Композиты общего назначения на основе термопластов

ПЭТ

Смешение исходного полимера с повторно переработанным материалом яв­ляется обычной практикой в промышленном производстве ПЭТ. Переработан­ный полимер во многих случаях поступает с того же самого завода в виде резан­ного материала без значительной деструкции при первичном производстве, и имеет характеристики, близкие к исходному материалу. Однако, хотя восстанов­ленный ПЭТ обладает этим свойством, обычно гомополимерные смеси ПЭТ со­держат лишь небольшие концентрации восстановленного полимера, поскольку даже его незначительное количество может вызвать изменение макроскопиче­ских свойств.

Ла Мантия и Скаффаро изучали свойства монополимерных смесей ПЭТ, сравнивая исходный ПЭТ для бутылок (характеристическая вязкость 0,81 дл г-1) с использованными бутылками из ПЭТ [17] В этой работе принимались во вни­мание различные аспекты анализа свойств. Авторы исследовали влияние про­цедуры приготовления, состава и влажности (то есть наиболее важных для промышленного производства параметров) на реологические и механические свойства.

14 Зак 630

Обычно восстановленный ПЭТ (ВПЭТ) добавляется в оригинальный поли­мер после промывки и помола, а затем полученные хлопья смешиваются с оригинальным ПЭТ в таблетках. Очевидно, что в промышленных приложениях всегда присутствует ВПЭТ и потому существует вероятность получить смеси с полимером, переработанным несколько раз с возможным изменением свойств. Для исследования этого эффекта были приготовлены смеси с массовыми отно­шениями 25/75, 50/50 и 75/25 между исходным и переработанным материалом; использовались хлопья ВПЭТ из бутылок (Б) и переработанный на одношнеко­вом экструдере ВПЭТ из бутылок. Целью исследования было выявление разли­чий в конечных свойствах смесей, приготовленных из двух различных исходных материалов. Использование повторно переработанного ПЭТ стимулирует при­менение материала, восстановленного через расплав. Испытания были проведе­ны с влажным (ОВБ — одношнековый/влажный/из бутылок) и сухим (ОСБ — одношнековый/сухой/из бутылок) образцами. Анализируемые смеси были при­готовлены из сухих компонентов с помощью смесителя с двумя роторами, враща­ющимися в противоположных направлениях. Все материалы были полностью охарактеризованы [17]. Полученные результаты показывают, что Б и ОСБ обла­дают свойствами, очень близкими к свойствам исходного полимера; для влажно­го экструдированного ВПЭТ обнаружено сильное снижение молекулярной мас­сы с очевидными последствиями для его свойств.

Рисунки 6.11-6.13 демонстрируют основные разрывные свойства — модуль упругости, прочность при растяжении, удлинение при разрыве — в зависимости от концентрации ВПЭТ в смесях, содержащих Б, ОСБ и ОВБ. Хорошо видно, что монополимерные смеси, содержащие Б или ОСБ, имеют свойства, очень близкие к свойствам исходного материала, причем они почти линейно зависят от

ВПЭТФ, %

Рис. 6.12. Прочность при растяжении в зависимости от содержания ВПЭТ (Источник: F. P. La Mantia, P. Scaffaro. Polymer Recycling. 1997. Rapra Technology Ltd.)

Состава и проявляют минимум в области состава 50/50. Минимум плохо выра­жен, но он хорошо воспроизводится.

Для объяснения природы и причины возникновения этого минимума следу­ет рассмотреть морфологические изменения в твердом состоянии. В частности, присутствие повторно переработанного компонента (даже притом, что молеку­лярные массы Б и ОСБ очень близки к чистому ПЭТ) может вызвать появление кристаллических агрегатов переменного размера и плохо связанных между со­бой. Эта морфология отличается от морфологии исходного ПЭТ и в материале имеются зоны с пониженной сопротивляемостью и ухудшенными механически­ми свойствами. Калориметрические испытания указывают на присутствие ост­рого пика плавления в районе 245 °С для исходного ПЭТ и около 250 °С для Б, тогда как для смеси, содержащей 50 % Б, обнаружено два расплывчатых пика в областях 230 и 265 °С. Наличие второго пика в смеси является ясным свиде­тельством присутствия особых кристаллических областей с иной морфологией, которые расплавляются по отдельности. Это поведение согласуется с ранее ви­денным поведением монополимерных смесей ПП [5], о чем мы говорили в пре­дыдущем разделе.

Что касается смесей, содержащих ОВБ, то их поведение значительно отлича­ется от поведения смесей, содержащих Б и ОСБ. Величины модуля упругости и прочности при растяжении (рис. 6.11 и 6.12) подчиняются правилу аддитивно­сти смесей или несколько ниже. Для удлинения при разрыве ситуация иная. При низком содержании ВПЭТ эти величины близки к своим значениям для чистого, оригинального ПЭТ, тогда как при большой концентрации ВПЭТ они близки к значениям для чистого ОВБ; таким образом, для этого материала свойства

Смесей описываются S-образиой кривой. S-образная кривая характерна для си­стем, свойства которых задаются преимущественно матрицей, и которые про­являют фазовую инверсию. В обоих случаях, то есть когда матрица состоит из исходного ПЭТ или из ОВБ, свойства смесей подобны. При промежуточном со­ставе матрицей служит компонент с меньшей вязкостью.

На основе анализа кривых течения всех материалов можно заключить, что все они при небольших значениях сдвиговой скорости проявляют преимуще­ственно ньютоновское поведение. Даже если невозможно определить величину этого параметра при его переработке в экструдере, при определении вязкости разумно считать поведение полимера ньютоновским. Беря в расчет вязкости и состав смеси, можно рассчитать состав фазовой инверсии; он составляет пример­но 30 %, что подтверждает положение точки инверсии, видимое на кривой раз­рывное удлинение-состав.

Вязкости очень близки к вязкостям чистых компонентов, но в этом случае минимумов не наблюдается. Это является косвенным подтверждением того, что присутствие Б и ОСБ оказывает влияние только на твердое состояние, то есть на морфологию кристаллов.

Кривая для смеси, содержащей ОВБ, также имеет S-образную форму с точ­ной инверсией вблизи 30 %, подобно тому, что наблюдалось для кривой зависи­мости от состава.

Подводя итог, укажем, что монополимерные смеси, содержащие ВПЭТ, дают материалы с характеристиками, близкими к характеристикам исходного матери­ала, если перед вторичной переработкой сырье тщательно просушивалось. Свой­ства смесей ниже чем следовало ожидать на основании правила аддитивности смесей, особенно если характеристики двух компонентов близки между собой.

Присутствие небольшого минимума на кривых свойство-состав связано с изме­нениями в морфологии и, в частности, в присутствии кристаллических агрегатов, разнообразных по размеру и плохо связанных между собой. Если молекулярные массы компонентов не совпадают, то для получения хороших механических свойств следует вводить небольшие количества восстановленного компонента. Если, напротив, молекулярные массы близки, то можно использовать большие количества В ПЭТ. В любом случае следует избегать близких концентраций обоих компонентов.