Kalcija karbonāta pastiprināta modificēta polietilēna PE turpmāka optimizācijas plāna izstrāde

Polietilēns (PE) ir viena no plastmasām, kas rūpnieciskajā ražošanā ir piesaistījusi vislielāko uzmanību. Tai piemīt izcila izturība pret zemu temperatūru, izturība pret lielāko daļu skābju un sārmu korozijas, laba ķīmiskā stabilitāte, ātra formēšana un spēcīga darbspēja. To plaši izmanto iepakojumā, būvmateriālos, automobiļos, bioloģijā un citās jomās. Tomēr tās tālāku pielietojumu ierobežo tādi trūkumi kā slikta karstumizturība un relatīvi zemas mehāniskās īpašības.

Īpaši smalkam CaCO3 ir mazs daļiņu izmērs un laba dispersija. Tam ir priekšrocības, samazinot poras un tukšumus plastmasā un padarot plastmasas saraušanos vienmērīgāku. To izmanto polietilēna, polistirola, polivinilhlorīda un polipropilēna pildījumā. Cita starpā tas var uzlabot plastmasas izstrādājumu cietību, izmēru stabilitāti un stingrību.

Tomēr liels skaits pētījumu ir parādījuši, ka modificētu polimēru aizpildīšanai vai citu materiālu modificēšanai tikai kalcija karbonāta vai citu pildvielu izmantošana bieži vien nedod labākos rezultātus, un veiktspējas uzlabošana ir samērā vienkārša. Dažādu nemetālisku minerālu pulveru savienojumu modifikācijai bieži vien ir labāka ietekme un tā var uzlabot materiālu kopējo veiktspēju. Tagad ir arvien vairāk pētījumu pielietojumu.

Janga Čanjou un citu pētījumi liecina, ka nano-CaCO3 var uzlabot polietilēna kompozītmateriālu saderību un termisko stabilitāti, un bagasa šķiedra (BF) var uzlabot kompozītmateriālu kristāliskumu un izturību. Abas vielas var efektīvi uzlabot kompozītmateriālu mehāniskās īpašības un mehāniku.

01 Polietilēna PE klasifikācija

PE tiek iedalīts pēc tā ķīmiskās struktūras, relatīvās molekulmasas un polimerizācijas metodes. To galvenokārt var iedalīt trīs kategorijās: zema blīvuma polietilēns (LDPE), augsta blīvuma polietilēns (HDPE) un lineārs zema blīvuma polietilēns (LLDPE).

▷Zema blīvuma polietilēns

LDPE ir plašs relatīvais molekulmasas sadalījums, zema kristāliskums un jutīgums pret bīdes retināšanu. Liešanas procesā tas var radīt deformācijas sacietēšanu, tāpēc LDPE ir labas optiskās īpašības un apstrādājamība. Tā kā kristāliskā apgabala Janga modulis ir daudz augstāks nekā amorfā apgabala Janga modulis, LDPE stingrība un stiepes izturība ir zemāka, bet izturība un pagarinājums pārraušanas brīdī ir augstāks.
LDPE galvenokārt izmanto plastmasas iepakojuma maisiņos, lauksaimniecības plēvēs, iesmidzināšanas formēšanas izstrādājumos utt.

▷Augsta blīvuma polietilēns

HDPE cauruļu ekstrūzijas līnija Tam ir augsta izturība, stingrība un mehāniskās īpašības, taču to ir viegli novecot un deformēt, un tā virsmas cietība ir zema. HDPE var izmantot caurulēs, iesmidzināšanas formēšanā, pūšanas formēšanā, zvejas tīklos, virvēs, iepakojuma plēvēs un citos izstrādājumos. HDPE ir laba izolācija, un to var izmantot kā vadu un kabeļu iesaiņošanas materiālu, kā arī dažu sadzīves tehnikas korpusu izgatavošanai.

▷Lineārs zema blīvuma polietilēns

LLDPE ir jauns polietilēna veids, kas pēdējos gados ir tikko izstrādāts un strauji attīstījies. Tas ir etilēna un olefīna kopolimērs. Salīdzinot ar zema blīvuma polietilēnu, lineārajam zema blīvuma polietilēnam ir līdzīgs izskats, labs virsmas spīdums, labāka izturība pret zemu temperatūru, bet slikta caurspīdība. LLDPE pašlaik iekļūst gandrīz visos tradicionālajos polietilēna tirgos, tostarp plēvju, līstu, cauruļu, vadu un kabeļu ražošanā.

02 Polietilēna PE modifikācija

Vienkāršam polietilēnam piemīt tādas mehāniskas īpašības kā nepietiekama izturība pret karstumu un novecošanos, trauslums zemā temperatūrā, zema cietība un slikta triecienizturība. Tāpēc modifikācijas apstrādei jābūt mērķtiecīgai.

Pašlaik PE modifikācija galvenokārt ietver divas modifikācijas metodes: ķīmisko modifikāciju un fizikālo modifikāciju. Fizikālajā modifikācijā ar pildījumu uzlabota modifikācija ir maisījums vai kompozītmateriāls, kas pagatavots, pievienojot polietilēnam modifikatorus un sajaucot tos, lai uzlabotu noteiktas polietilēna īpašības vai piešķirtu polietilēnam jaunas īpašības.

Pašlaik visbiežāk izmantotās neorganiskās pildvielas galvenokārt ietver kalcija karbonātu, kvarca pulveri, koksnes miltu šķiedru, rīsu salmu/cukurniedru šķiedru, silīcija dioksīdu, ūsas, stikla šķiedru, kaolīnu, stikla lodītes, talku, grafītu, oglekļa nanocaurulītes utt. Pievienojot šāda veida pastiprinošu pildvielu polietilēnam, var samazināt izmaksas un uzlabot produkta stingrību, izturību, izmēru stabilitāti, karstumizturību, magnētismu, vadītspēju un citas īpašības.

Izpētot tā principu, neorganiskajām daļiņām ir augsta karstumizturība un izturība, un neorganiskajām daļiņām ir liela ietekme uz polietilēna kristalizācijas procesu. Kā neorganiskas kodolveidojošas vielas tās var tieši ietekmēt polietilēna sveķu izturību, stingrību, karstumizturību un citus galvenos rādītājus.

03 Modificēts kalcija karbonāts

Kalcija karbonātam kā daudzpusīgai neorganiskai pildvielai ir divi trūkumi, lietojot to ar polimēru materiāliem:

No vienas puses, virsma ir hidrofila un oleofobiska, ar spēcīgu polaritāti, pretēji organiskā ķermeņa hidrofobajai un oleofīlajai zemajai polaritātei, to ir grūti apvienot ar polimēru matricu;

No otras puses, kalcija karbonātam ir vāja saistīšanās spēja ar polimēriem, un tas var darboties tikai kā šķīdinošs līdzeklis. Pārmērīgs kalcija karbonāta daudzums ievērojami samazinās polimēru materiālu veiktspēju, apgrūtinot produktu ražošanu un apstrādi.

Praktiskā pielietojumā starp kalcija karbonātu un polietilēnu jābūt labai starpfāžu saitei, kalcija karbonāta daļiņu izmēram jābūt mazam un disperģējamībai jābūt labai. Tāpēc kalcija karbonāts ir jāmodificē.

Kalcija karbonāts tiek modificēts ar titanāta savienojošo aģentu. Savienojošajā aģentā esošā alkilgrupa modifikācijas procesā viegli hidrolizējas un savienojas ar -OH uz kalcija karbonāta virsmas, kas var padarīt kalcija karbonāta virsmas īpašības hidrofobas; šīs trīs struktūras var sapīties vai ķīmiski savienot ar polimēru, tādējādi uzlabojot kalcija karbonāta un polimēra saskarnes saderību, kā arī kalcija karbonāta reoloģiju un dispersijas stabilitāti sistēmā, tādējādi uzlabojot mehāniskās īpašības un mehāniskās īpašības.

Titanāta savienojošā aģenta modifikācijas princips

04 Neorganisks pulverveida pildīts modificēts polietilēns

Dzuo Jindze un līdzautori attiecīgi izmantoja titanāta saistīšanas aģentu (KH101) un silāna saistīšanas aģentu (KH570), lai modificētu CaCO3 un SiO2 kā pildvielas, un izgatavoja bināros un trīskāršos PE kompozītmateriālus ar HDPE kā matricu. Pētījums liecina, ka: modificēto nanodaļiņu dispersija matricā uzlabojas, aglomerācijas parādība samazinās, un bināro kompozītu stiepes izturība un triecienizturība vispirms palielinās un pēc tam samazinās, palielinoties CaCO3 un SiO2 saturam. Kad SiO2 dopinga daudzums ir 7 svara %, PE/SiO2 kompozītmateriāla visaptverošā veiktspēja ir vislabākā; Ja CaCO3 leģējuma daudzums ir 15 svara %, PE/CaCO3 kompozītmateriāla visaptverošā veiktspēja ir vislabākā. PE/CaCO3/SiO2 kompozītmateriālos, ja kalcija karbonāta un SiO2 leģējuma daudzums ir 25 svara % un 7 svara %, stiepes izturība un iecirtuma triecienizturība palielinās attiecīgi par 17.6 % un 34.5 %, nodrošinot sinerģisku efektu un sasniedzot labākus rezultātus. Kopējais sniegums.

Džou Lins un citi izstrādāja augstas veiktspējas kompozītmateriālus ar nano-kalcija karbonātu, kas sajaukts ar SBS/HDPE. Pētījums parādīja, ka: nano-kalcija karbonāta un SBS/augsta blīvuma polietilēna maisījumu triecienizturība, stiepes izturība un pagarinājums pārraušanas brīdī palielinājās, palielinoties nano-kalcija karbonāta daudzumam. Masas daļas izmaiņas visas uzrāda paraboliskas izmaiņas ar atvērumu uz leju. Tā kā maisījumu triecienizturība, stiepes izturība un pagarinājums pārraušanas brīdī būtībā mainās sinhroni, var secināt, ka nano-kalcija karbonāts var gan rūdīt, gan stiprināt maisījumus. Maisījuma kopējā veiktspēja ir optimāla, ja nano-kalcija karbonāta masas daļa sasniedz 15% no maisījuma kopējās masas.

Džans Sjaočians un līdzautori sajauca dažādas CaCO3 ūsu proporcijas ar koksnes miltiem un HDPE, lai sagatavotu CaCO3/HDPE/koksnes miltu kompozītmateriālus. Viņu pētījumi liecina, ka, ja CaCO3 leģējuma daudzums ir 7%, stiepes izturība sasniedz maksimālo vērtību 28.3 MPa. Salīdzinot ar HDPE/koksnes pulvera kompozītmateriālu (19.7 MPa), tā palielinās par 43.7%, savukārt lieces un trieciena izturība palielinās par 19.2% un 20.1%.