Uvod v tehnologijo polipropilena penjenja
Z naraščajočimi zahtevami po varstvu okolja, recikliranju odpadkov in stroškovne učinkovitosti v izdelkih so bile pritegnile veliko pozornosti fizične metode penjenja z uporabo zdravil, kot so CO2, N2 in Isopentan. Trenutno je CO2 najpogosteje uporabljeno sredstvo za penjenje.
Osnovna metoda za pripravo mikroporoznih polimernih materialov z uporabo nadkritične tekočine vključuje ustvarjanje visoko nasičene polimerne mešanice taline/plina in induciranje termodinamične nestabilnosti med postopkom hlajenja. Z nadzorovanjem parametrov, kot sta tlak in temperatura, se mikrocelične strukture tvorijo znotraj polimerne matrice, pri čemer se nadkritična tekočina deluje kot nuklealni medij. Ključni koraki v tem postopku so naslednji:
Sistem za nasičenost s polimerjem/plinom
Pri določeni temperaturi se uporablja ustrezna metoda za raztapljanje visokotlačnega, nereaktivnega plina (npr. CO2 ali N2) v polimer, ki tvori homogeni sistem nasičenosti s polimerjem/plinom. Koncentracija plina se običajno giblje od 5% do 20%. Difuzija plina znotraj polimera je počasna in jo je mogoče pospešiti s povečanjem temperature in tlaka.
Nukleacija
Z znižanjem tlaka in/ali zvišanjem temperature polimer/plinski sistem vstopi v termodinamično nestabilno stanje in postane prenasičen. To sproži homogeno in heterogeno nukleacijo, kar vodi do nastanka številnih plinskih mehurčkov.
Rast mehurčkov
Pretočni plin se razprši v mehurčke, zaradi česar rastejo in zmanjšajo prosto energijo sistema. Rast mehurčkov nadzirajo dejavniki, kot so čas, temperatura, prenasičenost, stres in viskoelastične lastnosti sistema.
Mikroporozna stabilizacija strukture
Metode, kot je gašenje, se uporabljajo za stabilizacijo strukture mehurčkov.
Enotni, visoko koncentracijski polimerni/plinski sistem in natančen nadzor nukleacije in rasti mehurčkov sta ključnega pomena za postopek. Mikrocelične pene, proizvedene, imajo običajno velikosti por, ki segajo od 5-30 μm. V primerjavi s tradicionalnimi listi iz pene so ti mikroporozni materiali 30% -40% višja natezna in tlačna trdnost za isto gostoto in jih je mogoče izdelati na obstoječih proizvodnih linijah. Kombinacija tehnologije nadkritične tekočine in plastičnega vbrizgavanja je neposredna proizvodnja mikroceličnih polipropilenskih injekcijskih izdelkov v resničnost.
Tehnologija polipropilena penjenja z visoko trdnostjo taline
Pri običajnem polipropilenskem penjenju se viskoznost močno zmanjša nad tališčem kristalizacije, kar otežuje nadzor temperature med ekstruzijo. Vendar mora polipropilen ohraniti zadostno pretočnost v ekstruderju, hkrati pa imeti ustrezno trdnost taline in elastičnost, da ohrani redno strukturo mehurčkov. Polipropilen z visoko trdnostjo taline je zato ključnega pomena v procesu penjenja.
Na primer, profax F814 smola, ki jo proizvaja tuja družba, ima dolge stranske verige, uvedene med post-polimerizacijskim postopkom, kar ji daje 9-krat večjo moč taline običajnih homopolimerov s podobnimi značilnostmi pretoka. Obnašanje mehurčkov v linearnem PP in razvejanem PP med penjenjem se močno razlikuje. Linearni PP ima visoko vsebnost odprtih celic, mehurčki pa se hitro združijo, tudi pod hitrim hlajenjem. V nasprotju s tem se razvejani PP ponavadi tvori strukture zaprtih celic z minimalnim združevanjem mehurčkov, zaradi česar je primeren za doseganje visoke trdnosti taline.
Tehnologija križno vezanega polipropilena
Nekatera podjetja so sprejela tudi procese navzkrižnega vezanja za proizvodnjo polipropilenskih penov, kot je mešanje PP s PE in navzkrižno povezovanje PE. Na primer, podjetje je razvilo mikro-prekrivano polipropilensko peno s postopkom z dvema stopnjama: najprej, ko je izklopilo 3 mm debelo trdno pločevino, nato pa jo prekrižalo s peroksidom ali obsevanjem in na koncu postavilo v žilo z visokim pritiskom (do 69 MPA) z N2, da bi prineslo N2. Ta metoda ima za posledico peno z 1 0% strukturo zaprtih celic in gostoto 0,3 g/cm³. Ta pena se uporablja v aplikacijah, kot so avtomobilski deli in športne izdelke.
Ključno pri tem postopku je navzkrižno povezovanje PP smole pred peno, kar zmanjšuje viskoznost taline in med peno zmanjšuje rupturo mehurčkov. Skrajne PP pene kažejo bistveno boljšo toplotno odpornost (30-50 stopinja višja) in učinkovitost termičnega lezenja (100-krat bolje) v primerjavi s penami, ki niso povezane s prekrižanimi povezavami. Vendar pa je PP-jeva velika kristalnost in težave pri navzkrižnem povezovanju prisotnih izzivov, ki zahtevajo natančen nadzor reakcijskih pogojev, da se zmanjša razgradnja.
Nukleatska sredstva pri peni
Izdelava mikroceličnih PP pene z običajnimi termoseti ali amorfnimi termoplastičnimi tehnologijami je težko zaradi nizke topnosti plina v kristalnem območju PP, ki omejuje nukleacijo in rast mehurčkov. Če dodate majhne količine natrijevega benzoata kot nukleatskega sredstva, lahko znižate površinsko napetost polimera, kar spodbuja nukleacijo mehurčkov. Vendar talk, ki tvori močno vez s PP, ni učinkovit kot nuklealno sredstvo in ga ne smemo uporabljati.