Создание композиционных полимерных материалов - WEBSITE X5 UNREGISTERED VERSION - Новые Полимерные Технологии

      Компатибилизаторы, предназначенные для образования прочных связей на границе раздела "полимер - наполнитель", получают на основе неполярных полимеров - полипропилена, полиэтилена, сополимеров ЭВА или АБС, к которым прививают малеиновый ангидрид (в количестве 0,5 до 1,5%) или акриловую кислоту (около 6%) с активными функциональными группами. Такие соединения применяют при получении композиционных полимерных материалов, наполненных стеклянными волокнами (короткими и длинными), минеральным (тальк, слюда, волластонит, мел) и древесным наполнителем, целлюлозой или безгалогеновыми антипиренами - гидроксидами алюминия и магния.

      Механизм действия компатибилизатора заключается в том, что привитой сополимер на основе полипропилена или полиэтилена имеет термодинамическое сродство с наполняемым неполярным полимером того же типа и хорошо совмещается с ним. В то же время, компатибилизатор, за счет активных функциональных групп, образует прочные связи с наполнителем, который также имеет активные функциональные группы (рис. 3), что предотвращает расслоение материала.

Рис. 3. Схема образования связи (4) с помощью компатибилизатора между цепями матричного полимера (2) и наполнителем (3); 1 - реакционноспособная привитая часть полимерной цепи (5) связующего агента или совместителя имеет термодинамическое сродство с первым полимером

     Таким образом, введение компатибилизатора в стеклонаполненные полиолефиновые композиции (полипропилен, полиэтилен) позволяет в гораздо большей степени реализовать усиливающий эффект стекловолокон и повысить как статическую, так и ударную прочность полимерных материалов. При этом, устраняется отрицательный эффект, возникающий при введении стекловолокон в полиолефины, - снижение ударной вязкости без надреза.

      Регулирование содержания компатибилизатора в полимерных материалах позволяет получать стеклонаполненные композиции на основе полиолефинов с разным сочетанием эксплуатационных свойств и разного назначения. Так, введение всего 0,5 - 1,0 % компатибилизатора увеличивает ударную вязкость (по Изоду с надрезом) в 1,3 - 1,5 раза, прочность - в 1,2 - 1,35 раза. При этом, получаются композиции со сбалансированным сочетанием эксплуатационных свойств: хорошей прочностью, высокой жесткостью и стойкостью к ударным нагрузкам, высокими температурами формоустойчивости при длительной эксплуатации, низким        водопоглощением и хорошей химической стойкостью.

      Компатибилизаторы также целесообразно применять при изготовлении длинноволокнистых композиционных полимерных материалов с длиной волокна от 9 - 12 мм до 25 мм. В настоящее время, подобные полимерные материалы получили новое развитие, поскольку имеют очень высокую прочность, жесткость, стойкость к ползучести, сопротивление к удару и особенно трещиностойкость при ударном воздействии.

      Кроме того, компатибилизаторы позволяют более эффективно использовать отходы полипропилена в производстве наполненных композиций (стекло- и минералонаполненных), значительно повышая их ударную вязкость в сравнении с полимерными материалами, полученными с использованием вторичного полипропропилена.

      Наиболее перспективное в настоящее время направление применения компатибилизаторов - создание высоконаполненных трудногорючих композиций с безгалогеновыми антипиренами. Безгалогеновые антипирены - гидроксиды алюминия и магния - имеют активные функциональные группы, которые могут образовывать прочные связи со связующим агентом и (через него) с основным полимером (рис. 3). По сравнению с другими видами огнезащитных добавок,  безгалогеновые антипирены имеют ряд существенных преимуществ, среди которых - отсутствие выделения вредных веществ при разложении под действием огня, низкая стоимость в сравнении с галогенсодержащими антипиренами и исходными (модифицируемыми) полимерами. Последнее обстоятельство особенно важно, так как введение в большом количестве сравнительно дешевых безгалогеновых антипиренов значительно снижает стоимость композиций.

      Существенный недостаток безгалогеновых антипиренов заключается в том, что их содержание в матрице полимера должно быть достаточно большим (60 - 65% масс.), для того чтобы полимерные материалы имели качественные показатели по огнестойкости. Однако, введение безгалогеновых антипиренов в большом количестве затрудняет их совмещение с основным полимером, повышает плотность полимерных материалов и приводит к заметному ухудшению их эксплуатационных свойств: охрупчиванию, уменьшению эластичности (снижение относительного удлинения при разрыве), ударной и статической прочности. Кроме того, ухудшается перерабатываемость композиций.

      Применение компатибилизатора в количестве 3 - 7% позволяет устранить отрицательные эффекты, которые возникают при введении гидроксидов магния и алюминия, и получить качественные высоконаполненные антипиреновые композиции, что обеспечивает требуемый уровень огнестойкости без заметного ухудшения эксплуатационных свойств композиций. При этом полимерные композиции с безгалогеновыми антипиренами становятся более эластичными, способными деформироваться под действием механической нагрузки без хрупкого разрушения, более стойкими к ударным нагрузкам и более прочными. Так, при введении 5% компатибилизатора на основе линейного полиэтилена в трудногорючую композицию (ПЭВП с 60% гидроксида алюминия) прочность при растяжении и изгибе увеличивается в 1,4 - 1,5 раза. Одновременно, увеличивается и ударная прочность подобных полимерных материалов. Кроме того, полимерные композиции обладают оптимальным соотношением "качество/цена" и достаточными механическими свойствами (прочность, ударная вязкость), что позволяет  широко использовать их в кабельной промышленности и строительной индустрии.

      Таким образом, подход, основанный на усилении модифицирующих эффектов за счет образования более прочных связей на границе раздела фаз "полимер - модификатор ударной прочности", "полимер - наполнитель", "полимер - антипирен", а также на границе раздела фаз разных полимеров в смесевых полимерных материалах, следует считать в настоящее время наиболее эффективным и перспективным на пути дальнейшего расширения номенклатуры полимерных материалов и улучшения их технологических и эксплуатационных свойств.

В начало статьи          Предыдущая страница

Наверх