CC BY
54
УДК 678.19
A.B. Лобанов, Бен Фтима Сухейл, A.A. Алексеев, B.C. Осипчик
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковск, Россия
СВОЙСТВА СМЕСЕЙ ПОЛИПРОПИЛЕНА С
ВЫСОКОСТИРОЛЬНЫМ БЛОК-СОПОЛИМЕРОМ СТИРОЛА И БУТАДИЕНА
Изучено влияние добавок блок-сополимера стирола и бутадиена (стирол:бутадиен = 70:30) на свойства полипропиленов различных марок (показатель текучести расплава, предел текучести, прочность и относительное удлинение при разрыве, ударную вязкость по Шарпи без надреза).
Studied influence of additives block-copolymer of styrene and butadiene on the properties of polipropilenov different brands (melt flow rate on IIRT, tensile strength at yield point, tensile strength, elongation at break, impact strength on charpi, no notched sample).
B ряду известных методов физической модификации полимеров определенный интерес представляет введение в их состав других полимеров [1]. Так, с целью повышения ударопрочности полипропилена (ПП) и снижения температуры хрупкости в его состав предлагается вводить блок-сополимеры стирола и бутадиена линейной и радиальной структуры (БСПЛ типа СБС), содержащие не более 35 % по массе связанного стирола [2]. Судя по всему, БСПЛ такого типа рекомендуются и компанией «BASF -TheChemicalCompany» для модификации ПП-пленок с целью повышения их устойчивости к проколу, прочности на разрыв и ударной вязкости (тест с падающим грузом).
Целью работы явилось исследование целесообразности модификации ПП высокостирольным БСПЛ, полученным в Воронежском филиале ФГУП НИИСК, - полистирол-стат-сополи(бутадиен/стирол)-полистирол марки Стиротэп-70 (партия 2) предполагаемой общей формулы:
-[-CH2-CH(C6H5)-]n-{[-CН2-CН=CН-CН2-]m-[-CH2-CH(C6H5)-]k}-[-CH2-
CH(C6H5)-]n-,
содержащего 70% связанного стирола.
Объектами исследования явились смеси Стиротэп-70 с ПП серии «Толен»: 21270Д-16К, 21030-16Н и 21007-30Т производства ООО
«Томскнефтехим» (ТУ 2211-051-05796653-99).
Первичные смеси полимеров, содержащие от 5 до 15 % (по массе) Стиротэп-70, получали механическим смешением исходным компонентов и далее гранулировали стренговым способом на экструдере «Schwabentan» (аналоге ЧП-32х20) при температурах по зонам 170-180-190- 190оС (смеси на основе ПП 01030, 21030, 01250 и 21270) и 180-200-210-210оС (смеси на основе ПП 21007) и частоте вращения шнека 30 об/мин.
Установлено, что технологичность процесса грануляции смесей полимеров, особенно на основе ПП 21270, оцениваемая по степени
разбухания экструдата, стабильности диаметра стренги и ее внешнему виду, заметно улучшается при увеличении содержания Стиротэп-70.
Способность материалов к переработке высокопроизводительными методами на первом этапе обычно оценивают по значениям их показателя текучести расплава (ПТР). Общий порядок определения ПТР ПП регламентируются требованиями ГОСТ 11645-73, а конкретные условия -соответствующими нормативно-техническими документами, применительно для выбранных ПП, при следующих условиях: 230° С, нагрузка 2,16 кгс (21,19 Н) и время выдержки (4,5±0,5) минут с использованием капилляра диаметром (2,095±0,005) мм. В настоящей работе ПТР определяли с использованием капилляра диаметром 2,1 мм, время выдержки составляло 5 мин (±3 с), при различных температурах и нагрузках. По значению ПТР БСПЛ Стиротэп-70 занимает промежуточное положение между литьевыми и экструзионно-литьевыми марками ПП (табл. 1), что предполагает формирование соответствующей текучести у смесей с их участием.
Таблица 1. ПТР полимеров, г/10 мин
Материал Норма по ТУ Паспорт Наши результаты
230оС, 2,16 кгс 200оС, 2,16 кгс 200оС, 5 кгс
ПП 21270 24-30 26 27 15,6 42
ПП 21030 2,5-4,0 3,0 3,4 5,2
ПП 21007 0,2-0,9 0,58 0,5/1,2*
Стиротэп-70 6,9 16
*) нагрузка 5 кгс.
Действительно, введение Стиротэп-70 в состав ПП марок 21007 и 21030 приводит к ожидаемому характеру изменение их текучести. Влияние добавок БСПЛ на ПТР ПП 21270 менее прогнозируемо (рис. 1).
■Ряді ■Ряд2 ■РядЗ ■ Ряд4 •Ряд5
Содержание Стиротэп-70, %
Рис. 1. Зависимость ПТР ПП от содержания БСПЛ Стиротэп-70:
210270 (ряд 1, 200° С, 2,16 кгс), 01250 (ряд 2, 200° С, 2,16 кгс), 01030 (ряд 3, 200° С, 5 кгс), 21030 (ряд 4, 200о С, 5 кгс) и 21007 (ряд 5, 230о С, 5 кгс)
Можно предположить, что в последнем случае меньшая молекулярная масса ПП способствует большей совместимости исходных
компонентов в расплаве с образованием межфазных слоев с пониженной плотностью упаковки сегментов их макромолекул, соответствующим образом влияющим на их подвижность.
Согласно информации ТУ 2211-015-00203521-99 (на ПП серии «Каплен»), ПП с различными значениями ПТР (230о С, 2,16 кгс) можно перерабатывать литьем под давлением в стандартные образцы при различных температурах. Так, для ПП с ПТР до 0,9, 1,5-3,5 и 5,8-8,0 г/10 мин соответственно рекомендуются следующие температуры расплава: 235-250, 200-230 и 180-190° С. При этом время выдержки полимера в нагревательном цилиндре должно быть минимальным во избежание разложения ПП. Более того, по этой причине рекомендуется работать при наименьшей возможной температуре.
С учетом отмеченных рекомендаций, в производстве стандартных образцов из ПП и его смесей с БСПЛ Стиротэп-70 на термопластавтомате ДХ-3224 были определены следующие температуры расплава: 180о С (материалы с участием ПП 01250, 21270), 200о С (ПП 01030, 210230 и смеси на их основе) и 235о С (ПП 21007 и смеси на его основе).
За один впрыск формовали стандартную лопатку № 2 по ГОСТ 11262-80и брусок длиной около 128 мм, шириной около 12,7и толщиной около 3,2 мм. Лопатки испытывали на растяжение по ГОСТ 11262-80 при скорости нагружения 50 мм/мин. При этом определяли предел текучести при растяжении (оРТ), разрушающее напряжение (оРР) и относительное при разрыве (аРР). Относительное удлинение при разрыве определяли по изменению расстояний между зажимами (Ьа =100 мм). Испытания брусков на удар по Шарпи без надреза (аш) проводили в рамках общих требований ГОСТ 4647-80. Результаты испытаний представлены в табл. 2-4.
Таблица 2. Свойства исходных ПП при растяжении
Показатель Примечание ПП 21270 ПП 21030 ПП 21007
Орт, МПа Норма по ТУ не регламент. н/м 30 н/м 30
Паспорт - соотв. соотв.
Наш результат 27,9 31,6 28,3
оРР, МПа Норма по ТУ не регламент.
Паспорт -
Наш результат 12,2-16,1 16,9 16,8
Врр, % Норма по ТУ не регламент. н/м 500 н/м 500
Паспорт - соотв. соотв.
Наш результат 175-460 62-80 34
При анализе данных, представленных в табл. 2 было обращено внимание на три момента.
Первый связан с меньшим значением оРТ, определенным в нашей лаборатории для ПП 21007, в сравнении с паспортными данными. Второй -с резко отличающимися значениями вРР, полученных нами и паспортными данными на ПП 21030 и 21007. Отмеченные несоответствия в технических характеристиках мы связываем с неправильно выбранными нами
температурами переработки ПП (сейчас понятно, что температуры переработки должны быть более высокими).
Третий момент касается набора показателей, отражаемых в паспортах на полипропилены. Так, для всех ПП не регламентируется прочность при разрыве, а для ПП 21270 вообще не регламентируются показатели, определяемые при растяжении. Возможно, это связано с большим разбросом получаемых при этом экспериментальных данных.
Таблица 3. Свойства смесей ПП 21270 + Стиротэп-70
Содержание Стиротэп-70, масс. % орТ, МПа оРР, МПа Врр, % 2 аш, кДж/м
5 28,7 4,8-16,1 260->500 > 90
10 28,4 4,8-15,7 68-460 > 90
15 28,0 9,7-16,0 72-220 > 90
Стиротэп-70 11,6 12,6 >500 > 90
Таблица 4. Свойства смесей ПП 21030 + Стиротэп-70
Содержание Стиротэп-70, масс. % Орт, МПа оРР, МПа Врр, % 2 аш, кДж/м
5 32,6 14,5-20,4 120-175 > 90
10 32,2 3,5-19,9 0 7 т 4 8 > 90
15 29,5 8,1-16,0 0 3 т 6 2 > 90
Таблица 5. Свойства смесей ПП 21007 + Стиротэп-70
Содержание Стиротэп-70, масс. % Орт, МПа орр, МПа Врр, % 2 аш, кДж/м
5 29,9 10,0-20,2 30-44 > 90
10 28,1 17,2 44-76 > 90
15 27,0 16,4 54-90 > 90
При анализе данных, представленных в табл. 3-5, можно сделать общий вывод о том, что введение БСПЛ Стиротэп-70 в состав ПП серии «Толен» не оказывает существенного влияния на их свойства.
Библиографические ссылки
1. Кулезнев В.Н. Смеси полимеров. - М.: Химия, 1980. - 304 с.
2. Термоэластопласты. Под ред. В.В. Моисеева. - М. Химия, 1985. - 184 с.
