CC BY
20
УДК: 678.742.2:539.4
Дудочкина Е.А., Лямкин Д.И., Рудаков Г.Ф., Жемерикин А.Н., Черкашин П.А.
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ И СПОСОБА ВВОДА МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИОЛЕФИНОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Дудочкина Екатерина Александровна, аспирант кафедры химической технологии высокомолекулярных соединений; e-mail: kate-da@mail.ru;
Лямкин Дмитрий Иванович, к.т.н., доцент кафедры химической технологии высокомолекулярных соединений; Рудаков Геннадий Федорович, старший преподаватель кафедры химической технологии органических соединений азота;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Жемерикин Александр Николаевич, к.т.н., директор
Черкашин Павел Александрович, главный технолог
ООО «Полимерформация», Москва, Россия
Исследование высоконаполненных полимерных композиций на основе полиолефинов является актуальной задачей современной науки и техники. В настоящей работе исследовано влияние концентрации и способа ввода стеарата кальция и стеариновой кислоты на механические свойства высоконаполненных полиолефиновых композиций
Ключевые слова: полиолефины, высоконаполненные композиции, модифицирование, механические свойства.
INFLUENCE OF CONCENTRATION AND MODIFICATORS INTRODACTION METHOD ON HIGH-FILLED POLYOLEFIN COMPOUND STRUCTURE -MECHANICAL PROPERTIES
Dudochkina E.A., Lyamkin D.I., Rudakov G.F., Jemerikin A.N.,* Cherkashin P.A.* D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia * Polimerformacia joint stock Company, Moscow, Russia
Study of high-filled compound on base of polyolefin is actual problem of modern science and technics. In this paper we investigated the effect of calcium stearate and stearic acid concentration and enter way on high-filled polyolefin compounds mechanical properties
Keywords: рolyolefin, high-filled compounds, modification, mechanical properties.
Использование высоконаполненных
полиолефиновых композиций (50 - 60 мас. % наполнителя) сдерживается низкими механическими и, прежде всего, деформационными свойствами (10 - 30%) и повышенной хрупкостью [1 - 4]. Для практики прочность композиций должна быть не менее 5 МПа, и относительное удлинение при разрыве не менее 50%.
При определенном соотношении смеси модифицирующих добавок стеарата кальция (CaSt2) и стеариновой кислоты наблюдается резкое
увеличение относительного удлинения композиций ПЭВД : мел (50 мас. %) с 20 - 30% до 100 - 300% [5].
Предстояло выяснить влияние концентрации модификаторов с целью возможного уменьшения их общего содержания в системе. Использовали две марки мела: крупного М-60 (средний размер частиц 5 - 10 мкм) и мелкого (2,7 мкм). В качестве полимерной основы использовали ПЭВД-108 и вторичный полиэтилен ПЭ-158, модифицированный сополимером этилена с винилацетатом СЭВА-113 (10 мас. %).
Установлено, что с увеличением содержания смеси модифицирующих добавок прочность
композиций с 50% мела уменьшается, а относительное удлинение проходит через максимум. Для мела М-60 максимум располагается в области 1,5 - 2,5%. Для мела с меньшим размером частиц 2,7 мкм и большей удельной поверхностью максимум сдвинут в сторону больших содержаний модификатора (3 - 4%). Это подтверждает, что эффект увеличения относительного удлинения связан с модификацией поверхности мела [6 - 10]. Увеличение деформации на левой ветви кривых связано с модификацией комплексом поверхности мела. Максимум соответствует полному покрытию поверхности мела комплексом. Уменьшение деформации композиции с ростом содержания модификатора связано с тем, что избыточное содержание комплекса располагается в матрице ПЭ, снижая его относительное удлинение.
Установлено также, что эффективность модификации зависит от способа ввода добавок. При вводе механической смеси компонентов наилучшие свойства наблюдаются при вводе в расплав ПЭ, а при использовании их сплава относительное удлинение достигает максимального значения (120%) и не зависит от способа ввода (таблица 1).
Таблица 1. Влияние порядка ввода 3% модифицирующих добавок на механические свойства композиции ПЭ-108 (50% Мел)
Способ ввода добавок ПТР, 175°С, 7,5 кг МПа вр, %
без добавок 5,0 7,9 32
Смесь добавок в Мел 10,6 6,7 63
в расплав композиции ПЭ + Мел 9,7 7,4 70
в расплав ПЭ, а затем Мел 10,6 7,1 114
Сплав добавок в Мел 10,7 7,4 117
в расплав композиции ПЭ + Мел 10,5 7,3 123
в расплав ПЭ, а затем Мел 10,6 7,2 116
Ввод добавок через 20% концентрат в ПЭ-108 10,5 6,7 102
Значения относительного удлинения при введении смеси добавок в расплав ПЭ и сплава добавок практически совпадают. Это означает, что для обеспечения максимального эффекта необходимо предварительное взаимодействие стеарата кальция и стеариновой кислоты. Расплав ПЭ служит средой для их взаимодействия. По данным методов ДСК и ИК спектроскопии установлено, что при взаимодействии стеарата кальция и стеариновой кислоты образуется комплекс с индивидуальной температурой плавления.
Кроме того, исследовано влияние способа ввода модификатора в композицию. Установлено, что при вводе модификатора в виде 20% концентрата в ПЭ для обеспечения максимального эффекта необходимо определенное время проработки композиции необходимое для диффузии комплекса на поверхность мела.
Список литературы
1. Функциональные наполнители для пластмасс. Под ред. Ксантос, пер. с англ. под ред. Кулезнева В. М. СПб.: « Научные основы и технологии», 2010. - 462 с.
2. Cornelia Vasile. Handbool of polyolefins . - New York: Marcell Dekker, Ink. - 2000
3. Wypych G. Handbook of fillers . - Toronto - New York: Plastics Design Library.- 2000
4. Соломко В. П. Наполненные кристаллизующиеся полимеры. — Киев: Наукова думка, 1980. — 264 с.
5. Лямкин Д. И., Рудаков Г.Ф., Жемерикин А.Н., Черкашин П.А., Дудочкина Е.А., Воронцов А.М., Детлеф Хегебарт // Патент России № 2014112299/04, 01.04.2014
6. Сирота А. Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов . ^ Л.: Химия, 1980. — 152 с.
7. Pukanzsky B. Interfaces and interphases in multicomponent materials: past, present, future // European polymer journal. - 2005. № 4. - pp 645 -662
8. Madsen N. B. Modification and characterization of the interface in polymer/inorganic composites // Riso National Laboratory, Roskild, Denmark. - 1999
9. Papirer E., Schultz J., Turchi C. Surface properties of a calcium carbonate filled treated with stearic acid // European Polymer Journal. - 1984. Volume 20. № 12.- pp 1155 - 1158
10. Fekete E., Pucanszky B., Toth A., Bertoti I. Surface modification and characterization of particulate mineral fillers // Journal of Colloid and Interface Science. - 1990. Volume 135. № 1.- pp 200 - 208
