Допълнителен план за оптимизация на модифициран полиетилен PE, подсилен с калциев карбонат

Полиетиленът (PE) е една от пластмасите, които са привлекли най-голямо внимание в промишленото производство. Той има предимствата на отлична устойчивост на ниски температури, устойчивост на повечето киселинни и алкални корозии, добра химическа стабилност, бързо формоване и добра експлоатационна годност. Той се използва широко в опаковки, строителни материали, автомобили, биология и други области. По-нататъшното му приложение обаче е ограничено от недостатъците му, като например лоша топлоустойчивост и относително ниски механични свойства.

Ултрафинният CaCO3 има малък размер на частиците и добра дисперсия. Неговите предимства са намаляването на порите и кухините в пластмасите и по-равномерното им свиване. Използва се в полиетилен, полистирен, поливинилхлорид и полипропилен. Освен други пластмаси, той може да подобри твърдостта, размерната стабилност и здравината на пластмасовите изделия.

Въпреки това, голям брой изследвания показват, че използването само на калциев карбонат или други пълнители за запълване на модифицирани полимери или модифициране на други материали често не постига най-добри резултати и подобряването на производителността е сравнително лесно. Модифицирането на различни неметални минерални прахове със смеси често има по-добри ефекти и може да подобри цялостните характеристики на материалите. Сега има все повече и повече изследователски приложения.

Изследвания на Ян Чангю и други показват, че нано-CaCO3 може да подобри съвместимостта и термичната стабилност на полиетиленовите композитни материали, а влакната от багас (BF) могат да подобрят кристалността и здравината на композитните материали. И двете могат ефективно да подобрят механичните свойства и механиката на композитните материали.

01 Класификация на полиетилен PE

PE се разделя според химичната си структура, относителното молекулно тегло и метода на полимеризация. Може да се раздели основно на три категории: полиетилен с ниска плътност (LDPE), полиетилен с висока плътност (HDPE) и линеен полиетилен с ниска плътност (LLDPE).

▷Полиетилен с ниска плътност

LDPE има широко относително разпределение на молекулното тегло, ниска кристалност и е чувствителен към изтъняване при срязване. Той може да доведе до втвърдяване под напрежение по време на процеса на формоване, така че LDPE има добри оптични свойства и обработваемост. Тъй като модулът на Юнг на кристалната област е много по-висок от този на аморфната област, твърдостта и якостта на опън на LDPE са по-ниски, но жилавостта и удължението при скъсване са по-високи.
LDPE се използва главно в пластмасови опаковъчни торби, селскостопански филми, шприцвани продукти и др.

▷Полиетилен с висока плътност

HDPE линия за екструдиране на тръби Има висока якост, твърдост и механични свойства, но лесно се подлага на стареене и деформация, а повърхностната му твърдост е ниска. HDPE може да се използва в тръби, шприцване, формоване чрез раздуване, рибарски мрежи, въжета, опаковъчни фолиа и други продукти. HDPE има добра изолация и може да се използва като опаковъчен материал за проводници и кабели, както и за някои корпуси на домакински уреди.

▷Линеен полиетилен с ниска плътност

LLDPE е нов вид полиетилен, който е разработен и се развива бързо през последните години. Той е съполимер на етилен и олефин. В сравнение с полиетилена с ниска плътност, линейният полиетилен с ниска плътност има подобен външен вид, добър повърхностен блясък, по-добра устойчивост на ниски температури, но лоша прозрачност. LLDPE в момента прониква в почти всички традиционни пазари на полиетилен, включително фолио, формоване, тръби, проводници и кабели.

02 Модификация на полиетилен PE

Единичният полиетилен има механични свойства като недостатъчна устойчивост на топлинно стареене, крехкост в нискотемпературна среда, ниска твърдост и лоша удароустойчивост. Следователно, модификационната обработка трябва да бъде целенасочена.

Понастоящем модифицирането на PE включва главно два метода: химическа модификация и физическа модификация. При физическата модификация, модификацията с подобрен пълнеж е смес или композитен материал, приготвен чрез добавяне на модификатори към полиетилен и смесване, за да се подобрят определени свойства на полиетилена или да се придадат на полиетилена нови свойства.

В момента често използваните неорганични пълнители включват главно калциев карбонат, кварцов прах, влакна от дървесно брашно, влакна от оризова слама/захарна тръстика, силициев диоксид, нишки, стъклени влакна, каолин, стъклени перли, талк, графит, въглеродни нанотръби и др. Чрез добавяне на този вид подсилващ пълнител към полиетилена, разходите могат да бъдат намалени, а твърдостта, стабилността на размерите, устойчивостта на топлина, магнетизма, проводимостта и други свойства на продукта могат да бъдат подобрени.

Изследвайки принципа си, неорганичните частици имат висока топлоустойчивост и якост, а те имат голямо влияние върху процеса на кристализация на полиетилена. Като неорганични нуклеиращи агенти, те могат директно да повлияят на якостта, твърдостта и топлоустойчивостта на полиетиленовата смола и други ключови показатели.

03 Модифициран калциев карбонат

Калциевият карбонат, като универсален неорганичен пълнител, има два недостатъка, когато се използва с полимерни материали:

От една страна, повърхността е хидрофилна и олеофобна, със силна полярност, за разлика от хидрофобната и олеофилна ниска полярност на органичното тяло, трудно се комбинира с полимерната матрица;

От друга страна, калциевият карбонат има слаба свързваща сила с полимерите и може да играе само солюбилизираща роля. Прекомерното количество калциев карбонат ще доведе до значително намаляване на производителността на полимерните материали, което ще затрудни производството и обработката на продуктите.

В практическото приложение, калциевият карбонат и полиетиленът трябва да имат добра междуфазова връзка, размерът на частиците на калциевия карбонат трябва да е малък, а диспергируемостта - добра. Следователно, калциевият карбонат трябва да бъде модифициран.

Калциевият карбонат се модифицира с титанатен свързващ агент. Алкилната част в свързващия агент лесно се хидролизира и се свързва с -OH група на повърхността на калциевия карбонат по време на процеса на модификация, което може да направи повърхностните свойства на калциевия карбонат хидрофобни; трите структури могат да бъдат преплетени или химически комбинирани с полимера, като по този начин се подобрява междуфазовата съвместимост между калциевия карбонат и полимера, както и реологията и дисперсионната стабилност на калциевия карбонат в системата, като по този начин се подобряват механичните свойства и механичните свойства.

Принцип на модификация на титанатен свързващ агент

04 Модифициран полиетилен, пълнен с неорганичен прах

Zuo Yinze и др. са използвали съответно титанатен свързващ агент (KH101) и силанов свързващ агент (KH570), за да модифицират CaCO3 и SiO2 като пълнители и са създали бинарни и трикомпонентни PE композитни материали с HDPE като матрица. Изследванията показват, че: дисперсията на модифицираните наночастици в матрицата е подобрена, феноменът на агломерация е намален, а якостта на опън и ударната якост на бинарните композити първо се увеличават, а след това намаляват с увеличаване на съдържанието на CaCO3 и SiO2. Когато количеството на допиране SiO2 е 7 тегл.%, цялостните характеристики на PE/SiO2 композитния материал са най-добри; Когато количеството на допиране CaCO3 е 15 тегл.%, цялостната производителност на композитния материал PE/CaCO3 е най-добра. При композитните материали PE/CaCO3/SiO2, когато количествата на допиране на калциев карбонат и SiO2 са 25 тегл.% и 7 тегл.%, якостта на опън и ударната якост с назъбване се увеличават съответно с 17.6% и 34.5%, което осигурява синергичен ефект и постига по-добри резултати. Обща производителност.

Джоу Лин и други разработиха високоефективни композитни материали с нано-калциев карбонат, смесен с SBS/HDPE. Изследването показа, че: якостта на удар, якостта на опън и удължението при скъсване на смесите от нано-калциев карбонат и SBS/полиетилен с висока плътност се увеличават с увеличаване на нано-калциевия карбонат. Промените в масовата фракция показват параболична промяна с отвор надолу. Тъй като свойствата на удар, якостта на опън и удължението при скъсване на смесите се променят основно синхронно, може да се заключи, че нано-калциевият карбонат може както да закали, така и да укрепи смесите. Общата производителност на сместа е оптимална, когато масовата фракция на нано-калциевия карбонат достигне 15% от общата маса на сместа.

Джан Сяоцян и др. смесиха различни пропорции от нишки на CaCO3 с дървесно брашно и HDPE, за да приготвят композитни материали CaCO3/HDPE/дървесно брашно. Изследванията им показват, че когато количеството на допиране на CaCO3 е 7%, якостта на опън достига пикова стойност от 28.3 MPa. В сравнение с композитния материал HDPE/дървесен прах (19.7 MPa), тя се увеличава с 43.7%, докато якостта на огъване и удар се увеличават с 19.2% и 20.1%.