Przetwórstwo past poli(chlorku winylu)

Przetwórstwo past poli(chlorku winylu)

POLITECHNIKA GDAŃSKA
WYDZIAŁ CHEMICZNY
KATEDRA TECHNOLOGII POLIMERÓW
PRZETWÓRSTWO TWORZYW SZTUCZNYCH I GUMY
Lab 8. Przetwórstwo past poli(chlorku winylu)
Cel ćwiczenia:
Otrzymanie folii i wyrobów odlewanych podczas przetwórstwa past poli(chlorku winylu)
przy zastosowaniu zmiękczacza ftalanowego.
Wprowadzenie
Poli(chlorek winylu), PVC, [-CH2-CHCl-]n jest otrzymywany jest w wyniku
polimeryzacji chlorku winylu według mechanizmu rodnikowego
Polimeryzację prowadzi się metodą blokową, suspensyjną lub emulsyjną. Otrzymane
polimery różnią się strukturą ziarna i właściwościami. Ziarna PVC emulsyjnego są małe,
nadające się do wytwarzania past, gdyż nie ulegają szybko spęcznianiu w zmiękczaczach.
Handlową postacią PVC jest biały proszek, odporny na działanie wody, stężonych kwasów i
zasad oraz olejów mineralnych, węglowodorów alifatycznych, tlenu i ozonu. W środowisku
estrów, ketonów, pirydyny rozpuszcza się lub pęcznieje. PVC rozpuszcza się m.in. w
cykloheksanonie.
PVC nie można przetwarzać w postaci czystego polimeru, aby nabrał on właściwości
przetwórczych konieczne jest zastosowanie licznych dodatków. Sporządza się mieszanki ( dry
– blends), kompozycje i granulaty z udziałem plastyfikatorów (umożliwiają termoplastyczne
przetwórstwo polimeru i nadające tworzywu odpowiednią wytrzymałość mechaniczną i
elastyczność), stabilizatorów (zapobiegają degradacji polimeru podczas przetwórstwa),
smarów i innych środków pomocniczych ( np. napełniacze).
Pasty polichlorowinylowe
Pastami polichlorowinylowymi- plastizolami nazywa się płynne dyspersje
proszkowego polimeru w ciekłym plastyfikatorze. Specjalne gatunki polichlorku winylu,
zwane pastotwórczymi, są w temperaturze pokojowej zwilżane przez plastyfikator. W tych
warunkach penetracja plastyfikatora w głąb ziaren i solwatacja ziaren zachodzi bardzo wolno.
Plastizole są cieczami nie-newonowskimi, co oznacza, ze ich lepkość zależy od
szybkości ścinania, czasu oddziaływania sił ścinających i temperatury, w której wykonuje się
pomiar. Na zdolność tworzenia i właściwości reologiczne past mają wpływ wszystkie
surowce używane do ich sporządzania. Ziarna pastotwórczego poli(chlorku winylu)
otrzymywanego metodą polimeryzacji emulsyjnej to aglomeraty ziaren pierwotnych w
kształcie pustych w środku kul, których puste przestrzenie są połączone z powierzchnią ziarna
lub kule z kilkoma wydrążeniami. Małe rozmiary ziaren przy względnie dużej powierzchni
właściwej ( puste w środku kule) powodują, że przy małych szybkościach ścinania lepkość
pasty jest duża, a przy większych szybkościach ścinania małe ziarna ułatwiają ułożenie ich w
paście, powodując zmniejszenie lepkości. Do sporządzania plastizoli mogą być stosowane
specjalne gatunki poli(clorku winylu) suspensyjnego drobnym, szklistym ziarnie, których
dodatek w trakcie sporządzania pasty traktuje się jako obojętny napełniacz.
Plastyfikatory
Podstawowym zadaniem plastyfikatorów jest obniżenie temperatury zeszklenia
poli(chlorku winylu), a w rezultacie obniżenie niezbędnej temperatury żelowania i
formowania w procesie przetwórstwa. Towarzyszy temu trwała poprawa takich właściwości
polimeru, jak : elastyczność, udarność oraz odporność na niskie temperatury.
Plastyfikatory są to wysokowrzące ciecze lub ciała stałe o średnich ciężarach
cząsteczkowych, które działają jako modyfikatory przetwórstwa i właściwości fizycznych
polimeru. Pod wpływem podwyższonej temperatury, zwykle 160-170°C plastyfikator
rozpuszcza, względnie spęczniały polimer, po czym po oziębieniu daje stabilny żel o dobrych
właściwościach mechanicznych.
Na podstawie badań działanie plastyfikatora tłumaczy się wnikaniem jego cząsteczek
między łańcuchy polimerowe, co powoduje zmniejszenie sił przyciągania
międzycząsteczkowego i zwiększenie odległości między segmentami łańcuchów. Dzięki
polarnej strukturze PVC cząsteczki plastyfikatora są utrzymywane siłami dipola, dlatego
pożądane jest, aby plastyfikator miał grupy polarne. Polarność i ciężar cząsteczkowy
plastyfikatora determinują jego zdolność rozpuszczania poli(chlorku winylu), a więc
właściwości żelowania.
Zastosowanie konkretnego rodzaju plastyfikatora ma znaczny wpływ na typ
reologiczny sporządzonych past. Najczęściej spotykanym typem reologicznym jest słabo
zaznaczona pseudoplastyczność.
Etapy procesu plastyfikacji są następujące:
- Mieszanie plastyfikatora z poli(chlorkiem winylu),
- penetracja plastyfikatora między łańcuchy polimerowe,
- wzajemne oddalanie się grup polarnych PVC interakcja między grupami polarnymi
plastyfikatora i polimeru,
- restabilizacja struktury polimeru i relaksacja plastyfikatora.
Stabilizatory
Stabilizatory dodawane są w celu zapobieżenia degradacji termicznej podczas
przetwórstwa, a następnie podczas użytkowania gotowych wyrobów. Najczęściej
stosowanymi stabilizatorami są stearyniany ( Zn, Cd, Ba, Ca), związki ołowiu ( siarczany,
ftalany, fosforany), związki cynoorganiczne oraz epoksydowe.
Wpływ stabilizatorów na właściwości reologiczne past jest stosunkowo mały, wynika
to z tego, iż dodawane są w niewielkich ilościach do plastizoli. Zazwyczaj stosuje się
stabilizatory ciekłe, rzadziej stałe. Stabilizatory stał przed dodaniem do pasty wymagają
dokładnego zdyspergowania z częścią zmiękczacza, a ich dodatek może spowodować
niewielki wzrost lepkości.
Napełniacze
Napełniacze powodują wzrost lepkości pasty i zmniejszają jej stabilność. Stopień tych
zmian zależy od liczby olejowej napełniacza. Liczba olejowa określa zdolność do absorpcji
zmiękczacza wyrażonej w ilości oleju zaabsorbowanej przez 100 części napełniacza, jego
gęstości, wielkości i kształtu ziaren oraz rozkładu wielkości ziaren i stężenia napełniacza.
Przetwórstwo past polichlorowinylowych
Podstawowymi kierunkami przetwórstwa plastizoli są:
 Odlewanie obrotowe przedmiotów wewnętrznie pustych,
 Odlewanie osadowe, czyli odlewanie w formach przedmiotów wewnątrz pustych
przez wylewanie nadmiaru pasty,
 Otrzymywanie przedmiotów pełnych w formie lub wypełnianie wgłębień,
 Powlekanie tkanin lub papieru,
 Natryskiwanie,
 Maczanie, czyli powlekanie lub otrzymywanie przedmiotów.
Odlewanie
Polega na ogół na przeprowadzenia tworzywa ze stanu ciekłego w stan stały bez
stosowania ciśnienia ( lub pod małym ciśnieniem), często w otwartym gnieździe formującym
w temperaturze normalnej lub podwyższonej i wyjęciu wytworu ( odlewu) z formy.
Odlewy z PVC podczas procesu podlegają żelowaniu. Żelowanie jest procesem
fizycznym zachodzącym w układzie polimer-plastyfikator. Pod wpływem plastyfikatora
polimer pęcznieje i zwiększa się lepkość mieszaniny, która przyjmuje postać pasty. Pod
wpływem ciepła tworzy się zol. Przejście zolu w żel odbywa się stopniowo. Proces żelowania
zależy od temperatury, czasu i stężenia plastyfikatora. Minimalne stężenie plastyfikatora to
30%.
Przykładowa receptura pasty do powlekania tkanin (cz.mas)
Pastotwórczy PVC
Ftalany diizooktylowy
Adypinian dioktylowy
Epoksydowy olej sojowy
Napełniacz o małej liczbie olejowej
Ciekły stabilizator
100
30
20
5
10
2-3
Dodatek napełniacza o dużej liczbie olejowej zapobiega penetracji pasty do dzianiny, jednak
jego zbyt duża ilość może spowodować osłabienie adhezji plastizolu do tkaniny.
Sposób przeprowadzenia ćwiczenia:
1. Sporządzić pasty zawierające 40%, 45%, 50% ftalanu. Pasty powinny być jednorodne
i nie ulegać rozwarstwieniu.
2. Po napełnieniu metalowych form i naniesieniu warstwy pasty na papier silikonowy
należy próbki umieścić w suszarce w temperaturze 160°C do pełnego zżelowania.
3. Dla otrzymanych próbek folii należy określić wytrzymałość na rozciąganie i
wydłużenie przy zerwaniu w zależności od ilości zmiękczacza.
Sprawozdanie
Wstęp teoretyczny ( z podaniem źródeł ), charakterystyka komponentów, opis
eksperymentów + wyniki i ich analiza .
Literatura:
1. M. Obłój-Muzaj, B. Świerz-Motysia, B. Szabłowska, Polichlorek winylu,WNT,
Warszawa 1997
2. Koszul J., Materiały polimerowe, Częstochowa 1999