tapadást elősegítő (kapcsoló ágensek, kompatibilizáló)
Fa-polimer kompozit anyag elsősorban keverék különböző természetes (cellulóz, lignin, stb) és a szintetikus polimerek (polietilén, polipropilén, PVC stb.)
A szoros kölcsönhatása molekulák különböző polimerek viselkednek egymáshoz képest különböző módon: az egyik húzott, más - taszítják. Egyes polimerek reagálhatnak egymással egy kémiai reakció, más, kémiailag semleges. A kölcsönhatás természetének a polimerek által okozott kémiai összetétele, beleértve a polaritás, azaz Az elektromos töltések léte.
Ezt a jelenséget nevezzük átjárhatóság. lásd. például a táblázat a kompatibilitási ipari polimerek. Különösen, a polipropilén jól kombinálható polietilén, de rosszul poliamidokkal. A polimerek kölcsönhatásba különböző módokon pigmentek és ásványi töltőanyag.
A probléma a kompatibilitás kémiailag különböző anyagokat jól ismert, hogy minden a bemutatott példában az interakció az olaj és a víz. Mint az jól ismert a vízcseppek tekercs felületén az olaj és olajozott acél tűvel nem akar megfulladni. On prktike sohasem teljesen hidrofil vagy hidrofób anyagok, valamint a oleofób és oleofil. Minden anyag egy kisebb vagy nagyobb mértékű hidrofil, hidrofób vagy oleofil vagy oleofób.
Sajnos, a polimer molekulák poliolefin csoportból (polietilén, polipropilén) kevésbé kompatibilisek a fa részecskék. Ezek a gyanták nem poláros és hidrofób, és a fa részecskék, éppen ellenkezőleg - hidrofil és poláris.
Ezért, amikor a hagyományos bevezetése faforgácsot a poliolefin mátrix, a kompozit anyag nem kapunk, és a mechanikai keverékéből fa és a polimer nem nagyon magas szilárdsági tulajdonságokkal és alacsony ellenállás a külső hatásoknak.
A fagyapot polivinlhlorida alapuló kompozíciók polisztirol és használata kötőanyagok nem kötelező, tketo poláris gyanta. De ez nem jelenti azt, hogy nincs lehetőség és célszerűségét munka koherenciájának javítására, erejét és tartósságát kompozitok ezek alapján.
Kémia lehetővé teszi, hogy megoldja a problémát a tapadás a fa és szintetikus polimerek több módon, beleértve a módosítását gyantát vagy (ii) a fa részecskéket (kémiai, termomechanikai, mechanokémiai, és még a plazma sugárkezelés). De a módosítását a fő nyersanyag igényel némi erőfeszítést és költséget, és ezek a költségek néha hasonló az ára a többi termelés WPC. Ugyanakkor ezen a területen a kutatás széles körben elfogadott, mint Ezek jó kilátások.
A modern gyakorlatban, a termelés a hőre lágyuló WPC használt legegyszerűbb, de hatékony módja annak, kapcsolat társított elemek: az összetétele közvetlenül a gyártási folyamat során (a kompaundálás során vagy extrudálással) beadott speciális adalékanyagok - kötőanyagok - (kapcsolószerek). Céljuk, hogy kényelmes csatlakozó elemek kompozit tömítés belső struktúrákat annak érdekében, hogy növelje a termék szilárdságát és tartósságát.
Szerint a funkció vagy a funkció a négy csoport kötőanyagok lehet azonosítani, beleértve a
- rögzítő szerek (kötőanyagok), vagy, más módon, tapadást elősegítő (adhézió promotorok)
- Felületaktív anyagok - surfakanty (felületaktív anyagok vagy, más módon, felületaktív anyagok), beleértve a
- pluralisták, kompatibilizáló (kompatibilizáló),
- diszpergálószerek (diszpergálószerek).
A felületaktív anyagok csökkentik a felületi feszültséget erők a felület különböző fázisai közötti összetett, és ezáltal hozzájárul a javításához diszperziója felépítését. Skreplyayushie szerek javítják a tapadást a mátrix és a töltőanyagok (fa, pigmentek).
Azokban a vizsgálatokban, és a termelési kötőanyagként tesztelt több mint 40 különböző vegyületet, lásd. Táblázat. incl.:
- szerves (izocianátok, anhidridek, amidok, imidek, akrilátok, chlorotriazines, epoxidok, szerves savak, monomerek, polimerek és kopolimerek).
- szervetlen (szilikát)
- Szerves és szervetlen vegyületek (szilánok és titanátok).
A fa-polimer kompozitok poliolefin alapú elsőbbséget rögzítő szereket biztosít erős kötés molekulák fa töltőanyagot a alapgyanta. A rögzítő szer hídként között a hőre lágyuló polimer és a farostot, szervezett három különböző módon:
- alapján a kovalens kötések (kovalens kötés),
- alapján a hidrogénkötés (hidrogénkötés)
- felvétele a polimer láncban (polimer lánc entanglemen)
Szerves kötőanyagok fagyapot kompozitok általában kettős vagy multi-funkciós csoportokat. mint például:
- (-N = C = O) y izocianátok,
- [- (CO) 2-O-] y maleinsavanhidrid,
- (-Cl-) a diklór-triazin-származékok.
Ezek a csoportok kölcsönhatásba lépnek a poláros csoportok cellulóz és lignin, elsősorban csoportok (-OH), alkalmas létre hidrogénkötések.
Egy másik kiviteli alak lehet egy módosítását a polimer mátrix útján ojtási kopolimer, így biztosítva a jó tapadás és a ingda és még térhálósító a molekulák a határfelületen.
Szervetlen kötőanyagok valószínűleg diszpergálószerként semlegesítő polaritásának fa és a fa és javítja a kompatibilitást a polimer mátrix.
Szerves és szervetlen ügynökök egy hibrid szerkezet. Például, titanátok titánatom a központban és a periférián szerves részt. Ezek a szerves funkciós csoportok és hatékonyságának meghatározására egy kapcsoló ágens.
Megjegyzés. Az irodalom és a magazin kiadványok, a fogalom a kötőanyag, a kötőanyag, kompatibilissé gyakran szinonimaként használják, ami be néhány zavart, mint például a szervezet a beszerzési adalékanyagot. Vannak különböző változatai a besorolása az ilyen típusú adalékanyagok és leírják a hatásmechanizmusuk.
Ispolzute kompatibilizáló, hogy csökkentse a felületi feszültséget a határfelületen. Néhány kompatibilizáló, mint például ecetsav-anhidrid és metil-izocianát A felületi energia csökkentésére a fa, így egy apoláris hasonló a polimer mátrixban.
Néhány rögzítő szerek, mint például a maleátozott polipropilén (MAPP), maleátozott sztirol-etilén / butilén-sztirol (SEBS-MA) és sztirol-maleinsav-anhidrid (SMA), is jár kompatibilizáló.
Diszpergáló szerek csökkentik az energia közötti határfelületen a polimer és a fa, javítja a diszperzió fa részecskék egy polimer mátrixban aggregáció nélkül, és ezáltal megkönnyítik az újabb interfészek. Például, a sztearinsav és annak fémsók javítják a diszperziót a fa részecskék egy polimer mátrixban.
Általában, kompatibilizáló és diszpergálószereket nem képeznek erős ragasztó közötti kötések fa és a polimer mátrix.
A kérdés a kompatibilizáló releváns lehet nemcsak hogy fokozza a tapadást a fa és a matrica, és például - segítségével műanyag, hogy növelje a szekunder egyesíti a különböző polimerek, valamint javítja a kapcsolat a lebontott polimer láncok.
Az elektronmikroszkópos felvételek mutatja a szerkezet a polimer keverék (30% PA6 / 70% LLDPE), és anélkül, hogy kompatibilizáló jelenléte az ő részvételével.
A bal oldali képen látunk poliamid cseppek „lebegő” polietlenovoy mátrix jobb - erősen diszpergált ezen polimerek keverékének.
Háromféle kölcsönhatások alapján az eltérő anyagok:
A működési elve kompatibilizáló alapú blokk-kopolimer (ojtott kopolimer) mutatja az ábra. Az ilyen kompatibilizáló működik, mint egy felületaktív anyag, csökkenti a felületi feszültséget erők. A piros szín mutatja a hosszú molekulák a blokk-kopolimer, a polimer mátrix Egy köti össze és egy másik polimer B. intézkedés miatt a kompatibilizáló javítja határfelületi adhézió és diszperziós polimer keverék.
Reaktív tapadásközvetítő szervez reakciót közötti kölcsönhatás az ojtott polimer és más funkciós csoportokat a polimer. -tartalmú funkcionális csoportot tartalmazó kopolimer kompatibilizáló (piros vonal az ábrán), és könnyen keverhető a polimer mátrixszal és reakcióba lép a diszperziós fázis (egy másik polimer), lásd. Séma
Az előnyök a reaktív funkciós polimer viszonylagos rugalmassága a kiválasztásban a pár reaktív csoportok, a magas hatásfok és az alacsony költségű, a sraneniyu a blokk-kopolimerek. Jelenleg a kereskedelemben hatékony maleátozott polimerek. Ezek közé tartozik, például, maleátozott polimerek és epoxidált polimerek.
Maleátozott polimerek - a leggyakoribb funkcionális adhéziós promoterek (rögzítő szerek). Ezek szintetizált vegyi üzemekben során a polimer termelés vagy speciális kompaundálási során az úgynevezett reaktív extrúzióval.
Anhidrid csoportjait a tapadásközvetítő reagálni képes amincsoportok, epoxicsoportok és alkoholok. A diagram egy példát mutat közötti reakció a polimer és maleáttal hozzáférhető -NH2 csoportok a poliamidok (Nylon 6,6), annak érdekében, hogy homogén keveréke poliolefin és poliamid cm. Séma.
Maleátozott polimerek, hogy növelje a polimer tapadás fémeken, növelje közötti kommunikáció a polimer és a töltőanyagok (fa, csillám, üvegszál, alumínium-oxid-hidrát és magnézium, a talkum, pigmentek, stb, és jelentősen javítja a ütésállósága kompozitok. Az alábbi ábra szemlélteti a hatás a kötőanyag (ragasztás) sorozat, ügynökök integrálni cég Equistar.
Amint látható, a hőre lágyuló KDP szívósságú polietilén növeli mintegy kétszer. A jelenléte nem-fém kenőanyag valamelyest csökkenti a szilárdságot és a jelenléte egy szabványos kenőanyag fémionokat tartalmazó - ebben az esetben, a cink-sztearát, gyakorlatilag blokkoló hatás kötőanyag.
A nagy előnye maleát kötőanyagok, hogy ők erősítő ereje (70-90%) és a merevség KDP (5-10%) nem teszik törékeny, hanem éppen ellenkezőleg, és jelentősen javítja a hatás erőssége (2-3 idő). Ie ők is az ütésállóság módosítót.
Egy viszonylag új típusú adhéziós promoterek - epoxidált polimerek. Ezek a módosított elsősorban glicidil-metakrilát (glicidil-metakrilát). Aktívan reagálnak NH2, anhidrid, sav és az alkohol csoportok. Ajánlott, hogy a tapadás fokozása poliészterek (PET, PBT), és a poliolefin elasztomerek, lásd. Séma.
Tapadás nélkül érhető el a kémiai reakciók, és csak az alapján erők kölcsönös vonzás a molekulák, azaz Van der Waals erők. Molekulák nem reaktív poláros tapadásközvetítő (piros vonal) rapredeleny egyenletesen a polimer mátrix szerkezete az erősítő A. Az egyes funkciós csoportok a polimer vonzódnak az egyes B csoportok, lásd. Séma.
A hatásmechanizmus kötőanyag a kompozit anyag
Kötőanyag egy módosított polimer, például - maleátozott polipropilén, amely jobb kommunikáció a polimer mátrixot és a töltőanyag. Fokozása adhézió különösen fontos a kompozit anyagok, amelyekben a töltőanyag mennyisége 80% vagy több, még inkább úgy, hogy a fa és a legtöbb más segédanyagokat rosszul kombinált polimerek.
A diagram a jobb oldalon látható a hatásmechanizmusa a polimer kötőanyag. A piros szín mutatja a hosszú molekulák kötőanyag.
Ennek létrehozásának alapját a kötőanyag van kiválasztva polimer jól összeegyeztethető a bázis polimer. Gyakran ez ugyanaz a polimer, mint az alap. Során a módosítások, például maleninovym anhidrid, fejleszt speciális funkciós csoportokat, amelyek reagálhatnak molekulákkal naponitelya.
Az eredmény egy szilárd három-fázisú rendszerben: egy polimer mátrix, kapcsolószer és töltőanyag. Az ábra mutatja a reakcióképes csoportok a maleátozott poliolefin, amely keresztkötések a cellulóz molekulák (poláris) és poliolefin (apoláros).
Oltás anhidrid csoport megteremti a lehetőségét poliolefin kezdeni a kommunikációt a hidrogénatom a cellulóz molekula. Molekuláris rendszer más kötőanyagot megtalálható a Dyneon cég bemutató (p. 14-17)
Tekintettel a gyorsan növekvő kompozit anyagok előállítására külföldi cégek folyamatosan dolgozik a fejlesztése és javítása a kompatibilizátorok és kapcsolási szerek, és most különösen fagyapot kompozitok.
Általában őt kifejlesztett alábbi nómenklatúra kötőanyagok hőre lágyuló WPC: maleátozott ojtott kopolimerek poliolefinek, szerves szilánok (szerves szilánok), zsírsavszármazékok (zsírsav-származékok), hosszú szénláncú klórozott paraffinok (hosszú szénláncú klórozott paraffinok), és a nem ojtott kopolimerek poliolefinek, amelyek be vannak építve anhidrid.
- Kötőanyagok kompozit anyagokat használnak együtt más adalékok (kenőanyagok, stabilizátorok, színezőanyagok, biocidek és habosítószerek. Tekintettel a kémiai jellege néhány közülük hatását blokkolni egy kapcsoló ágens. Ezért a kiválasztási adalékanyagok csökkentéséhez szükséges e káros kölcsönhatást. Az ilyen antagonista hatóanyagok, például kenőanyagokat alapulnak fém-sztearátok. Tehát most kifejlesztett kenőanyag mentes fémsók, valamint komplex adalékanyagok, amelyben ezeket a problémákat már figyelembe vették.
- Egyes márkák kötőanyagok súrlódás növelése az extruder. Speciálisan kifejlesztett új szerek, éppen ellenkezőleg - jelentősen javult feldolgozhatóságú körülmények között, például Dyneon, Doverbond et al.
A legtöbb ismert gyártó és a márka maleát kapcsoló ágens: a cég Dupont (Fusabond) Equistar (integrálása) és az Eastman Chemical (EPOLENE). A hatás megnyilvánul, ha beadjuk egy alapgyantát szert mennyiségben 0,5-3 tömeg% a gyanta. És növelheti akár 5-6% megfelelő megerősítésével kompozitok.
Egy elektronikus fénykép világosan észrevehető jelentős javulás fa kompozit szerkezetek beadva 3% MAPP (fotó Eastman cemical)
Megjegyzés. Tanulmányozza ezeket a képeket kell ismét felhívni a figyelmet, hogy szükség van a jó összetételéhez a keveréket, hogy biztosítsák a fúziós az összetett szerkezet. Compounding fontos minden tekintetben - gazdaságos megoszlása gyanta közötti összetett részecskék, gazdaságos elhelyezése kapcsoló ágens a polimer mátrixban, a mechanikai kizárása üregek. Mindenféle mosogató és üregek, egyenetlenségek, stb szerkezeti hibák lehetnek helyen hangsúlyozni koncentráció különösen veszélyes termékek a felszín közelében. Laza kitett területeket és biodeterioration.
Használata kötőanyag tömegére vonatkoztatva 0,5 - 2% -kal jelentősen javítja (1,5 - 3-szorosa), mechanikai és egyéb teljesítmény a kompozit anyag tulajdonságainak, különösen a vízállóság. Jellemző, hogy a kapcsoló ágens a készítményben ne legyen túl sok, lásd. A táblázatot.
Az erőssége a kompozit növekszik először gyorsan, majd azt is csökken. Ez lehet azzal a ténnyel magyarázható, hogy az erejét a kompozit mátrix és a töltőanyag biztosított helyett a kiegészítő komponenseket, amely egy kisebb fizikai erő.
Megjegyzés. A diagram különösen illusztrálja a gazdasági előnyöket meggyőzően súlyozza komponenseket beadás előtt kevésbé pontos volumetrikus adagolási módszert.
A kötőanyagok is hasznos lehet céljára ezt követő befejező termoplasztikus KDP, tapadást elősegítő között a kompozit felülete és egy nemesítőanyag (lakk, festék, zománc, film).
Néhány példa a kötőanyagok fa-polimer kompozitok alábbi táblázatokban mutatjuk be.