מבוא לטכנולוגיית קצף פוליפרופילן

מבוא לטכנולוגיית קצף פוליפרופילן

עם הגדלת הדרישות להגנת הסביבה, מיחזור פסולת ואפקטיביות עלות במוצרים, שיטות קצף פיזיות באמצעות סוכנים כמו CO2, N2 ו- Isopentane זכו לתשומת לב משמעותית. נכון לעכשיו, CO2 הוא הסוכן הקצף הנפוץ ביותר.

השיטה הבסיסית להכנת חומרי פולימר מיקרופוריים באמצעות נוזל סופר -קריטי כוללת יצירת תערובת נמסה/גז פולימרית רוויה ביותר וניכרת חוסר יציבות תרמודינמית במהלך תהליך הקירור. על ידי שליטה בפרמטרים כמו לחץ וטמפרטורה, מבנים מיקרו -תאי נוצרים בתוך מטריצת הפולימר, כאשר הנוזל העל -קריטי פועל כמדיום הגרעין. שלבי המפתח בתהליך זה הם כדלקמן:

מערכת רוויה פולימר/גז
בטמפרטורה מסוימת, שיטה מתאימה משמשת להמיס גז בלחץ גבוה ולא מגיב (למשל, CO2 או N2) לפולימר, ויוצרים מערכת רוויה פולימר/גז הומוגנית. ריכוז הגז נע בדרך כלל בין 5% ל 20%. התפשטות הגז בפולימר איטית וניתן להאיץ אותה על ידי הגדלת הטמפרטורה והלחץ.

גרעין
על ידי צמצום הלחץ ו/או העלאת הטמפרטורה, מערכת הפולימר/הגז נכנסת למצב לא יציב תרמודינמית, והופכת לרווית -על. זה מעורר גרעין הומוגני והטרוגני, מה שמוביל להיווצרות בועות גז רבות.

צמיחת בועה
הגז העל -רווי מתפזר לבועות, וגורם להם לצמוח ולהפחית את האנרגיה החופשית של המערכת. צמיחת הבועות נשלטת על ידי גורמים כמו זמן, טמפרטורה, רוויה -על, לחץ ותכונות הוויסקואלסטיות של המערכת.

ייצוב מבנה מיקרופורי
שיטות כמו מרווה משמשות לייצוב מבנה הבועה.

מערכת הפולימר/הגז האחידה, ריכוז גבוהה ושליטה מדויקת על גרעין וצמיחת בועות הם קריטיים לתהליך. לקצף המיקרו -תאי המיוצר בדרך כלל גדלי נקבוביות הנעים בין 5-30 מיקרומטר. בהשוואה לגיליונות קצרים מסורתיים, חומרים מיקרופוריים אלה מראים 30% {3}}% חוזק דחיסה גבוה יותר של {}}}% עבור אותה צפיפות, וניתן לייצר אותם בקווי ייצור קיימים. השילוב של טכנולוגיית נוזלים סופר-קריטיים ויצירת הזרקת פלסטיק הפך את הייצור הישיר של מוצרים עם הזרקת פוליפרופילן מיקרו-תאי למציאות.

חוזק נמס גבוה טכנולוגיית קצף פוליפרופילן

בקצף פוליפרופילן קונבנציונאלי, הצמיגות יורדת בחדות מעל נקודת ההיתוך המתגבשת, מה שמקשה על בקרת הטמפרטורה במהלך שחול. עם זאת, פוליפרופילן צריך לשמור על יכולת זרימה מספקת במכבש ובמקביל להיות בעל חוזק נמס וגמישות נאותים כדי לשמור על מבנה בועה רגיל. לפיכך, פוליפרופילן חוזק נמס גבוה הוא קריטי בתהליך הקצף.

לדוגמה, לשרף פרופקס F814, המיוצר על ידי חברה זרה, יש שרשראות צדדיות ארוכות שהוצגו במהלך תהליך הפוסט-פולימריזציה, מה שמקנה לו פי 9 את חוזק ההמסה של הומופולימרים קונבנציונליים עם מאפייני זרימה דומים. התנהגות הבועות ב- PP ליניארי ו- PP מסועף במהלך הקצפה שונה באופן משמעותי. PP ליניארי מציג תוכן גבוה בתא פתוח, והבועות מתמזגות במהירות, אפילו תחת קירור מהיר. לעומת זאת, PP מסועף נוטה ליצור מבני תאים סגורים עם מיזוג בועה מינימלי, מה שהופך אותו מתאים להשגת חוזק נמס גבוה.

טכנולוגיית קצף פוליפרופילן צולבת

חברות מסוימות אימצו גם תהליכי קישור בין קישור לייצור קצף פוליפרופילן, כמו ערבוב PP עם PE וקישור צולב של PE. לדוגמה, חברה פיתחה קצף פוליפרופילן מקושק מיקרו-קישור בתהליך דו-שלבי: ראשית, החצשת גיליון מוצק בעובי 3 מ"מ, ואז מחברת אותו עם חמצן או הקרנה, ולבסוף הנחה אותו בכלי בלחץ גבוה (עד 69 מגפ"ס) עם N2 כדי לגרום לקצף. שיטה זו מביאה לקצף עם מבנה 1 0% תאים סגורים וצפיפות של 0.3 גרם/ס"מ. קצף זה משמש ביישומים כמו חלקי רכב ומוצרי ספורט.

המפתח לתהליך זה הוא קישור בין שרף PP לפני הקצפה, מה שמפחית את צמיגות הממיס וממזער את קרע הבועה במהלך הקצף. קצף PP מקושר חוצה מקשר מציג התנגדות חום טובה יותר באופן משמעותי (30-50 דרגה גבוהה יותר) וביצועי זחילה תרמיים (פי 100 טובים יותר) בהשוואה לקצף שאינו מקושר. עם זאת, הגבישות הגבוהה של PP והקושי בקישור חוצה אתגרים נוכחים, הדורשים שליטה מדויקת בתנאי התגובה כדי למזער את השפלה.

חומרי גרעין בקצף

ייצור קצף PP מיקרו -תאי עם טכנולוגיות תרמוסטיות או טכנולוגיות תרמופלסטיות אמורפיות זה קשה בגלל מסיסות הגז הנמוך באזור הגבישי של PP, המגביל את גרעין הבועה והגידול. הוספת כמויות קטנות של נתרן בנזואט כחומר גרעין יכולה להוריד את מתח פני השטח של הפולימר, ולקדם גרעין בועה. עם זאת, TALC, המהווה קשר חזק עם PP, אינו יעיל כחומר גרעין ואין להשתמש בו.