Химия и химические технологии.

Пластмассы, полимерные и синтетические

 материалы и их производство

 

К.т.н. Салахов И.И., д.т.н. Борейко Н.П., Шайдуллин Н.М.,

Борисенко В.Н., Фатыхов М.Г.

ОАО "Нижнекамскнефтехим", г. Нижнекамск, Россия

Применение фторсодержащих добавок в процессе

экструзии высокомолекулярного полипропилена

 

При получении высокомолекулярных (с низким показателем текучести расплава) марок полимеров, в частности полипропилена (ПП), наблюдается увеличение давления  на фильеру экструдера, что вызывает повышение нагрузки на его электродвигатель и приводит к преждевременному износу оборудования. С целью предотвращения подобных последствий возникает необходимость снижения производительности экструдера, а это отрицательно влияет на экономические показатели производства. Уменьшение давления на элементах экструдера и повышение производительности оборудования можно добиться введением процессинговых добавок, которые позволяют существенно улучшить процесс получения и переработки полимеров.

Как известно, введение в полимер небольшого количества процессинговых добавок, таких как амфифильные жирные кислоты: карбоновые кислоты, стеараты и амиды [1,2], а также небольшого количества фторэластомеров, способствует улучшению скольжения расплавов полиолефинов [3]. Преимуществами фторсодержащих добавок (ФСД) являются стойкость к воздействию тепла, благодаря чему предотвращается образование нагара на формообразующем инструменте, высокая химическая инертность и низкое поверхностное натяжение, что облегчает миграцию добавки на внутреннюю часть экструдера [4]. В промышленном отношении, применение фторполимерных технологических добавок в полипропилене и других полимерах на основе олефинов не является распространенным, по сравнению с производством полиэтилена. В случае с полипропиленом, сдвиговое разжижение и разрушение снижают вязкость расплава полимера, делая его менее податливым для разрушения расплава. Тем не менее, применение ФСД может эффективно использоваться для снижения давления при экструзии, что увеличит пропускную способность и исключит накопление материала на мундштуке (экструзионной головки).

Настоящая работа посвящена исследованию влияния процессинговых добавок на основе фторполимера (3MTM Dynamar TM Polymer Processing Additives FX 5911, 3MTM Dynamar TM Polymer Processing Additives FX 9613) на экструзию высокомолекулярных марок полипропилена.

Свойства процессинговых добавок "Dynamar FX 5911Х" и "Dynаmar FX 9613" представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Физико-химические свойства продуктов "Dynamar FX 5911Х" и "Dynamar FX 9613"

№ п/п

Наименование показателя

Dynamar FX 5911Х

Dynаmar FX 9613

1

Основное вещество

100 %

фторопласт

100 %

фторопласт

2

Температура плавления, °С

110-126

отсутствует, т.к. температура стеклования менее 0°С

3

Температура начала термического разложения, °С

417

466,5

4

Показатель текучести расплава, г/10 мин (265°С, 5 кг)

5,0-14,0

отс.

 

Для лабораторных испытаний процессинговых добавок использовались образцы полипропилена с промышленной установки: марка гомополипропилена РР 1532B c ПТР = 0,2 г/10мин (при 2,16 кг/230 °С) и марка блоксополимера пропилена с этиленом РР 8300G c ПТР = 1,2 г/10мин (при 2,16 кг/230 °С). Полимер заправили смесью фенольного антиоксиданта и фосфитного термостабилизатора, а также антацидом (стеаратом кальция) для защиты полимера от воздействия остаточных кислот. Далее в контрольные образцы в разных количествах (до 900 ppm масс.) вводили процессинговые добавки и испытывали их на одношнековом лабораторном экструдере фирмы "Brabender".

Параметры экструзии оценивались по производительности, давлению расплава полимера на фильеру экструдера, вязкости расплава и напряжению сдвига. Скорость двигателя лабораторного экструдера и температуру процесса выдерживали на постоянном уровне.

Введение процессинговой добавки "Dynamar FX 5911Х" в количестве 300-900 ppm масс. в расплав полипропилена с ПТР 0,2 г/10мин приводит к изменению режимных параметров экструзии: снижению давления на фильере на 5,0 % и повышению производительности на 8,5 %.

Применение добавки "Dynаmar FX 9613" также оказывает положительное влияние на процесс экструзии. Ввод процессинговой добавки в полимер в количестве 300-900 ppm масс. позволяет снизить давление на фильере на 6,3 %, вязкость расплава на 4,6 % и напряжение сдвига расплава на 6,3 %.

По-видимому, наблюдаемые эффекты обусловлены образованием динамического покрытия на внутренней поверхности и формообразующей головке экструдера, которое уменьшает силу трения между расплавом полимера и поверхностью экструдера.

Полученные результаты послужили основанием для проведения испытания продукта "Dynamar FX 5911Х" в производстве полипропилена на заводе Полиолефинов ОАО "Нижнекамскнефтехим". Показано, что фторсодержащая добавка позволяет увеличить производительность промышленного экструдера.

Таким образом, результаты лабораторных испытаний показали, что продукты "Dynamar FX 5911Х" и "Dynаmar FX 9613" эффективны и позволяют облегчить процесс экструзии высокомолекулярных марок полипропилена. В промышленных условиях подтверждена эффективность фторсодержащей добавки "Dynamar FX 5911Х".

Образцы процессинговых добавок для испытаний предоставлены компанией "3М Россия".

Литература

1. S. Ahn and J.L. White, Int. Polym. Process.,18,243 (2003)

2. Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины / пер. с англ. яз. под ред. Е.С. Цобкалло.  - Спб. : Профессия, 2007. – 256 с.

3. Lee and J.L. White, Nihon Reoroji Gakkaishi, 29, 39 (2001)

4. Ссылка в интернете http://www.polymery.ru/letter.php?n_id=1913&cat_id=3