Материаловедение Лекция 3 Основные типы

Материаловедение Лекция 3

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Полистирол (ПС, PS) – (- СН 2 – СН - )n Получают методами: 1. Термополимеризацией (блочный полистирол) – аморфная структура, 2. Стереоспецифическая полимеризация – кристаллический полимер

Свойства полистирола n Жесткий; n Хрупкий; n Невысокие защитные свойства; n Невысокая теплостойкость; n Склонность к старению и образованию трещин.

Виды полистирола Полистирол Ударопрочный – Двуосно- Вспененный – блоксополимер ориентированный- более Блочный стирола с менее хрупкий декоративный каучуком (УПС) АБС – пластики - сополимеры полистирола с акрилонитрилбутадиеном • повышенная химическая стойкость и светотермостабильность; • высокая прочность; • низкие диэлектрические свойства

Свойства полистирола Тип Разрушающее Относит. Стойкость к Поверхност- полимера напряжение при Удлинение при распростра- ное натяжение, растяжении, разрыве, нению м. Н/м МПа % надрыва, г Двуосно- ориентирова 56 - 84 3 -4 5 33 - 36 нный Вспененный 21 - 63 2 -8 - «

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Полиамиды – (ПА, РА) - ОС – (СН 2)m – СОNH – (СН 2)n – NH – Относятся к полимерам с кристаллической структурой и полужесткими цепями, между группами СО и NH разных макромолекул возникают водородные связи

Свойства полиамидов n Температура плавления 210 - 264ºC; n Высокая прочность; n Высокая теплостойкость; n Низкий коэффициент трения; n Стойкие к истиранию; n Ударопрочные; n Способны поглощать вибрацию; n Склонны к старению; n Некоторая гигроскопичность.

Свойства полиамидов Тип Разрушающее Относит. Стойкость к Поверхност- полимера напряжение при Удлинение распростра- ное растяжении, при разрыве, нению натяжение, МПа % надрыва, м. Н/м г 6 63 - 126 250 - 550 50 - 90 Не более 36 63 - 96 200 - «

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Полиэтилентерефталат – (ПЭТ, РЕТ) ( - ОСОС 6 Н 4 СООСН 2 - )n Получается в результате реакции поликонденсации этиленгликоля и терефталевой кислоты. Относится к группе кристаллических полимеров.

Свойства ПЭТ (лавсан, терилен) n Хорошая морозостойкость; n Высокая теплостойкость; n Температура плавления 255 - 257ºC; n Высокая химическая стойкость; n Хорошие диэлектрические свойства; n Плохое скольжение (вводят скользящие добавки).

Свойства ПЭТ Тип Разрушающее Относит. Стойкость к Поверхност- полимера напряжение при Удлинение распростра- ное растяжении, при разрыве, нению натяжение, МПа % надрыва, м. Н/м г ПЭТ 140 - 210 70 - 120 1, 2 – 2, 7 41 - 44

Виды полиэфирных пленок n Пленка без покрытия; n Термодеформируемая; n Металлизированная; n С термосвариваемым покрытием; n Термоусадочная; n Матовая полупрозрачная.

Целлофан - пленка из регенерированной целлюлозы, полученная в результате обработки сульфитной целлюлозы раствором едкого натра и сероуглеродом.

Свойства целлофана n Невысокая механическая прочность; n Невысокая эластичность; n Неводостойкая; n Паро- и газопроницаемая; n Не подвержена термосварке; n Хорошо запечатывается; n Относительно дешевая.

Свойства целлофана Тип Разрушающее Относит. Стойкость к Поверхност- полимера напряжение Удлинение распростра- ное при разрыве, нению натяжение, растяжении, % надрыва, м. Н/м МПа г Целлофан 49 - 126 10 – 50 2 - 20 -

Типы целлофановых пленок n Невлагостойкие ( без покрытия); n Влагостойкие (с нитроцеллюлозным покрытием); n Термосвариваемые (с полимерным покрытием)

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Поликарбонат (РС, ПК) – сложный полиэфир уксусной кислоты. Кристаллический полимер, которому при охлаждении можно придать аморфную структуру.

Свойства ПК-пленок n Высокая термостойкость в сочетании с высокой прозрачностью n Гибкость и одновременно прочность и жесткость n Сохраняют стабильные размеры при длительном нагреве n Остаются эластичными при низких температурах n Химически стойки к растворам солей, разбавленным кислотам и щелочам, маслам n Разрушается крепкими щелочами

Свойства ПК-пленок n Ограниченная стойкость к воздействию ионизирующего излучения n Высокая проницаемость для газа и паров воды (для улучшения барьерных свойств наноситься покрытие) n Легко сваривается n Выдерживает тепловые удары и свето- тепло-вакуумное старение

Область применения ПК-пленок n Используется в качестве упаковки для продуктов, предназначенных для кипячения в пленке. n Металлизированные пленки высокого качества.

Свойства ПК Тип Разрушающее Относит. Плотность, Температура полимера напряжение Удлинение г/см³ размягчения, при разрыве, ºC растяжении, % МПа ПК 60 12 - 27 150

Добавки к полимерным пленкам Добавки модифицируют поверхностные свойства полимерных пленок

Добавки к полимерным пленкам n Антиблокирующие добавки – уменьшают тенденцию к слипанию, изменяя шероховатость поверхности. Причины слипания Наличие в полимере Взаимодействие между низкомолекулярных фракций, аморфными участками, образующихся при синтезе обусловленные силами и переработке и мигрирующих Ван дер Ваальса на поверхность

Антиблокирующие добавки (антиблокинги) Антиблокинги – тонкодисперсные порошки нерастворимые в полимере Неорганические Органические • Амиды карбоновых кислот • Силикагель • Монозамещенные амиды • Кремнезем природный • Бис-амиды • Тальк • Органические стеараты • Карбонат кальция • Стеараты металлов • Каолин • Силиконы

Механизм действия антиблокингов Антиблокинги уменьшают площадь контакта пленок за счет создания микрошероховатостей Факторы, влияющие на эффективность действия антиблокингов: n Количество частиц на поверхности; n Размер частиц; n Однородность распределения частиц.

Зависимость силы блокирования от содержания антиблокинга

Влияние антиблокингов на свойства пленок n Чем больше различаются коэффициенты преломления наполнителя и полимера, тем больше рассеяние и, следовательно, тем больше мутность пленки; n Любая частица наполнителя является концентратором напряжений, поэтому наполнители снижают прочность;

Скользящие добавки Назначение: снижение трения Коэффициент трения пленок для гибкой упаковки должен быть 0, 2. У полиолефинов, например, коэффициент трения составляет 0, 6 – 0, 8. Скользящие добавки при пере. работке частично растворяются в аморфном растворе полимера, но при кристаллизации выдавливаются на поверхность. В качестве скользящих добавок используются амиды жирных кислот.

Механизм действия скользящих добавок

Скользящие добавки n Скользящие добавки должны иметь низкую совместимость с полимером; n Должны достаточно быстро мигрировать на поверхность; n Введение скользящих добавок облегчает течение расплава полимера при переработке, т. к. под действием сдвиговых усилий, возникающих при течение расплава в каналах перерабатывающего оборудования, скользящие добавки выдавливаются на поверхность n Скользящие добавки ухудшают адгезию печатных красок к пленкам.

Особенности действия скользящих добавок n Миграция добавок на поверхность требует определенного времени, поэтому минимальный коэффициент трения устанавливается через 24 - 72 часа в зависимости от вида амида; n Скорость миграции зависит от степени кристалличности полимера и количества полярных групп; n Дозировка скользящей добавки зависит от площади поверхности, а не от массы, поэтому в тонкие пленки требуется вводить больше добавки, чем в толстые;

Особенности действия скользящих добавок n Обработка коронным разрядом повышает коэффициент трения полимерных пленок, содержащих скользящие добавки; n Избыток скользящей добавки ухудшает свариваемость, а также адгезию красок и клеев; n На миграцию добавки влияют температура хранения и плотность намотки. Высокая плотность намотки замедляет миграцию. Температура хранения пленок должна быть не ниже 10°C и не выше 35°C.

Добавки к полимерным пленкам n Антистатические добавки – снижают удельное поверхностное сопротивление Характеризуются двумя показателями: n Уровень электропроводности; n Заметная склонность к миграции. Ухудшают восприятие печатных красок.

Антистатические добавки n Способность вещества накапливать поверхностные заряды определяется величиной удельного поверхностного сопротивления; n Материалы с величиной удельного поверхностного сопротивления 108 – 1010 ом*м считаются диэлектриками и не имеют проблем со статическим электричеством; n Величина удельного поверхностного сопротивления полиолефинов составляет 1015 - 1016 ом*м -

Классификация антистатиков Антистатики Наружные Внутренние (требуют постоянного (мигрирующие на Обновления) поверхность) Анионные Катионные Неионогенные

Механизм действия антистатиков

Типы антистатиков n Азотсодержащие соединения (амиды или соли четвертичных аммониевых оснований); n Сульфокислоты и алкил-арил сульфонаты; n Многоатомные спирты и их производные; n Производные полиэтиленгликоля; n Этоксилированные соединения.

Эффективность действия антистатиков

Свойства антистатиков n Свойства большинства антистатиков зависят от влажности. С увеличением влажности эффективность их действия снижается; n На скорость миграции антистатика влияет плотность и степень кристалличности полимера; n На скорость миграции влияет полярность. Чем выше полярность, тем больше совместимость полимера и антистатика, следовательно медленнее миграция; n Аминные и амидные антистатики могут взаимодействовать с кислыми добавками, т. к. обладают основными свойствами;

Свойства антистатиков • В присутствии скользящих добавок эффективность антистатиков несколько снижается; • Антистатики снижают коэффициент трения, т. е. могут выполнять функции скользящих добавок; • Антистатики ухудшают адгезию красок и клея, т. к. адсорбируют атмосферную влагу и создают на поверхности слой воды.

Добавки к полимерным пленкам n Противозапотевающие агенты – способствуют образованию непрерывной пленки влаги, что улучшает видимость. Гидрофильные эфиры жирных кислот (стеарат глицерина)

Добавки к полимерным пленкам n Антиоксиданты – для защиты от окисления, температурного воздействия и УФ – излучения.

Добавки к полимерным пленкам n Вспенивающие агенты – соединения, разлагающиеся при температуре экструзии с выделением азота, вспенивающего расплавленную массу (азобисформамид, азодикарбонамид). Снижают плотность пленки за счет снижения ячеистой структуры.

Добавки к полимерным пленкам n Окрашивающие агенты – пигменты и красители. Выбор зависит от полимера и условий переработки. n Термостабилизаторы – для предотвращения термодеструкции (барий- кадмиевые, соединения свинца)

Добавки к полимерным пленкам n Ароматизаторы – для нейтрализации нежелательного запаха. n Модификаторы ударной прочности – для увеличения ударной прочности.

Добавки к полимерным пленкам n Пластификаторы – для увеличения гибкости, перерабатываемости и эластичности.

Общие требования к пластификаторам n Эффективность действия; n Совместимость с полимерами; n Низкая степень летучести; n Химическая стойкость и инертность в отношении других компонентов смеси; n Отсутствие запаха и цвета; n Нетоксичность; n Низкая миграция и экстрагирование из пленок.

Добавки к полимерным пленкам n Агенты, экранирующие УФ-излучение – пигменты или бесцветные органические вещества, поглощающие излучение. n УФ-стабилизаторы – прекращают реакции разрыва цепи (бензотриазол, бензофенон).