Przykłady modyfikacji
termoplastów
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