Новые сорта вспененного полипропилена
Новые сорта пен из полипропилена низкой плотности с высокой упругостью расплава все больше отодвигают на второй план старые полимерные пены сделанные из полиуретана, полиэтилена и поливинилхлорида…
По сравнению с этими существующими пенами, полипропиленовые материалы обладают такими дополнительными качествами, как высокая термостойкость, высокая химическая устойчивость и отличные изолирующие свойства. Новые полипропиленовые пены также отличаются легким весом, высокой прочностью, устойчивостью к низким температурам и легкостью утилизации для повторного использования. Эти пены применяются в автомобильной, пищевой, упаковочной и строительной промышленностях.
Высокая упругостью расплава новых сортов полипропилена с наряду с их улучшенной способностью к растяжению являются ключевыми особенностями, которые позволяют им конкурировать на требовательном рынке вспененных материалов. В прошлом, чистый полипропилен невозможно было вспенивать, потому что любые образующиеся пузырьки разрушались, из-за чего снижалась упругость расплава полимера. Кроме того, низкая растяжимость обычного полипропилена затрудняла формирование пор в первую очередь. Единственным способом получения вспененного полипропилена для промышленного и бытового применения был способ смешивания старых марок полипропилена (ПП) с высокой упругостью расплава (high melt-strength - HMS) и полиэтилена полученного на основе металлоценовых катализаторов, термопластичными эластомерными полиолефинами (ТПО) или с винилэтилацетатом (ВЭА).
Преимущества полипропиленового вспененного материала
- экологические преимущества: возможность утилизации и повторного использования;
- возможность эксплуатации при высоких температурах, например, упаковка пригодная для разогревания в микроволновой печи, или материалы, используемые под капотом автомобиля;
- гидроизолирующая способность;
- электроизоляционные свойства;
- отличная способность к термоформованию с различной плотностью.
Тем не менее, за последние несколько лет производители модифицировали обычную линейную молекулярную структуру полипропилена, разработав марки HMS-ПП с необычно длинными боковыми цепями. Эти разветвленные полимеры имеют достаточную упругость расплава и растяжимость для изготовления из них 100% вспененного полипропилена, что уменьшает необходимость смешивания. По сравнению со смесями с неполипропиленовыми материалами эти гомополимерные HMS-ПП вспененные материалы, обладают необычайно низкой плотностью, к тому же они легко поддаются рециклингу, потому что они состоят из одного химического вещества. Однако новые марки разветвленных HMS-ПП можно смешивать с другими полипропиленами, или с другими полиолефинами для получения особых свойств, необходимых в специальных случаях.
Свойства вспененных материалов
Свойства новых разветвленных вариантов HMS-ПП и стандартных ПП значительно отличаются друг от друга. Например, исследователи из Университета Торонто (Рейчелт с сотрудниками) сообщили, что один высоко разветвленный материал (Daploy WB130HMS) имел упругость расплава в 6 раз больше, чем стандартный блоксополимер ПП (BC250MO). В то же время, растяжимость разветвленного HMS-ПП была почти на 70% больше, чем растяжимость обычного ПП.
Таблица 1. Сравнение свойств полипропилена высокой упругости расплава со стандартным полипропиленом.
Характеристики | HMS-ПП | ПП блоксополимер |
| Производитель | Borealis | Borealis |
| Торговая | WB130HMS | BC250HMO |
| MFR230/216 (средняя скорость течения при температуре 216-230°С) | 2 г/10мин | 4 г/10мин |
| Упругость расплава | 34 cN | 5.3 cN |
| Растяжимость | 224 мм/с | 133 мм/с |
| Модуль упругости при растяжении | 2000 MPa | 1250 MPa |
| Предел текучести | 6% | 6% |
| Удлинение при разрыве | 12% | 460% |
Плотность новых классов вспененных материалов из HMS-ПП обычно меньше 0,1 г/см³, и может быть до 0,03 г/см³. Смешивание этих вспененных материалов со стандартными классами полипропиленов или с другими полиолефинами повышает их плотность.
Некоторые марки HMS-ПП для вспененных материалов являются достаточно жесткими (неэластичными). Но, один из недавно представленных полипропиленовых материалов (Daploy WB260HMS от Borealis) имеет жесткость, равную только половине жесткости первоначально полученных марок HMS-ПП, и он предназначен для применения в мягких пенопластах. По заверениям производителей эту марку также можно смешать с широким диапазоном полипропиленов или с другими полиолефинами для создания вспененных материалов с широким диапазоном физических свойств.
Таблица 2. Свойства типичной коммерческой марки полипропилена HMS-ПП (Profax PF-814), используемой для вспенивания.
Типичные свойства | Методы | Значения, единицы измерения |
| Физические | ||
| Плотность при 23°C | ASTM D 792 | 0,902 г/см³ |
| MFR (средняя скорость течения) при 230°С | ASTM D 1238 | 2,49 г/10 мин |
| Механические | ||
| Прочность на разрыв (50 мм/мин) | ASTM D 638 | 35,9 МПа |
| Модуль упругости при изгибе | ASTM D 790 | 1450 |
| Упругость при удлинении | ASTM D 638 | 9,0% |
| Удар | ||
| Ударная прочность по Изоду с надрезом (23°C) | ASTM D 256 | 48,0 Дж/м |
| Термические | ||
| DTUL при 455 кПа - неотожженный | ASTM D 648 | 110°C |
Переработка
Некоторые из разветвленных HMS-ПП могут быть вспенены с применением физического агента такого, как бутан или углекислота, и химических агентов. Для изготовления некоторых продуктов могут использоваться оба метода.
Новые полипропиленовые материалы могут быть преобразованы во вспененные листы на стандартном оборудовании для экструзии. Но тип оборудования нужно выбирать в зависимости от того, какая плотность материала нужна. Например, для плотности 0,4 г/см³ производитель сильно разветвленного HMS-ПП, Basell, рекомендует экструзию с плоской матрицей. Более низкая плотность материала требует использования оборудование с кольцевым соплом для формования.
Таблица 3. Рекомендуемые методы обработки одной из марок HMS-PP (Profax PF-814) в зависимости от нужной плотности.
Плотность | Технология производства листового пенопласта | |
| Экструзия | Расширение | |
| Высокая | Обычные кромки для обработки листа с щелевыми экструзионными головками | Химические вещества или непосредственная обработка газом CO2 |
| Низкая | Линии, специально спроектированные для пены низкой плотности, с кольцеобразным соплом и охлаждением | Низкокипящие жидкости (углеводороды) |
Самые новые продукты из HMS-ПП имеют более низкий температурный режим обработки, чем прежние. Компания Borealis, например, сообщает, что их марка Daploy WB260HMS имеет оптимальный температурный режим обработки, который на 20°C ниже, чем у традиционного HMS-ПП. Более того, диапазон условий обработки новых материалов значительно шире, чем у ранее конкурирующих полипропиленовых материалов. Оба фактора делают новый продукт более удобным для переработчиков и таким образом конкурентоспособным по сравнению с другими мягкими пенами, включая полиуретаны, полиэтилены и поливинилхлориды.
Применение
По информации Borealis мировой рынок экструдируемых полипропиленовых пен низкой плотности рос со скоростью 20% в год. Этот рост приписывают устойчивости вспененных материалов к высокой температуре, хорошей сопротивляемости действию различных химикатов и улучшенным механическим свойствам.
Главные рынки для полипропиленовых пенопластов низкой плотности:
Упаковка пищи, таких, как термоформуемая тара для мяса, сосисок и сыра.
Конструктивные, практически изолирующие материалы.
Автомобилестроение, особенно внутри автомобилей.
Защитная упаковка для транспортируемых материалов.
Рис. 1. Мягкий пенопласт из полипропиленовой пены с высокой упругостью расплава (Daploy WB260HMS) имеет широкий диапазон применения, начиная от автомобильных сидений и ударных прессов до спортивной обуви, конструктивных и защитных упаковок.
Другая область применения – это контейнеры для разогревания пищи в микроволновых печах, амортизация, защитные изолирующие наклейки, уплотнения и прокладки в пробках для бутылок, промышленная изоляция, флотационные материалы, и уплотнения.
Облегчить вес упаковочных лотков на 40% можно, используя заменив твердый полипропилен на пеннополипропилен низкой плотности. Результатом этой замены также является рост продуктивности примерно на 25% в термоформировании лотков, согласно данным Basell.
Смеси
Благодаря смешиванию новых марок разветвленных HMS-ПП с другими полиолефинами, пригодными для экструзии, возникают возможности появления новых комбинаций свойств. Количество HMS-ПП в смеси можно менять от 10% до 90%, в зависимости от желаемой плотности. (Чем больше количество HMS-ПП присутствует в смеси, тем меньше плотность.)
Рис. 2. Влияние содержания полипропиленовой пены (Profax PF-814) в смеси с другими полипропиленами на общую плотность пенопласта.
Смешивание HMS-ПП материалов со стандартными гомополимерами полипропилена увеличивает жесткость композиции. Добавление блок-сополимеров полипропилена увеличивает сопротивление разрушению при резком снижении температуры и прочность HMS-ПП. Добавление небольшого количества статистического сополимера полипропилена к HMS-ПП дает мягкие пенопласты. Если добавить в смесь металлоценовый полиэтилен, термопластичные эластомеры или винилэтилацетат, то мягкость пен из HMS-ПП увеличится, как и устойчивость к низкой температуре.
Факторы облегчения веса, пригодности к переработке и более широкий диапазон свойств заставляют развиваться и без того быстрорастущий рынок HMS-ПП. Новый материал – HMS-ПП высоко разветвленный полимер с длинными боковыми цепями может быть вспенен без необходимости смешивания с другими полимерами. Но переработчики зачастую видят преимущества смесей, когда ищут пенопласт со специальными свойствами, такими, как высокая мягкость, низкая плотность и высокая прочность. Как результат, HMS-ПП бросают вызов полиуретанам, полиэтиленам и поливинилхлоридам в упаковочной, автомобильной и пищевой промышленности.