Introducere în tehnologia de spumare a polipropilenei
Odată cu cerințele din ce în ce mai mari de protecție a mediului, reciclare a deșeurilor și rentabilitate în produse, metodele de spumare fizică folosind agenți precum CO2, N2 și izopentan au obținut o atenție semnificativă. În prezent, CO2 este cel mai utilizat agent de spumare.
Metoda de bază pentru prepararea materialelor polimerice microporoase folosind lichid supercritic implică crearea unui amestec de topire/gaz polimer foarte saturat și inducerea instabilității termodinamice în timpul procesului de răcire. Prin controlul parametrilor precum presiunea și temperatura, structurile microcelulare sunt formate în matricea polimerului, lichidul supercritic acționând ca mediu de nucleare. Pașii cheie din acest proces sunt următorii:
Sistem de saturație a polimerului/gazelor
La o anumită temperatură, o metodă adecvată este utilizată pentru a dizolva un gaz de înaltă presiune, ne-reactiv (de exemplu, CO2 sau N2) în polimer, formând un sistem omogen de saturație de polimer/gaze. Concentrația de gaz variază de obicei de la 5% la 20%. Difuzarea gazului în interiorul polimerului este lentă și poate fi accelerată prin creșterea temperaturii și presiunii.
Nucleare
Prin reducerea presiunii și/sau a temperaturii în creștere, sistemul polimer/gaz intră într -o stare instabilă termodinamic, devenind suprasaturată. Aceasta declanșează nuclearea omogenă și eterogenă, ceea ce duce la formarea a numeroase bule de gaz.
Creștere cu bule
Gazul suprasaturat se difuzează în bule, determinându -le să crească și reducând energia liberă a sistemului. Creșterea cu bule este controlată de factori precum timpul, temperatura, suprasaturarea, stresul și proprietățile viscoelastice ale sistemului.
Stabilizarea structurii microporoase
Metode precum stingerea sunt utilizate pentru a stabiliza structura bulei.
Sistemul uniform, polimer/gaze de concentrare ridicată și controlul precis al nucleării și creșterii bulelor sunt esențiale pentru proces. Spumele microcelulare produse de obicei au dimensiuni ale porilor care variază de la 5-30 μm. În comparație cu foile tradiționale spumate, aceste materiale microporoase prezintă 30% -40% rezistență la tracțiune și compresivă mai mare pentru aceeași densitate și pot fi produse pe liniile de producție existente. Combinația dintre tehnologia fluidului supercritic și modelarea prin injecție din plastic a făcut ca producția directă a produselor turnate cu injecție din polipropilenă microcelulară să fie realitate.
Tehnologie de spumare a polipropilenei cu rezistență ridicată la topire
În spumarea convențională de polipropilenă, vâscozitatea scade brusc peste punctul de topire a cristalizării, ceea ce face dificil controlul temperaturii în timpul extrudării. Cu toate acestea, polipropilena trebuie să mențină un flux suficient în extruder, având, de asemenea, o rezistență și o elasticitate adecvată pentru a păstra o structură obișnuită a bulelor. Prin urmare, polipropilena cu rezistență ridicată la topire este crucială în procesul de spumare.
De exemplu, rășina Profax F814, produsă de o companie străină, are lanțuri laterale lungi introduse în timpul procesului de post-polimerizare, oferindu-i de 9 ori rezistența la topire a homopolimenților convenționali cu caracteristici de flux similare. Comportamentul bulelor în PP liniar și PP ramificat în timpul spumărului diferă semnificativ. Linear PP prezintă un conținut ridicat de celule deschise, iar bulele se contopesc rapid, chiar și sub răcire rapidă. În schimb, PP ramificat tinde să formeze structuri cu celule închise cu o combinație minimă a bulelor, ceea ce o face potrivită pentru obținerea unei rezistențe mari de topire.
Tehnologie de spumare din polipropilenă reticulată
Unele companii au adoptat, de asemenea, procese de reticulare pentru a produce spume de polipropilenă, cum ar fi amestecarea PP cu PE și reticularea PE. De exemplu, o companie a dezvoltat o spumă de polipropilenă micro-reticulată cu un proces în două etape: mai întâi, extrudând o foaie solidă de 3 mm grosime, apoi reticularea acesteia cu peroxid sau iradiere și, în sfârșit, plasându-l într-un vas de înaltă presiune (până la 69 MPa) cu N2 pentru a induce spumarea. Această metodă are ca rezultat o spumă cu 1 0% structură cu celule închise și o densitate de 0,3g/cm³. Această spumă este utilizată în aplicații precum piese auto și articole sportive.
Cheia acestui proces este reticularea rășinii PP înainte de spumare, ceea ce reduce vâscozitatea topiturii și minimizează ruperea bulelor în timpul spumatului. Spumele PP reticulate prezintă o rezistență semnificativ mai bună la căldură (30-50 grad mai mare) și performanță termică a fluierului (de 100 de ori mai bună) în comparație cu spumele necontrolate. Cu toate acestea, cristalinitatea ridicată a PP și dificultățile în reticularea prezintă provocări, necesitând un control precis al condițiilor de reacție pentru a minimiza degradarea.
Agenți de nucleare în spumare
Producerea spumelor PP microcelulare cu tehnologii termoset sau termoplastice convenționale este dificilă datorită solubilității scăzute a gazelor în regiunea cristalină a PP, care limitează nuclearea și creșterea cu bule. Adăugarea unor cantități mici de benzoat de sodiu ca agent de nucleare poate scădea tensiunea de suprafață a polimerului, promovând nuclearea cu bule. Cu toate acestea, Talc, care formează o legătură puternică cu PP, nu este eficient ca agent de nucleare și nu ar trebui utilizat.