас .%ПБН-М) и (ПП+5мас.%ПБН-М) время истечения постоянного объема расплава увеличивается с увеличением продолжительности прогрева (кривые 3 и 4 рис. 1). Видно, что после 5 мин прогрева, Тистч композита (ПП+3мас.%ПБН-М) меньше, чем у исходного ПП, но после 40 мин прогрева, Тистч композита (ПП+3мас.%ПБН-М) даже выше, чем тистч у исходного ПП при 5 мин прогрева.
Мы предполагаем, что при малой продолжительности прогрева, когда степень взаимодействия между ПП и ПБН-М еще мала, ПБН-
М (олигобутадиен) играет роль «смазки», что приводит к уменьшению вязкости расплава и трения между расплавом и стенкой цилиндра прибора «ИИРТ-А», и, следовательно, тистч композитов (ПП+3мас.%ПБН-М) и (ПП+5мас.%ПБН-М) меньше, чем у исходного ПП. Но с увеличением продолжительности прогрева может происходить реакции сшивки между молекулами ПБН-М и ПП, что приводит к увеличению вязкости расплава. Выявлено,что при 2300С в интервале 5-60 мин прогрева для композитов (ПП+3мас.%ПБН-М) и (ПП+5мас.%ПБН-М) скорость процесса сшивки больше скорости процесса деструкции. Вероятно, реакция сшивки между молекулами ПП и ПБН-М протекает по следующей схеме:
сн,—сн=сн-сн---"--
А*»
о=с с' I он
-—---------сн*—с—снг—сн -—■—
I I
СНз СНш
При 2500С в интервале продолжительности прогрева 5 -60 мин такое же явление наблюдалось для расплава композита (ПП+5мас.%ПБН-М), а для расплава композита (ПП+3%ПБН-М) наблюдался
максимум на кривой зависимости Тистч от Тпрогрев
(кривая 3 рис. 2) при 10 мин прогрева. Это, вероятно, полибутадиеном, реологическим методом. Показано,
связано с тем, что для композита (ПП+3мас.%ПБН- что введение малого количества ПБН-М (1-3мас.%)
М) при 2500С, когда продолжительность прогрева не приводит к значительному изменению
менее 10 мин, скорость процесса сшивки больше термостабильности, определенной реологическим
скорости процесса деструкции. А при способом, поскольку предполагается, что процесс
продолжительности прогрева более 10 мин, наоборот, сшивки происходит одновременно с деструкцией. скорость процесса сшивки уже менее скорости
Наблюдаемый максимум при выдержке 10 мин
процесса деструкции.
Таким образом, в работе была изучена термостабильность расплава полипропилена, модифицированного малеинизированным
прогрева при 250°С композита (ПП+3мас.%ПБН-М) свидетельствует о превалировании процесса сшивки над процессом деструкции.
Нгуен Минь Туан, стажер кафедры технологии переработки пластических масс, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Чалая Наталья Михайловна, к.т.н., учёный секретарь ОАО «МИПП- НПО «Пластик», Россия, Москва
Казанчян Артур Эдуардович, соискатель кафедры технологии переработки пластических масс, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Осипчик Владимир Семенович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии переработки пластических масс, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Основы технологии переработки пластмасс: Учебник для вузов / С. В. Власов, Л. Б. Кандырин, В. Н. Кулезнев и др. - М.: Химия, 2004. -600 с.
2. Композиты на основе полиолефинов. / Под ред. Д. Нвабунмы, Т. Кю. Пер с англ. - СПб.: Научные основы и технологии, 2014. 744 с.
3. Н. М. Чалая, В. С. Осипчик, Л. Ф. Клабукова. Лабораторные работы по курсу «Технология производства и переработки композиционных материалов». М.: Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, 2010. 44 с.
Nguyen Minh Tuan*, Chalaya Natalia Mikhailovna**, Kazanchyan Artur Eduardovich, Osipchik Vladimir Semenovich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
*e-mail: mtuan1801@gmail.com
JSC "MIPP - NPO"Plastic", Moscow, Russia
**e-mail: tschalay a@mtu-net. ru
STUDY OF MELT THERMAL STABILITY OF POLYPROPYLENE MODIFIED BY MALEATED POLYBUTADIEN
Abstract
The effect of maleated polybutadiene (PB-MA) on the thermal stability of the melt polypropylene (PP) was studied. It is found that the introduction of small amounts of PB-MA (1-3 %wt.) in the PP does not significantly change the thermal stability of the melt, as far as it is assumed that the process of degradation simultaneously occurs with cross-linking.
Key words: polypropylene, thermostability, polybutadiene.
