Добавки для производства пластмасс

Пластмасса (пластическая масса, пластик) – это материал органической этимологии, создаваемый на основе полимеров-связок (макромолекулярных соединений). Полимеры могут применяться как синтетические, так и природные (каучук, смолы, производные целлюлозы). Однако первые при производстве пластика получили намного большее распространение.

Процесс формирования пластиковой продукции выглядит как переход из рабочего состояния (эластичного или вязко-текучего) в готовое (твердое, например, стекловидное или кристаллическое). В основе – реакции полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходников, которые изымают из угля, нефти или природного газа (бензола, этилена, фенола, ацетилена и иных мономеров). При их протекании формируются макромолекулярные связи со многими исходными молекулами.

На сегодняшний день пластические массы применяются в самых разных сферах промышленности и жизнедеятельности. Из них изготавливают технику, бытовые и хоз. назначения предметы и инвентарь, мебель, игрушки, тару, упаковку, трубы и т.д. На них останавливают выбор ввиду специфических особенностей, среди которых: легкое плавление, возможность создания различных размеров, объемов, форм под давлением и при воздействии высоких температур, сохранность форм после охлаждения. Изделия из пластика удобны в использовании и отличаются невысокой стоимостью.

Примечательно, что ряд пластмасс подлежит многоразовой эксплуатации. Для переработки могут быть использованы прессование, давление, выдавливание, вакуум-литье, пневматическое формирование и штамповка.

Свойства пластика

К основным принадлежат:

- небольшая плотность (0,85-1,8 г/см³);

- очень малые проводимости (электро- и тепловая);

- не слишком высокая механическая прочность;

- разложение при нагреве (в ряде случаев с предшествующим этому размягчением);

- отсутствие чувствительности к влаге;

- стойкость к кислотам и основаниям;

- разные реакции на органические растворители (зависимо от хим. природы полимера);

- практически физиолог. безвредность;

- морозоустойчивость (хрупкость материала при ударе при определенной t).

Эти свойства достигаются и варьируются различными способами, например, сополимеризацией или стереоспецифической полимеризацией, компонировкой разных пластиков между собой и с прочими материалами (стекловолокном, текстилем, наполнителями, красителями, стабилизаторами света и тепла, ускорителями отвердевания). Для придания специальных качеств могут быть задействованы и пластификаторы (дибутилфталат, полиэтиленгликоль, силикон), антипирены, антиоксиданты.

Виды пластических масс

Природа используемого полимера и то, как он переходит из вязкого в твердое состояние, реагируя на высокие температуры в процессе создания изделий из пластика, определяют распределение пластмасс на:

- термопластичные (термопласты). Нагревание приводит к расплавлению, а охлаждение – к возврату в исходное состояние. Такие материалы легко плавятся и затвердевают. Их можно переплавливать, создавая новую продукцию. Однако стоит учитывать, что качество последующих изделий будет несколько хуже, нежели первого;

- термореактивные (реактопласты). Изначально макромолекулам свойственна линейная структура, а определенная t отверждения (выше, нежели у предыдущего вида) трансформирует ее в сетчатую. Нагреваясь, материал становится мягким и плавится. Однако, отвердев, он не может вновь стать растворимым и плавким. Это значит, что повторное переплавление и использование не имеют смысла. Примечательна годность таких пластмасс при изготовлении пресс-порошков.

Кроме этого, пластик может быть газонаполненным (вспененным, с малой плотностью).

По составу пластмассы делятся на:

- листовые термопластмассы. Это винипласты и орган. стекла, состоящие из смол, стабилизаторов и пластификаторов в малых количествах;

- слоистые. Сюда принадлежат гетинакс, текстолит и стеклотекстолит, в состав которых входят бумажные или тканевые наполнители;

- волокниты (стеклонити, асбестовые и х/б волокна). Обязательное условие – волокнистость наполнителя;

- литьевые. Массы из моносырья, которым выступают смолы;

- пресс-порошки – материалы из наполнителей в форме порошка.

Сфера использования дает распределение на следующие виды пластмасс:

- теплоизоляционные (пено-, поропласты и др.) для строительных целей;

- хим. стойкие (ПЭ, ПП, фторлон, непластифицированный поливинилхлорид) для пром. применения;

- конструкционные (текстолит, стеклотекстолит и др.);

- универсальные (пресс-порошки) общего предназначения.

В зависимости от материала-связки пластические массы бывают:

- эпоксипластами (с эпоксидной смолой);

- фенопластами (с фенолформальдегидной смолой);

- аминопластами (с меламино- или мочевиноформальдегидной смолой).

Сырье для производства пластмасс

Как уже было сказано, основа любого вида пластмассы – полимер. Чаще всего источником выступает этилен, из которого создают полистирол, полиэтилен и поливинилхлорид. Полимер-связка может быть синтетическим и природным (белок, крахмал, целлюлоза). Но последние применяются намного реже. Синтетические же, наоборот, поскольку имеют улучшенные эксплуатационные характеристики. Вот несколько основных из этих полимеров:

- полимеризационные. Полиэтилен, создаваемый из продуктов высокотермической обработки. Он отлично бережет эластичность и стоек к всевозможным кислотам, а также к растворяющим веществам;

- поливинилхлорид (ПВХ). Устойчив к повышенным температурам. Плавлению поддается лишь при t 200 °С. Из него производят линолеум, плинтус, трубы, пленочные изделия для отделки, искусственную кожу;

- полистирол (ПС). Отличается прочностью, но при этом является весьма хрупким материалом. Подходит для создания тепловой изоляции и облицовки;

- фенолформальдегидные. Их одними из первых начали применять в строительстве. Сегодня из них чаще всего производят клеи, лаки и краски. Главный сырьевой материал – фенол (не имеющие цвета игольчатые кристаллы с характерным запахом);

- мочевиноформальдегидные. Самый доступный исходник для пластика. Хотя и является прочным, но быстро теряет свои качественные показатели при контакте с водой. Здесь для изготовления используют формалин (резко пахнущий бесцветный газ формальдегид, растворенный в воде);

- полиэфирные. Это узконаправленные материалы, которым свойственна дороговизна, ввиду чего их применение ограничено. Чаще всего используются для изготовления лаков и красок;

- кремнийорганические. В основе – кремний. Среди примечательных особенностей: хим. и термостойкость, отличное сочетание с различными силикатами. Подходят для изготовления облицовок, красок и защитных покрытий.

Популярные добавки для пластика

Хотя полимеры и являются основным сырьем в пластмассопроизводстве, однако на сегодняшний день лишь небольшое количество пластмасс состоят исключительно из них. Зачастую они дополнены разнообразными функциональными добавками.

Основные группы добавок для пластмассы:

Наполнители. Их задача – увеличивать прочность и придавать необходимые технологические параметры, в том числе, обеспечивать специфические свойства и декоративность. Это могут быть органические и неорганические материалы, дисперсные, волокнистые (стекло- и х/б волокна) и армирующие: мел, белая глина, тех. углерод, асбест. Популярный наполнитель – алюминий оксид (бесцветные кристаллы, не растворяющиеся в воде). Количество в пластической массе – до 95 %.

Пластификаторы (эластифицирующие добавки). Повышают гибкость и морозостойкость, но, вместе с тем, уменьшают прочность, твердость, температуру смягчения и плавления. Их объем в пластмассе может достигать 45 %.

Смазки (скользящие добавки). Введение в массу происходит перед самим созданием изделий из нее. Их основная задача – препятствование прилипанию изделий к формам и инструментам, облегчение съема. Также могут отображаться на поверхностных характеристиках пластмассы, к примеру, увеличивать блеск и формировать антиадгезионную прослойку путем расплывания на поверхности. Смазками, как правило, служат стеараты цинка и кальция, парафины и силиконы в размере до 2 %. Превышать рекомендованные количества нельзя, так как это может стать причиной уменьшения прочности и хим. стойкости.

Количество каждой из добавок, которые будут перечислены ниже, составляет в пластике 1-5 %.

Отвердители. Трансформируют термопласты в реактопласты.

Процессинговые добавки. Улучшают внешний вид продукции из пластика, увеличивают технопереработку и производительность техники.

Очистители. Способствуют очищению литьевой техники в производственном процессе.

Осушители. Применяются при использовании полимерного вторсырья с целью влагопоглощения. Необходимы при чрезмерной влажности материала, недостатке оборудования для сушки или для уменьшения расхода электроэнергии.

Антифоги (добавки против запотевания). Предотвращают появление капель воды при изменении t, защищают помещенную в изделия (пищевые полиэтиленовые, этиленвинилацетатные и поливинилхлоридные пленки) продукцию. Также могут быть применены для создания с/х пленок.

Просветлители. Задействуются при использовании полипропилена для увеличения прозрачности.

Оптические отбеливатели. Улучшают изначальный цвет, убирают ненужную желтизну. Хорошо подходит для этой цели диоксид титана (белое порошкообразное вещество, состоящее из бесцветных кристаллов, эффективно повышающее белизну).

Красители. Дают возможность получить желаемый цвет продукции.

Вспениватели. Позволяют убрать ряд дефектов (утяжки, непостоянность размеров и т.д.), негативно влияющих на внешний вид готовых изделий, а следовательно, и минимизировать брак готовой продукции.

Антипирены (ингибиторы горения). Предотвращают горение, делают полимеры стойкими к воспламенению и замедляют распространение огня. Материалы с их добавлением используются, в основном, в строительстве, транспортной, электронной и электротехнической отраслях. Вводить антипирены (например, диаммонийфосфат, смесь тринатрийфосфат + сульфат аммония или бура + борная кислота) нужно в больших объемах, нежели иные добавки.

Антиоксиданты. Позволяют избегать термодеструкции, предотвращают термическое окисление при переработке, хранении и применении. Добавляются в полимеры практически всех видов в ходе экструзии или литья. Кроме того, защищают от воздействия агрессивных сред, теплового и кислородного влияния.

Светостабилизаторы. Делают материал менее восприимчивым к УФ лучам, защищают от разрушения под их воздействием. Особо примечательна их роль в изделиях, имеющих значительную поверхность. Вводятся обычно совместно с антиоксидантами.

Антистатики. Убирают статический электрозаряд с поверхностей (обеспечивают материалу антистатические качества). Могут вводиться внутрь полимера или наноситься на поверхность изделий из него.

Антисептики. Стоят на страже заражения и размножения микробов в пластике.

Помимо этих добавок при изготовлении пластических масс используют специализированные, которые, к примеру, увеличивают гидрофобность или минимизируют коэффициента трения.

Также важно знать о возможности применения суперконцентратов, добавляемых в размере 0,5-3 %. В их функциональных обязанностях – придание в одночасье различных свойств: морозоустойчивости, скольжения, вспенивания, антиблокирования, антистатических, нуклеирующих, антимикробных и т.д. В их составе могут находиться пигменты и функциональные добавки. Они могут быть разрешены для контакта с пищей.

Комбинированные добавки. Широко применяют и комплексы. Яркий пример – стабилизатор света + антиоксидант. С их помощью создают, в частности, с/х пленки, которые в течение долгой эксплуатации не теряют прозрачность и барьерные качества. Такие добавки дают возможность задействовать полимер после вторпереработки повторно по прямому назначению.

В целом, добавки для производства пластмасс позволяют упрощать технологические процессы, достигать экономической составляющей предприятия, придавать готовой продукции важные свойства. Они примечательны по отдельности, но особый эффект дают при комплексном применении. Чтобы достичь желаемого результата, их нужно использовать в рекомендованных количествах и учитывать возможность влияния на действие других компонентов. Поэтому к выбору добавок нужно подходить тщательно, предварительно проанализировав возможные взаимодействия, выгоды и риски, а также взяв во внимание характеристики основы, то есть полимера.