Przykłady modyfikacji

termoplastów

Modyfikacja termoplastów

chemiczna

- kopolimeryzacja
- sieciowanie
- wprowadzenie grup funkcyjnych

na powierzchni lub w masie
materiału

- kontrolowana depolimeryzacja

fizyczna

- wprowadzanie napełniaczy,

pigmentów etc.

- mieszanie z innymi polimerami /

związkami małocząsteczkowymi

- nanoszenie cienkich powłok lub

trawienie wierzchniej warstwy
materiału

modyfikacja polimerów

Modyfikacja termoplastów

Główne cele modyfikacji polimerów:

•

Polepszenie/optymalizacja właściwości mechanicznych i termicznych

•

Poprawa odporności na działanie chemicznych i fizycznych czynników zewnętrznych

(rozpuszczalników, chemikaliów, czynników biologicznych –bakterii/grzybów,

promieniowania etc.)

•

Optymalizacja przetwarzalności

•

Optymalizacja właściwości barierowych lub izolacyjnych

•

Zmniejszenie palności tworzyw

•

Nadanie pożądanego koloru

Przykłady modyfikacji fizycznej tworzyw polimerowych

Zmiękczanie (plastyfikacja): istotą jest dodanie do polimeru substancji powodujących
obniżenie jego temperatury zeszklenia.

PLASTYFIKATORY

Ograniczona kompatybil-
ność z tworzywem. Sto-
sowane

jako dodatki

poprawiające elastycz-
ność w niskich tempera-
turach, uniepalniacze,
obniżenie kosztów stoso-
wania plastyfikatorów I-
rzędowych

Duża zdolność solwata-
cyjna, tworzą z polime-
rami układy homogeni-
czne

Rozcieńczalniki

Drugorzędowe

Pierwszorzędowe

PLASTYFIKATORY

Polimeryczne

Monomeryczne

Przykłady modyfikacji fizycznej tworzyw polimerowych

Zmiękczanie PVC

0

20

40

60

80

100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

Te

m

p

er

at

u

ra z

e

sz

kl

e

ni

a / °C

udzial PVC / % wag.

Właściwości mieszanin PVC z

polikaprolaktonem:

-

Estry kwasu ftalowego:
FDO

uniepalniacze

Estry kwasu fosforowego:
fosforan trójkrezylu

Absorbery UV

Epoksydowane oleje
roślinne: (sojowy, lniany)

uniepalniacze

Chlorowane węglowodory

Dodatki
sieciujące

Nienasycone monomery

Dodatkowe

funkcje

Plastyfikator

Przykłady modyfikacji fizycznej tworzyw polimerowych

Modyfikacja udarności:

PS – kopolimeryzacja lub fizyczne mieszanie z elastomerami: HIPS, ABS

Krople PS w
matrycy polibutadienu

Inwersja faz

Krople PB w matrycy PS

HIPS

Zmiany struktury
HIPS podczas syntezy

ABS

polimeryzacji

suspenyjnej

polimeryzacji

emulsyjnej

mechanicznego

mieszania

składników

ABS otrzymywany
różnymi metodami:

Przykłady modyfikacji fizycznej tworzyw polimerowych

Stabilizacja:

Środki pomocnicze stosowane do polepszenia odporności na starzenie i odporności na

działanie chemikaliów

antyutleniacze/ antyozonanty

Małocząsteczkowe związki chemiczne wchodzące w reakcję z tlenem lub wolnymi rodnikami.

fotostabilizatory

Związki chemiczne absorbujące światło w zakresie pasma widzialnego i UV bez rozpadu na
rodniki. Często wykorzystuje się pochodne benzofenonu.

termostabilizatory

Związki zapobiegające rozkładowi tworzywa pod wpływem temperatury. Szczególnie ważne w
przypadku polimerów zawierających chlorowce.

dezaktywatory metali

Związki o działaniu chelatującym.

O

O

O

OH

+h

ν

-

∆

Przykłady modyfikacji fizycznej tworzyw polimerowych

Modyfikacja chemiczna i fizyczna powierzchni:

a)

mechaniczna: abrazja - szlifowanie, polerowanie etc.

- metoda stosowana rzadko w skali technologicznej, zazwyczaj obróbce tego rodzaju
poddaje się do duroplasty lub tworzywa, których przetwarzanie klasycznymi metodami jest
utrudnione.

- zakres zastosowania: przygotowanie powierzchni do modyfikacji chemicznej lub fizycznej,
przygotowanie powierzchni do barwienia lub nanoszenia apretur. Metoda ta nadaje się tylko
do większych detali. Nieodpowiednia do włókien, cienkich folii etc.

b)

trawienie powierzchni lub nanoszenie powłok chemicznych w kąpielach lub metodami
„suchymi”.

- trawienie ma na celu rozwinięcie powierzchni poprzez jej chemiczną degradację lub
usunięcia jednej z faz materiału wielofazowego np. mieszaniny lub kopolimeru. Cel
modyfikacji jest podobny jak obróbki mechanicznej.

- nanoszenie powłok organicznych – apreturowanie - wykończenie poprzez zanurzenie w
kąpieli związków chemicznych (apretur) trwale wiążących się z powierzchnią materiału.
Zakres zastosowania: wyroby włókiennicze, papier, folie, skóry etc. Cele: nanoszenie
powłok ochronnych (UV, warunki atmosferyczne) antystatyzacja, estetyka (nadanie
połysku, hydrofobizacja, zabzpieczenie przed działaniem czynników biologicznych (grzyby,
bakterie, owady)

Przykłady modyfikacji fizycznej tworzyw polimerowych

Modyfikacja chemiczna i fizyczna powierzchni:

•Metalizowanie

Sn

2+

+2Ag

+

→ 2Ag

o

+

Sn

4+

Sn

2+

+Pd

2+

→ Pd

o

+ Sn

4+

trawienie ABS

uczulanie i aktywacja

Przykłady modyfikacji fizycznej tworzyw polimerowych

Modyfikacja chemiczna i fizyczna powierzchni:

•Nanoszenie powłok ceramicznych i polimerowych w procesach plazmowych i
wspomaganych plazmą

1.

Wytwarzanie cienkich warstw polimerowych na powierz-
chni innych polimerów, metali oraz materiałów ceramicz-
nych

(polimeryzacja plazmowa oraz polimeryzacja

inicjowana plazmą)

Przykłady: warstwy antyrefleksyjne i antystatyczne (szkła
optyczne, monitory CRT), warstwy hydrofobowe, włókna
światłowodowe, cienkie warstwy elektroizolacyjne, pp-styren –
izolator w bateriach jądrowych (Goodman, 1960)

2.

Nanoszenie cienkich powłok ceramicznych i metalicznych
na powierzchni materiałów polimerowych w celu nadania
im twardości, przewodnictwa elektrycznego, wytworzenia
warstwy półprzewodnika etc. (PA CVD)

Przykłady: ceramiczne warstwy ochronne na szkła organiczne,
nieorganiczne warstwy antyrefleksyjne, włókna światłowodo-
we, półprzewodniki, ogniwa słoneczne,

3.

Trawienie powierzchni mające na celu nadanie

wytworzenie określonej faktury powierzchni materiału

(plasma etching PE, reactive ion etching RIE).

Przykłady: mikroobwody drukowane (pamięci RAM)

Przykłady modyfikacji fizycznej tworzyw polimerowych

Modyfikacja chemiczna i fizyczna powierzchni:

•Nanoszenie powłok ceramicznych i polimerowych w procesach plazmowych i
wspomaganych plazmą

Podstawowe reakcje CVD

Piroliza: SiH

4

= Si + 2H

2

Redukcja: SiCl

4

+ 2H

2

= Si + 4HCl

Utlenianie: SiH

4

+ O

2

= SiO

2

+ 2H

2

Azotowanie: 3SiH

2

Cl

2

+ 4NH

3

= Si

3

N

4

+ 6HCl + 6H

2

Gazy używane w procesach CVD: amoniak, argon, arsenowodór (AsH

3

), diboran (B

2

H

6

), dichlorosilan, wodór,

chlorowodór, azot i jego tlenki, tlen, fosforowodór (PH

3

), silan (SiH

4

).

Przykłady modyfikacji fizycznej tworzyw polimerowych

Inne metody uszlachetniania i modyfikacji polimerów i tworzyw polimerowych:

•

uniepalnianie

•

antystatyzacja

•

barwienie

•

spienianie