Помощь

Моностеарат глицерина

Влияние содержания моностеарата глицерина, концентрата талька и др. факторов на первоначальное расширение пены ПЭВД.

.

ОПИСАНИЕ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВСПЕНЕННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, КОТОРЫЕ МЫ ПРЕДЛАГАЕМ, МОЖНО 
ПРОЧИТАТЬ ЗДЕСЬ:


Аннотация

Для наблюдения за пенообразованием ПЭВД при использовании бутана на выходе из головки для экструзии применялась цифровая фотокамера. Изучалось влияние содержания бутана, нуклеирующего агента (талька или концентрата талька), стабилизатора структуры (GMS (моностеарата глицерина)), температуры и геометрии головки на первоначальное расширение экструдата. Прозрачный участок экструдата обнаруживался при определенной температуре головки. Обсуждаются причины возникновения такого прозрачного участка и его влияние на весь процесс экструзии.

Введение

В полимерной науке широко используется метод визуализации. Например, при помощи данного метода изучалось множество реологических явлений, таких как расширение расплава при выходе из фильеры и разрыв экструзионного потока [1]. Однако эта эффективная технология не очень широко использовалась до настоящего времени для изучения процессов вспенивания пластика.

Исследователи используют три метода визуализации для изучения процессов вспенивания пластика. В случае с первым методом окно визуализации устанавливается на головку или форму для наблюдения за процессом вспенивания. Например, Villamizar и др. [2] исследовали пену при литье под давлением при помощи полости прямоугольной формы со стеклянными окнами с обеих сторон. Han и др. [3] производил визуальный контроль зарождения пузырьков в вязком потоке. Zhang и др. [4] разработал однолинейный оптический метод получения данных по растворимости инертных газов в экструдере. Ohshima [5] исследовал процессы вспенивания в непрерывном вязком потоке при помощи метода визуализации. Используя еще один метод, некоторые исследователи применяют видеокамеру или цифровую фотокамеру для наблюдения за экструдатом на выходе из головки. Ramesh и др. [6] записал как выглядит пена ПЭВД для изучения формирования пор. Park и др. [7] показал влияние температуры на расширение экструдата, а Gendron и др. [8] исследовал экструдат смеси ПММА / CO2 / изопропанола для определения его нуклеации и стабильности размеров. Naguib и др. [9, 10] исследовал расширение пены ПП (полипропилена) при экструзии с использованием бутана. И, наконец, некоторые исследователи сосредоточились на экспериментальном моделировании процесса вспенивания пластика во время периодического вспенивания [5, 11-13]. В случае успешных экспериментов такие исследования помогут познать фундаментальные механизмы нуклеации и формирования пор.

На основе ранее разработанного метода [9, 10] исследователи использовали цифровую фотокамеру в данном исследовании для наблюдения за плотностью пор пены ПЭВД при использовании бутана на выходе из головки. Ранее пена ПЭВД создавалась при помощи галогенизированного углеводорода, например, хлорфторуглерода (CFC) и гидрохлорфторуглерода (HCFC) в качестве порообразующего агента. Сегодня эти компоненты заменяются более экологичными порообразующими агентами, такими как углеводороды (напр., бутан, пентан) и инертные газы (напр., CO2, N2) [14]. При использовании углеводорода в качестве порообразующего агента для пены ПЭВД, необходим стабилизатор пенной структуры, так как все углеводородные порообразующие агенты взаимопроникают в полиэтиленовые смолы при комнатной температуре быстрее, чем воздух, что приводит к усадке пены [15]. Стабилизатор пенной структуры при добавлении в ПЭВД может диффундировать на поверхность пузырька пены и формировать монослой, замедляя, таким образом, проникание молекул порообразующего агента, которые крупнее молекул воздуха [15]. Таким образом, размер ячеек пены ПЭВД может быть стабилизирован в случае использования подходящего стабилизатора пены. Однако исследования по воздействию стабилизатора пены, как правило, проводятся при комнатной температуре. Воздействия стабилизаторов пены на процесс первоначального расширения экструдата пены ПЭВД до сих пор не установлено. Поэтому мы использовали цифровую фотокамеру, чтобы зафиксировать изменение формы пены ПЭВД на выходе из головки и определить воздействие стабилизатора пены, порообразующего агента, нуклеирующего агента, температуры и геометрии головки на процесс первоначального расширения.

Эксперимент

Смола ПЭВД, используемая в данном эксперименте (марки NOVAPOL LA-0124A). Продукт был предоставлен компанией Nova Chemical Co. Плотность смолы 0.924 г/см3 , а индекс текучести расплава 1.5 г/10мин. Бутан (чистота 99%, компания BOC, Canada Inc.) использовался в качестве порообразующего агента. Глицерина моностеарат (GMS, 20 % масс. концентрата в ПЭВД) использовался в качестве стабилизатора пены, предоставленного компанией Ingenia Inc. Тальк (4 мкм, 20 % масс. концентрата в ПЭВД) использовался в качестве нуклеирующего агента, также предоставленного компанией Ingenia Inc.

Эксперименты по вспениванию проводились на специальной тандемной экструзионной системе. В предыдущей работе авторов [9, 10] описана установка системы, ход эксперимента, а также методы описания образцов. Единственная разница с данной работой состоит в том, что описание образца проводилось через три недели после эксперимента для того, чтобы размеры образцов стабилизировались. Список проведенных экспериментов отображен в Таблице 1.

Результаты и обсуждения

Влияние температуры, GMS (моностеарата глицерина), талька, геометрии головки и бутана на форму пены экструдата, а также на степень его расширения и плотность пор отображено на Рисунках 1- 9.

Влияние температуры

Рисунок 1 отображает влияние температуры на форму экструдата, кратность расширения и плотность пор образцов. Результаты получены из Эксперимента №7 (Таблица 1). Особенности вспенивания этого ПЭВД с использованием бутана были схожими с теми, которые описывались ранее в экспериментах с использованием ПС/CO2 [7, 17] и ПП/бутана [9, 10]. При высоких температурах диффузионная способность газа высока; диффузный перенос газа из экструдата происходит быстро, что сначала влечет за собой расширение, а после сразу же усадку экструдата. Это явление можно наблюдать на фотографиях, оно четко отображено риской, когда температура выше 130 градусов C. И, наоборот, в силу низкой диффузионной способности и увеличения прочности экструдата при низких температурах, газ удерживается внутри экструдата для усиления расширения; в результате получаем большее расширение. Более того, температура не влияла на плотность пор, как и в случае с предыдущим исследованием [7, 9, 10, 17]. Хотя процесс вспенивания и был схож с предыдущим исследованием, наблюдался прозрачный участок (т.е., часть экструдата, которая не содержит пузырьков) на фотографии в условиях ниже определенных температур (140oC в эксперименте №7). До этого такого рода участки не обнаруживались. Более того, длина таких участков увеличивалась при понижении температуры.

Влияние GMS (моностеарата глицерина)

Влияние GMS (моностерата глицерина) показано на рис. 2 и рис. 3. На рис. 2 видно, что при использовании только бутана и отсутствии нуклеирующего агента не наблюдается образования пузырьков. В поперечном сечении конечной пены был обнаружен только один или два пузырька и плотность пор составляла приблизительно 400 пор/см3. После использования только 1,5% масс. GMS (моностеарата глицерина) на фото наблюдались несколько пузырьков. Однако окончательная морфология поры все еще была неравномерной, несмотря на то, что окончательная плотность пор (104 пор/см3) была выше, чем в случае использования чистого бутана. На рис. 3 сравнивается кратность расширения и плотность пор экспериментов пенообразования с 10% масс. бутана и 0,8% масс. талька с использованием головки А и применением 1,5% масс. GMS (моностеарата глицерина) в качестве стабилизатора пены. Как и предполагалось, при использовании моностеарата глицерина значение кратности расширения увеличилось приблизительно от 16 до 24; однако окончательная плотность пор была немного ниже, чем без использования моностеарата глицерина. В дополнение, на рис. 2 предполагается, что длина прозрачного участка была короче, чем при использовании моностеарата глицерина. Более того, изображение на фото показало, что первоначальное расширение возникало раньше и быстрее в случаях большего диаметра экструдата, когда применялся GMS (моностеарат глицерина).

Влияние талька (концентрата талька)

На рисунках 4 и 5 отображено влияние талька (концентрата талька). В силу гетерогенной нуклеации, вызываемой частицами талька, можно утверждать, что чем выше содержание талька (концентрата талька), тем больше плотность пор пены ПЭВД. Особого воздействия талька или концентрата талька на кратность расширения объема не было зафиксировано. Однако с увеличением содержания талька или концентрата талька температура, при которой пена начинала расширяться, уменьшалась. Судя по изображению на рисунке 4, можно предположить, что форма экструдата изменялась незначительно с изменением уровня содержания талька (концентрата талька). Длина прозрачного участка немного уменьшалась при увеличении содержания талька (концентрата талька), в силу высокой кратности расширения [10]. Более того, температура, при которой наблюдался прозрачный участок, уменьшалась при увеличении уровня талька.

Влияние геометрии головок

Были использованы три головки в экспериментах по вспениванию. Влияние геометрии головок продемонстрировано на рисунках 6 и 7. На рисунке 6 видно, что Головка A и Головка B с одинаковыми диаметрами (1.0 мм), но разной длины дают одинаковое первоначальное расширение, в то время как Головка C с меньшим диаметром (0.46 мм) даёт разрыв экструзионного потока. Факт разрыва экструзионного потока может быть одной из причин ухудшения расширения пены. На рисунке 7 отображено то, как Головка C дает намного меньшую кратность расширения, чем другие две головки; обе Головки A и B дают схожую кратность расширения пены. Но меньший диаметр головки даёт большее соотношение dP/dt (понижение давления к понижению температуры), что может привести к увеличению степени нуклеации и, как следствие, к увеличению плотности пор [18]. На рисунке 7 видно, что Головка C даёт плотность пор больше, чем две другие головки, которые дают схожую плотность пор в силу одинакового диаметра.

Влияние бутана

Влияние бутана отображено на рисунках 8 и 9.

Не удивительно, что повышение содержания порообразующего агента приводит к увеличению плотности пор и увеличению кратности расширения (см. рисунок 9). Мы также отмечаем схожие процессы пенообразования при использовании ПС/CO2 [7, 17] и ПП/бутана [9, 10]. На рисунке 8 также видно, что прозрачный участок в эксперименте с использованием бутана был гораздо длиннее.

Обсуждение явления прозрачного участка

Прозрачный участок наблюдался на выходе из головки, когда значение температуры было ниже определенного значения. Наличие и длина прозрачного участка зависели от температуры, содержания GMS (моностеарата глицерина), концентрата талька, геометрии головки, и содержания бутана, что отображено на рисунках 1, 2, 4, 6 и 8, соответственно (как уже говорилось выше). Можно утверждать, что наличие прозрачного участка определялось медленной нуклеацией пор и степенью роста смеси ПЭВД/бутана. Так как процессы нуклеации и роста зависят от температуры, количества нуклеирующего агента, геометрии головки и содержания порообразующего агента [7, 9, 10, 17], то эти факторы влияют на длину прозрачного участка.

В отличие от CO2, давление растворения n-бутана в ПЭВД очень низкое [19]. 10 % масс. бутана может легко раствориться в ПЭВД при повышенной температуре и при давлении менее 2 МПА. Таким образом, движущая сила нуклеации пор при термодинамической нестабильности при понижении давления очень незначительна, что может привести к низкой степени нуклеации. Когда степень нуклеации замедляется до определенного значения, когда нуклеация может происходить вне головки, появляется прозрачный участок. Чем ниже степень нуклеации, тем длиннее прозрачный участок. Даже когда нуклеация пор возникает внутри головки, прозрачный участок может образовываться при медленном формировании пор [17]. На рисунке 10 отображены начальные позиции (точки) термодинамической нестабильности при разных температурах. При уменьшении температуры начальная позиция приближается к выходу из головки. На рисунке 11 эта начальная позиция сравнивается с длиной прозрачного участка в случае с экспериментом, в котором используется 10 % масс. бутана, 0.8 % масс. талька, и Головка A с и без 1.5 % масс. GMS (моностеарата глицерина).

Не смотря на воздействие температуры на степень нуклеации, было определено, что длина прозрачного участка пропорциональна начальной позиции термодинамической нестабильности. С одной стороны, в силу не совсем подходящих физических свойств смеси ПЭВД/бутана (т.е., диффузионная способность, ДОТ), в данный момент не удалось определить значение формирования пор. Будут проводиться дальнейшие исследования по формированию пор на прозрачном участке.

Влияние GMS (моностеарата глицерина) на длину прозрачного участка, однако, заставляет делать противоречивые выводы: пена, полученная в экспериментах с использованием только талька или концентрата талька, отличалась большей плотностью пор (см. рисунок 3) и большей длиной прозрачного участка (см. рисунок 11), чем в случае с экспериментом с использованием GMS (моностеарата глицерина) и талька одновременно. Однако, как видно на рисунке 2, блокируя потерю газа с поверхности экструдата, GMS (моностеарат глицерина) активировал более раннее первоначальное расширение пены. Такое ранее расширение может привести к слипанию пор в силу большей температуры расплава на выходе из головки. Так как даже незначительно слипание пор может стать причиной изменений и уменьшения плотности пор; плотность пор, измеренная для конечной пробы пены, была ниже в случае с экспериментами с использованием GMS (моностеарата глицерина) и талька одновременно.

Резюме

Влияние содержания бутана, талька (концентрата талька), стабилизатора пены (GMS, моностеарат глицерина) и температуры и геометрии головки на экструдат ПЭВД с использованием бутана было изучено в данном эксперименте при помощи цифровой фотокамеры. Прозрачный участок образовывался при температуре ниже определенного значения. Длина прозрачного участка зависела от содержания бутана, талька (концентрата талька), GMS (моностеарата глицерина), температуры и геометрии головки. Образование прозрачного участка, как предполагается, зависело от малой степени нуклеации смеси





Наша компания предлагает моностеарат глицерина Finastat 9500, произведенный мировым лидером, компанией «Fine Organics» (Индия).

Это высококачественный продукт, который применяется как антистатик в полиолефинах, ПВХ, стирольных пластиках.

При производстве вспененного полистирола и вспененного полиэтилена моностеарат глицерина Finastat 9500 служит стабилизатором пенной структуры. Так же он снижает трение между расплавом полимера и частями оборудования, обеспечивает формирование ячеек однородной структуры при вспенивании, облегчает диффузию вспенивающегося газа из полимера и замещение его воздухом.

В процессах литья под давлением моностеарат глицерина Finastat 9500 снижает (сокращается) цикл литья, облегчает съем изделий с пресс-формы.

Моностеарат глицерина Finastat 9500 представляет собой концентрат 95%.

Расфасован в мешки по 25 кг.

Срок годности – 2 года.

.

Описание продуктов для производства вспененных строительных материалов (вспененных полимеров) можно ПРОЧИТАТЬ ЗДЕСЬ: