Пластикация полимеров

ПЛАСТИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ, технол. процесс обработки полимеров, в результате к-рого облегчается их дальнейшая переработка.

Различают два способа пластикации -механический и термоокислительный (без мех. воздействия). Осн. значение в пром-сти имеет мех. способ. Подводимая к полимеру мех. энергия вызывает гл. обр. деструкцию макромолекул (см. Деструкция полимеров), скорость и глубина к-рой определяются хим. природой полимера, его мол. массой и структурой, т-рой и интенсивностью мех. воздействия и оценивается по уменьшению степени полимеризации (величины мол. массы) или по изменению пластоэластич. характеристик (см. Реология). При повышении т-ры скорость и глубина деструкции проходят через минимум. В зависимости от типа полимера существует определенный температурный диапазон, в к-ром пластикация полимера минимальна; т-ра, соответствующая такой пластикации, наз. т-рой макс, стабильности при сдвиге (Т_ст.сдв.) и составляет (⁰C): для натурального и изопренового (СКИ) каучуков 80-115, для цис-бутадиено-вого (СКД) 20-120, стирольного (CKC) 60-120, этилен-пропиленового каучука (СКЭПТ) 85-155, полихлоропрена 100-110, полиизобутилена 110-140, поливинилхлорида 195, полистирола 180-260, полипропилена >215, полиметилме-такрилата 140.

В области т-р ниже Т_{ст. сдв.} под действием мех. напряжений происходит деструкция преим. в средней части макромолекулы; при этом процесс идет до нек-рого предельного значения мол. массы, к-рое зависит от подвижности макромолекул и интенсивности мех. воздействия. Скорость и глубина деструкции в этой области т-р при одинаковой интенсивности мех. воздействия возрастает с уменьшением гибкости макромолекул, увеличением межмол. взаимод., содержания боковых и функц. групп. Деструкция приводит к уменьшению полидисперсности полимеров с широким MMP и к увеличению полидисперсности в случае полимеров с узким MMP. Образующиеся в результате деструкции макрорадикалы взаимод. с O₂ воздуха, молекулами полимера, акцепторами своб. радикалов, стабилизируются диспропор-ционированием или рекомбинируют. В области т-р выше Т_{ст. сдв.} доминирующим фактором становится термоокислит. и термич. деструкция полимеров, при к-рых места разрыва макромолекул определяются положением химически активных центров и отбираются по закону случая.

Для ускорения пластикации применяют хим. ускорители - в-ва, являющиеся ингибиторами (акцепторами) своб. радикалов и промоторами окисления. Осн. ускорители пластикации-пентахлор-тиофенол (ренацит V) и его цинковая соль (ренацит IV), о,о'-дибензамидодифенилдисульфид (пептон-22) и о,о'-бенз-амидотиофенолят Zn (пептон-65), бис-(2,4,5-трихлорфенил)ди-сульфид (бистри), фенилгидразин, каптакс, альтакс, гуанидин и др. в-ва в кол-ве 0,05-3,5% по массе. Все ускорители наиб. эффективны при т-рах выше 60-80⁰C.

При термоокислительной пластикации изменение пластоэлас-тич. св-в полимеров обусловлено термоокислит. деструкцией макромолекул. В условиях пластикации одновременно, но с разл. скоростями развиваются деструкция и сшивание макромолекул: на первых стадиях пластикации превалирует первый, на более поздних - второй процесс. Сшивание, наиб. отчетливо проявляющееся при малых концентрациях O₂ и высоких т-рах, тормозится при введении в полимер антиоксидантов, а также при снижении т-ры (в пределах, не вызывающих резкого замедления деструкции).

По технологии проведения процесса различают пластикацию каучуков и пластмасс. Цель пластикации каучуков-уменьшение их высо-коэластич. (обратимой) и увеличение пластич. (необратимой) деформации, что необходимо для облегчения смешения с ингредиентами и формования изделий. Наиб. значение пластикация имеет при переработке HK. Пластикации подвергают также нек-рые каучуки синтетические. Совр. марки CK, как правило, не требуют пластикации, т. к. их пластич. св-ва (мол. массу) регулируют в ходе синтеза.

Проводят пластикацию HK в червячных пластикаторах, резино-смесителях или на вальцах при т-ре выше или ниже Т_{ст. сдв.} . Поскольку вследствие саморазогрева материала пластикация наиб, интенсивно происходит в первые 10-15 мин обработки, процесс проводят в одну, две или три стадии с "отдыхом" (6-8 ч) и охлаждением после каждого цикла. В соответствии с этим различают и продукты одно-, двух- и трехразовой пластикации-пластикаты П-1, П-2 или П-3, имеющие пределы пластичности 0,21-0,30, 0,31-0,40, 0,41-0,50 соответственно. Пластикаты П-1 и П-2 получают обычно, пропуская каучук через червячную машину при т-ре в цилиндре машины 60-70⁰C, в головке цилиндра 105-115⁰C с охлаждением водой и отдыхом 3-8 ч. Пластикаты, полученные в червячной машине, м. б. на послед, стадиях подвергнуты обработке в резиносмесителе (8-16 мин, 120-180⁰С) или на вальцах (12-24 мин, 50-55⁰C). Применяют также пластикацию в резиносмесителе в одну стадию (13-18 мин) с послед. доводкой каучука до требуемой пластичности (0,3-0,5) при обработке на вальцах при 60-80⁰C. Использование ускорителей пластикации позволяет сократить продолжительность процесса в 2-2,5 раза. Техн. марки HK (напр., SMR) пластицируют обычно в резиносмесителе в присут. ускорителей в течение ~ 2 мин при 155-170⁰C, часто совмещая с послед. смешением.

СКИ при необходимости пластицируют в резиносмесителе в течение 1-10 мин в присут. ускорителей или на вальцах, бутадиен-нитрильные каучуки-на вальцах (25-40⁰C, 20-40 мин), хлоропреновые каучуки серного регулирования - на вальцах или в резиносмесителе при т-ре ниже 100⁰C.

Термоокислительную пластикацию (без мех. воздействия) в пром. масштабе используют гл. обр. для обработки жестких бута-диен-стирольных каучуков. Оптим. условия такой пластикации, к-рую проводят в котлах с циркуляцией воздуха,-130-140 ⁰C, 0,25-0,4 МПа, 60-80 мин (без мех. воздействия).

Пластикация пластмасс связана с их размягчением (плавлением) в условиях, максимально предотвращающих деструкцию. Обычно процесс проводят в обогреваемых пластицирующих узлах (пластикаторах) литьевых машин червячного и плунжерного типов. Давление расплава на выходе из червячного агрегата должно быть <35 МПа. Условия пластикации для полистирола 218-232⁰C, 7-18 МПа, для полипропилена 232-240⁰C, 20-30 МПа, АБС-пластика 204-232⁰C, 3,5-7 МПа, полиэтилена низкого давления 232-246 ⁰C, 20-25 МПа, поли-амида-6,6 266-277⁰C, <35 МПа; т-ра зон плавления и дози-рования пластмасс должна быть на 28-45⁰C ниже, чем на выходе из червячного агрегата.

Лит.: Симионеску К., Опреа К., Механохимия высокомолекулярных соединений, пер. с рум., M., 1970; Барамбойм H. К., Механохимия высокомолекулярных материалов, 2 изд., M., 1971; Торнер P. В., Основные процессы переработки полимеров, M., 1972; Соболев В. M., Бородина И. В., Промышленные синтетические каучуки, M., 1977; Кошелсв F. F., Корнев A. E., Буканов A. M., Общая технология резины, 4 изд., M., 1978; Казале А., Портер Р., Реакции полимеров под действием напряжений, пер. с англ., Л., 1983. Ф. E. Куперман.