Kalsiyum karbonat takviyeli modifiye polietilen (PE) için daha fazla optimizasyon planı

Polietilen (PE), endüstriyel üretimde en çok dikkat çeken plastiklerden biridir. Mükemmel düşük sıcaklık dayanımı, çoğu asit ve alkali korozyonuna karşı direnç, iyi kimyasal kararlılık, hızlı kalıplama ve güçlü işlenebilirlik gibi avantajlara sahiptir. Ambalaj, yapı malzemeleri, otomotiv, biyoloji ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, düşük ısı direnci ve nispeten düşük mekanik özellikler gibi dezavantajları nedeniyle daha fazla uygulaması sınırlıdır.

Ultra ince CaCO3, küçük parçacık boyutuna ve iyi dağılıma sahiptir. Plastiklerdeki gözenekleri ve boşlukları azaltma ve plastiklerin büzülmesini daha homojen hale getirme avantajlarına sahiptir. Polietilen, polistiren, polivinil klorür ve polipropilen gibi plastiklere dolgu maddesi olarak kullanılır. Diğer plastikler arasında, plastik ürünlerin sertliğini, boyutsal kararlılığını ve rijitliğini artırabilir.

Ancak, çok sayıda çalışma, modifiye polimerleri doldurmak veya diğer malzemeleri modifiye etmek için yalnızca kalsiyum karbonat veya diğer dolgu maddelerinin kullanılmasının genellikle en iyi sonuçları vermediğini ve performans iyileştirmesinin nispeten basit olduğunu göstermiştir. Çeşitli metalik olmayan mineral tozlarının bileşik modifikasyonu genellikle daha iyi etkilere sahiptir ve malzemelerin genel performansını iyileştirebilir. Günümüzde bu konuda giderek daha fazla araştırma uygulaması yapılmaktadır.

Yang Changyou ve diğerlerinin araştırmaları, nano-CaCO3'ün polietilen kompozit malzemelerin uyumluluğunu ve termal kararlılığını iyileştirebileceğini ve şeker kamışı posası lifinin (BF) kompozit malzemelerin kristalliğini ve tokluğunu artırabileceğini göstermiştir. Her ikisi de kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini ve performansını etkili bir şekilde iyileştirebilir.

01 Polietilenin (PE) Sınıflandırılması

Polietilen (PE), kimyasal yapısına, bağıl moleküler ağırlığına ve polimerizasyon yöntemine göre sınıflandırılır. Esasen üç kategoriye ayrılabilir: düşük yoğunluklu polietilen (LDPE), yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve doğrusal düşük yoğunluklu polietilen (LLDPE).

▷Düşük yoğunluklu polietilen

LDPE, geniş bir bağıl moleküler ağırlık dağılımına, düşük kristalliğe sahiptir ve kayma incelmesine karşı hassastır. Kalıplama işlemi sırasında gerilme sertleşmesi oluşturabilir, bu nedenle LDPE iyi optik özelliklere ve işlenebilirliğe sahiptir. Kristal bölgenin Young modülü amorf bölgeninkinden çok daha yüksek olduğundan, LDPE'nin sertliği ve çekme dayanımı daha düşüktür, ancak tokluğu ve kopma uzaması daha yüksektir.
LDPE esas olarak plastik ambalaj poşetlerinde, tarım filmlerinde, enjeksiyon kalıplama ürünlerinde vb. kullanılır.

▷Yüksek yoğunluklu polietilen

HDPE boru ekstrüzyon hattı Yüksek tokluk, rijitlik ve mekanik özelliklere sahip olmasına rağmen, kolayca eskir ve deforme olur ve yüzey sertliği düşüktür. HDPE borularda, enjeksiyon kalıplamada, şişirme kalıplamada, balık ağlarında, halatlarda, ambalaj filmlerinde ve diğer ürünlerde kullanılabilir. HDPE iyi bir yalıtım özelliğine sahiptir ve teller ve kablolar için sargı malzemesi olarak, ayrıca bazı ev aletlerinin gövdelerinde kullanılabilir.

▷Doğrusal düşük yoğunluklu polietilen

LLDPE, son yıllarda hızla geliştirilen yeni bir polietilen türüdür. Etilen ve bir olefinin kopolimeridir. Düşük yoğunluklu polietilen ile karşılaştırıldığında, lineer düşük yoğunluklu polietilen benzer görünüme, iyi yüzey parlaklığına, daha iyi düşük sıcaklık direncine sahiptir, ancak şeffaflığı düşüktür. LLDPE şu anda film, kalıplama, boru ve tel-kablo dahil olmak üzere neredeyse tüm geleneksel polietilen pazarlarına nüfuz etmektedir.

02 Polietilenin (PE) Modifikasyonu

Tek katmanlı polietilen, yetersiz ısı yaşlanma direnci, düşük sıcaklık ortamlarında kırılganlık, düşük sertlik ve zayıf darbe dayanımı gibi mekanik özelliklere sahiptir. Bu nedenle, modifikasyon işlemi hedef odaklı olmalıdır.

Şu anda, polietilenin modifikasyonu esas olarak iki modifikasyon yöntemini içermektedir: kimyasal modifikasyon ve fiziksel modifikasyon. Fiziksel modifikasyonda, dolgu ile güçlendirilmiş modifikasyon, polietilenin belirli özelliklerini iyileştirmek veya polietilene yeni özellikler kazandırmak için polietilene modifiye ediciler eklenerek ve karıştırılarak hazırlanan bir karışım veya kompozit malzemedir.

Günümüzde yaygın olarak kullanılan inorganik dolgu maddeleri arasında başlıca kalsiyum karbonat, kuvars tozu, odun unu lifi, pirinç samanı/şeker kamışı lifi, silika, kılçıklar, cam elyafı, kaolin, cam boncuklar, talk, grafit, karbon nanotüpler vb. yer almaktadır. Bu tür takviye edici dolgu maddelerinin polietilene eklenmesiyle maliyetler düşürülebilir ve ürünün sertliği, mukavemeti, boyutsal kararlılığı, ısı direnci, manyetizma, iletkenlik ve diğer özellikleri iyileştirilebilir.

Prensibi incelendiğinde, inorganik parçacıkların yüksek ısı direnci ve mukavemete sahip olduğu ve polietilenin kristalleşme sürecinde büyük etkiye sahip olduğu görülmektedir. İnorganik çekirdeklenme ajanları olarak, polietilen reçinesinin mukavemetini, sertliğini ve ısı direncini ve diğer önemli göstergelerini doğrudan etkileyebilirler.

03 Kalsiyum karbonat modifiye

Çok yönlü bir inorganik dolgu maddesi olan kalsiyum karbonatın, polimer malzemelerle birlikte kullanıldığında iki dezavantajı vardır:

Bir yandan yüzey hidrofilik ve oleofobiktir, güçlü bir polariteye sahiptir; bu durum, organik gövdenin hidrofobik ve oleofilik düşük polaritesinin aksine, polimer matrisiyle birleşmeyi zorlaştırır;

Öte yandan, kalsiyum karbonatın polimerlerle bağlanma kuvveti zayıftır ve yalnızca çözünme rolü oynayabilir. Aşırı kalsiyum karbonat, polimer malzemelerin performansında önemli bir düşüşe neden olarak ürünlerin üretimini ve işlenmesini zorlaştırır.

Pratik uygulamada, kalsiyum karbonat ile polietilen arasında iyi bir arayüzey bağının olması, kalsiyum karbonatın parçacık boyutunun küçük ve dağılabilirliğinin iyi olması gerekmektedir. Bu nedenle, kalsiyum karbonatın modifiye edilmesi şarttır.

Kalsiyum karbonat, titanat bağlayıcı madde ile modifiye edilir. Bağlayıcı maddedeki alkil grubu, modifikasyon işlemi sırasında kolayca hidrolize olur ve kalsiyum karbonat yüzeyindeki -OH gruplarıyla birleşerek kalsiyum karbonatın yüzey özelliğini hidrofobik hale getirir; bu üç yapı, polimerle iç içe geçebilir veya kimyasal olarak birleşebilir, böylece kalsiyum karbonat ile polimer arasındaki arayüz uyumluluğu ve kalsiyum karbonatın sistemdeki reolojisi ve dağılım stabilitesi iyileştirilir, bu da mekanik özellikleri ve mekanik özellikleri geliştirir.

Titanat bağlayıcı ajanın modifikasyon prensibi

04 İnorganik toz dolgulu modifiye polietilen

Zuo Yinze ve arkadaşları, dolgu maddesi olarak CaCO3 ve SiO2'yi modifiye etmek için sırasıyla titanat bağlayıcı ajan (KH101) ve silan bağlayıcı ajan (KH570) kullandılar ve HDPE'yi matris olarak kullanarak ikili ve üçlü PE kompozit malzemeler ürettiler. Araştırma, modifiye edilmiş nanopartiküllerin matris içindeki dağılımının iyileştirildiğini, kümelenme olgusunun azaldığını ve ikili kompozitlerin çekme dayanımı ve darbe dayanımının CaCO3 ve SiO2 içeriğinin artmasıyla önce arttığını ve sonra azaldığını göstermektedir. SiO2 katkı miktarı %7 olduğunda, PE/SiO2 kompozit malzemenin genel performansı en iyidir; CaCO3 katkı miktarı %15 olduğunda, PE/CaCO3 kompozit malzemenin genel performansı en iyidir. PE/CaCO3/SiO2 kompozit malzemelerde, kalsiyum karbonat ve SiO2 katkı miktarları sırasıyla %25 ve %7 olduğunda, çekme dayanımı ve çentikli darbe dayanımı sırasıyla %17.6 ve %34.5 artar, bu da sinerjik bir etki sağlar ve daha iyi sonuçlar elde edilmesini sağlar. Genel performans.

Zhou Lin ve diğerleri, nano-kalsiyum karbonatın SBS/HDPE ile karıştırılmasıyla yüksek performanslı kompozit malzemeler geliştirdi. Araştırma, nano-kalsiyum karbonat ve SBS/yüksek yoğunluklu polietilen karışımlarının darbe dayanımı, çekme dayanımı ve kopma uzamasının nano-kalsiyum karbonat miktarının artmasıyla arttığını gösterdi. Kütle oranındaki değişimlerin tümü, aşağı doğru açılan parabolik bir değişim göstermektedir. Karışımların darbe özellikleri, çekme dayanımı ve kopma uzaması temelde eş zamanlı olarak değiştiğinden, nano-kalsiyum karbonatın karışımları hem sertleştirebileceği hem de güçlendirebileceği sonucuna varılabilir. Karışımın genel performansı, nano-kalsiyum karbonatın kütle oranı karışımın toplam kütlesinin %15'ine ulaştığında en iyi seviyeye ulaşır.

Zhang Xiaoqian ve arkadaşları, CaCO3 liflerini odun unu ve HDPE ile farklı oranlarda karıştırarak CaCO3/HDPE/odun unu kompozit malzemeleri hazırladılar. Araştırmaları, CaCO3 katkı miktarının %7 olduğunda çekme dayanımının 28.3 MPa'lık en yüksek değere ulaştığını göstermektedir. HDPE/odun tozu kompozit malzemesiyle (19.7 MPa) karşılaştırıldığında, çekme dayanımı %43.7 artarken, eğilme ve darbe dayanımı sırasıyla %19.2 ve %20.1 artmıştır.