Устойчивые и безопасные пластификаторы
Так же, как и традиционные пластификаторы, устойчивые и безопасные пластификаторы могут облегчать обработку, экономить энергию и повышать эластичность готового продукта. Например: компания Danisco получила разрешение на использование и реализацию своего пластификатора на основе растительного масла Grindsted® Soft-N-Safe в странах Европейского Союза. Изготовленный из полностью затвердевшего касторового масла и уксусной кислоты, он пригоден для использования в целом ряде применений, имеющих контакт с пищевыми продуктами. В Danisco заявляют, что он не имеет вкуса и запаха, и что он способен подвергаться полному биологическому разложению. Пластификатор можно непосредственно использовать при производстве пластмассы, для этого не требуется никаких изменений оборудования.
В Научном комитете Европейской Комиссии по токсичности, экотоксичности и окружающей среде (CSTEE) считают, что "оценка риска дала достаточные основания для того, чтобы считать, что игрушки, пластифицированные с помощью ацетилтрибутилцитрата (ATBC), дети могут спокойно брать в рот".
Hexamoll Dinch представляет собой циклогександикарбоновую кислоту на основе диэфира, которая производится как устойчивый пластификатор компанией BASF. Разработка этого пластификатора для мягких компаундов PVC предназначалась для чувствительных применений, таких как медицинские устройства, которые были испытаны на безопасность и не дали никаких побочных воздействий или параметров, которые могли бы быть признаны опасными для людей.

Нефтяные масла

На рынке реализуются три типа нефтяных масел:
- Парафинистые
- Нафтеновые
- Ароматические
Некоторые масла могут быть просачивающимися, обесцвечивающими и/или создающими пятна. Нефтяные масла плохо подвергаются биологическому разложению, они могут вызывать раздражение, коррозию, быть вредными или канцерогенными. Рафинированные пластифицирующие масла могут быть менее токсичными или совсем не токсичными, но все же они плохо подвергаются биологическому разложению. Рецептуры промышленных масел не такие строгие, и классификация основывается только на общих тенденциях (см. Таблицу 2).

Таблица 2: Примеры классификации масел.

Приведенный ниже график 'Вязкость по Муни в зависимости от масла' дает примеры воздействия различного содержания одного и того же масла на одну и ту же рецептуру армированного EPDM.

Вязкость по Муни в зависимости от масла.

Мыла
Мыла использовались длительное время, но сегодня актуальны неметаллические или низко-металлические системы смазок, например: SXT 2000 и SXT 3000 от FERRO Corp., которая предлагает экструдеры для производства композитов из древесины и пластмассы (WPC):

- Существенно повышается производительность (почти в 1.5 раза по сравнению с традиционной производительностью, как показывают испытания некоторых заказчиков).
- Снижаются значения давление расплава и температуры обработки.
- Уменьшается вязкость.
- Экономия переменных затрат несмотря на затраты на добавку.

Внутренние смазочные вещества
Внутренние смазочные вещества могут функционировать в качестве веществ, улучшающих вязкость расплава, и повышающих производительность, в также средств, облегчающих разъем пресс-формы. Воздействие смазочных веществ Incromold & Incromax на технологические параметры полипропилена, армированного карбонатом кальция, или термопластического полиэфира, при таком низком содержании, как 0.25%, Incromold может дать:
- Повышение производительности на 10 - 30% в зависимости от скорости вращения шнека.
- Уменьшение усилия для разъема пресс-формы на 30 - 60% в зависимости от полимера и технологии.

Силоксаны
Силоксан, диспергированный в полимерном сырье, смазывает его, и позволяет выбирать одну из нескольких возможных стратегий: снижение энергопоглощения или снижение температуры пластификации, что снижает потребление тепловой энергии. Для экструзии и литьевого формования был проведен эксперимент (см. Таблицу 3).

Таблица 3: Экструзия полипропилена, модифицированного силоксаном.

Эксперименты с литьевым формованием показали, что длина спирали, которая впрыскивается в спиралевидную форму, увеличивается на 30 - 35 % за счет добавления 0.3 % силоксана в полипропилен.

Неорганические наполнители
Добавление ограниченного количества стеклянных шариков может уменьшить вязкость эпоксидной смолы на 20%.

Тальки могут действовать как вещества, улучшающие обрабатываемость, и как внутренние смазочные вещества.

Компания Saint Gobain Advanced Ceramics предлагает CarboGlide Boron Nitride в качестве вещества, повышающего обрабатываемость, для производства полиэтиленовой экструзионно-раздувной пленки. При концентрации всего в 100 промилле добавка улучшает экструзию и экономит энергию за счет:
- Повышения производительности;
- Снижения температур обработки;
- Снижения значений давления;
- Снижения коэффициента трения.

В Таблице 4 (Saint Gobain Advanced Ceramics) даны некоторые рабочие параметры полиэтиленовой экструзионно-раздувной пленки при содержании нитрида бора 100 промилле.

Таблица 4: Примеры некоторых рабочих параметров полиэтиленовой пленки с нитридом бора

Так, например, ChipCoolers использует небольшое содержание нитрида бора для повышения свойств текучести своего компаунда с рассеянием тепла на основе силоксана и серебра.

Органические наночастицы изменят реологию конструкционных термопластов
Компания BASF добавляет органические наночастицы (диапазон размеров 50 нм – 300 нм) для улучшения эксплуатационных характеристик текучести своего Ultradur PBT, сокращая продолжительность цикла на 20%. Более низкая вязкость означает, что формовщики могут использовать меньшее давление при инжекции и удержании, или же можно снизить температуру и сократить время удержания. В области производства автомобильных и электрических деталей продолжительность цикла сокращается, по крайней мере, на 20%, что позволяет окупить наценку на материал, составляющую 10%.

Усовершенствованные комплексы веществ, повышающих обрабатываемость
Нередко для оптимизации технологии и свойств необходимы усовершенствованные комплексы смазочных веществ, веществ повышающих обрабатываемость и т. д. Приведенный ниже график 'Производительность в зависимости от смазочного вещества' показывает производительность экструзии композита из древесины и пластмассы (WPC), изготовленного из полипропилена наполненного на 50% древесной мукой, с добавлением в состав от 1 до 2% STRUKTOL® SA-0012. При такой небольшой концентрации производительность увеличивается на 67%, общие затраты снижаются на 7%, а эстетические свойства повышаются.

Производительность в зависимости от смазочного вещества.

В некоторых отдельных исследованиях PLASTONE CONCENTRATES от POLYONE продемонстрировала уменьшение продолжительности цикла на 5 - 17 процентов при соответствующем энергосбережении.

Вещество, повышающее обрабатываемость, от Axel Plastics Research Laboratories Inc. MoldWiz INT-34DLK использовалось производителем для того, чтобы избавиться от перекоса, который возникал при формовании крупных деталей из ABS. Вместо того, чтобы снизить скорость инжекции, добавляли 0.3% MoldWiz INT-34DLK в смолу ABS, и решили проблему, получив возможность ускорить цикл впрыска, снизить энергозатраты и сэкономить на конечных затратах.

Nylostab S-EED от Clariant копирует структуру полиамида, улучшая обрабатываемость найлонов и стабильность расплава. Во время экструзии полиамида добавление 0.3% of Nylostab S-EED позволяет уменьшить ток двигателя на 30% для времени удержания, превышающего 5 минут. Кроме того, повышается теплостойкость.

Энергия является важной составляющей общих затрат на промышленные товары. Международная экономическая конкуренция, давление со стороны развивающихся стран, растущие цены на энергоносители, а также экологическое законодательство и требования не дают компаниям экономить на затратах, в особенности, в области энергопотребления. Энергопотребление зависит от реологии, температуры и давления обработки, а также установок и инструментария. Без каких-либо дополнительных капиталовложений использование добавок способствует энергосбережению за счет снижения вязкости, коэффициента трения, усилия отпускания и количества отходов.

Выбор здесь большой, начиная с выбора нужной марки соответствующего семейства полимеров. Предлагаются пластмассы и каучуки с различными молекулярными массами и химическими архитектурами, которые оказывают большое влияние на реологию и поведение расплава. Кроме основного способа, существует еще способ с добавлением целого ряда активных химических веществ или усовершенствованных комплексов, предназначенных для специальных применений.

На основании данных приведенных примеров диапазон экономии энергии или вязкости составляет от 5 до 60% при среднем значении 32%. На приведенном ниже графике 'Энергосбережение - Распределение' показано распределение экономии энергии и вязкости на основании данных приведенных ранее примеров.

Энергосбережение-Распределение.

Несмотря на то, что эти данные, несомненно, представляют интерес, необходимо рассмотреть и возможные побочные воздействия на непосредственные и долговременные свойства.

Майкл Байрон,
http://www.specialchem4polymers.com