Uporaba vezivnih sredstev v plastičnih izdelkih

Vezno sredstvo je "m mostiček, ki povezuje anorganska polnila (kot sta kalcijev karbonat in steklena vlakna) in organske smole v plastičnih izdelkih. Z reakcijo različnih funkcionalnih skupin na obeh koncih molekule s hidroksilnimi skupinami na površini molekularnih verig polnila in smole se izboljša združljivost med obema in reši problem zmanjšanih mehanskih lastnosti plastike, ki jih povzroča neenakomerna disperzija polnil in šibka medfazna vez. Primerno je za skoraj vse vrste plastike, kot so PE, PP, PVC, PET, PA itd., in se pogosto uporablja za polnjenje, modificiranje in izboljšanje proizvodnje modificiranih plastik. Lahko poveča natezno trdnost plastike za 10–30 % in udarno trdnost za 20–50 %. Trenutno se razvija v smeri večfunkcionalnosti in nizke toksičnosti ter je osrednji dodatek za plastiko za doseganje visoke zmogljivosti in nizkih stroškov.

1. Osnovni mehanizem povezovalnih snovi: gradnja anorganskih organskih vmesnih mostov

Pri modifikaciji plastike imajo anorganska polnila (kot sta kalcijev karbonat in smukec) veliko razliko v polarnosti v primerjavi z organskimi smolami, so nagnjena k aglomeraciji in imajo šibke medfazne vezi. Vezna sredstva rešujejo to težavo z dvosmerno interakcijo d", specifičen mehanizem pa lahko razdelimo v tri kategorije:

1. Vrsta kemične vezi (silansko vezivno sredstvo): tvori stabilne kemične povezave

Molekule silanskih veziv, ki vsebujejo siloksanske skupine (ki reagirajo z anorganskimi polnili) in organske funkcionalne skupine (ki reagirajo s smolami), so najpogosteje uporabljene vrste:

Pot delovanja: Siloksani hidrolizirajo in tvorijo silanolne skupine, ki nato dehidrirajo in kondenzirajo s hidroksilnimi skupinami na površini polnil, da tvorijo kovalentne vezi Si-O-polnilo; Drugi konec organske funkcionalne skupine (kot so amino in epoksi skupine) kemično reagira z molekularno verigo smole in tvori stabilen vmesnik med " in vezivnim sredstvom polnila smolo";

Reprezentativni izdelki: KH-550 (amino silan), KH-560 (epoksi silan);

Scenarij prilagoditve: PA, ojačan s steklenimi vlakni, in PP, polnjen s smukcem v prahu, znatno izboljšata trdnost medfaznega lepljenja.

2. Koordinacijska vezava (titanov ester kot vezivno sredstvo): izboljša disperzibilnost polnil

Titanatna sredstva za vezavo se koordinirajo s hidroksilnimi skupinami na površini polnil preko titanovih kisikovih vezi, medtem ko so dolgoverižne alkilne skupine združljive s smolami, s poudarkom na izboljšanju disperzije polnil:

Pot delovanja: Anorganski konec molekule titanata tvori koordinacijsko vez s hidroksilno skupino na površini polnila, dolgoverižna alkilna skupina na organskem koncu pa se vstavi v verigo molekule smole, kar zmanjša agregacijo polnila in izboljša enakomernost disperzije;

Reprezentativni produkti: TMC-101 (monoalkoksi tip), TMC-201 (kelacijski tip);

Scenarij prilagoditve: PE in PVC, polnjena s kalcijevim karbonatom, za zmanjšanje viskoznosti taline in izboljšanje pretočnosti plastike pri predelavi.

3. Fizikalna adsorpcija (aluminatno vezivno sredstvo): nizkocenovna modifikacija površine

Aluminijeva estrska vezivna sredstva se oprimejo površine polnil s fizikalno adsorpcijo, pri čemer so cenejša od silanskih in titanatnih estrov, in so primerna za scenarije z nizkimi zahtevami glede učinkovitosti:

Pot delovanja: Aluminijeve kisikove skupine v molekuli se fizično adsorbirajo s hidroksilnimi skupinami na površini polnila, organske skupine pa izboljšajo združljivost med polnilom in smolo;

Reprezentativni izdelek: DL-411-A (monoalkoksi tip);

Scenarij prilagoditve: Lahke tkane vrečke iz PP in PE cevi, polnjene s kalcijevim karbonatom, kar zmanjša proizvodne stroške in hkrati nekoliko izboljša mehanske lastnosti.

2. Vrste glavnih veziv in združljive plastike: značilnosti in ujemanje s sceno

Različna sredstva za spajanje se bistveno razlikujejo v reakcijski aktivnosti, združljivosti in stroških ter jih je treba izbrati glede na vrsto polnila, vrsto plastike in cilj modifikacije:

1. Silansko vezivno sredstvo: prednostno za izboljšanje modifikacije, primerno za polarne smole

Silan spojna sredstva imajo močno kemično vezavo, še posebej primerna za polnila, ki vsebujejo hidroksilne skupine, kot so steklena vlakna in silicijev dioksid, in so združljiva s polarnimi smolami.

Glavne prednosti: Izboljšanje trdnosti vezi, znatno povečanje natezne in upogibne trdnosti plastike;

Združljive plastike: PA, PET, PC (polarna smola);

Tipične uporabe: avtomobilske komponente iz poliamida, ojačane s steklenimi vlakni (kot so nosilci motorja), plastenke za pijačo iz PET, polnjene s silicijevim dioksidom (za povečanje togosti).

2. Titanatno vezivno sredstvo: glavna sila modifikacije polnila, primerno za nepolarne smole

Vezivna sredstva na osnovi titanovih estrov imajo dobro disperzibilnost in so primerna za polnila brez silikona, kot sta kalcijev karbonat in smukec v prahu, ter za nepolarne smole.

Glavne prednosti: zmanjšanje aglomeracije polnila, izboljšanje pretočnosti pri predelavi plastike in povečanje udarne trdnosti;

Združljive plastike: PE, PP, PVC (nepolarna/šibko polarna smola);

Tipične uporabe: PE folija, polnjena s kalcijevim karbonatom (izboljša žilavost), ohišje gospodinjskega aparata iz PP, polnjeno s smukcem (zmanjša stopnjo krčenja).

3. Aluminatno vezivno sredstvo: cenovno ugodna izbira, primerno za izdelke srednjega do nizkega cenovnega razreda

Vezna sredstva iz aluminijevih estrov imajo nizke cene in so enostavna za uporabo, primerna pa so za srednje do nizko polnjene plastike z nizkimi zahtevami glede zmogljivosti:

Glavne prednosti: Poenostavljen postopek modifikacije, ni potrebe po visokotemperaturni hidrolizi, neposredno mešanje s polnili;

Združljive plastike: PP, PE, PVC;

Tipične uporabe: Tkane vrečke iz PP, polnjene s kalcijevim karbonatom (zmanjšanje stroškov), PVC cevi, polnjene s smukcem (izboljšanje dimenzijske stabilnosti).

4. Druge vrste veziv: prilagoditev posebnim scenarijem

Vrsta cepljenja z maleinskim anhidridom: Z reakcijo cepljenih skupin s smolo je primerna za modifikacijo ojačitve PP in PE, kot je uporaba PP, cepljenega z maleinskim anhidridom, za PP, ojačan s steklenimi vlakni;

Vezno sredstvo na osnovi fosforja: Ima tako vezivno kot zaviralno funkcijo ter je primerno za modifikacijo PA in PC z zaviralcem gorenja. Vezno sredstvo na osnovi fosforja se na primer uporablja za polnjenje zunanje lupine elektronskih komponent PA z rdečim fosforjem.

3. Praksa uporabe veziv v ključnih plastičnih izdelkih: načrtovanje formul na podlagi scenarijev

Uporaba veziv zahteva prilagojene formule, ki temeljijo na ciljni modifikaciji vrste plastičnega polnila. Tipični primeri so naslednji:

1. Izboljšajte modificirane plastike: izboljšajte mehanske lastnosti

Izboljšana modifikacija s steklenimi vlakni in ogljikovimi vlakni kot polnili, s glavnim ciljem izboljšanja plastične trdnosti, običajno z uporabo silanskih veziv:

Avtomobilski nosilec iz PA, ojačan s steklenimi vlakni:

Formula: PA smola + 30 % steklenih vlaken + 1,2 % KH-550 silanskega veziva + 0,3 % antioksidanta 1010;

Učinek: Natezna trdnost se je povečala s 60 MPa na 120 MPa, upogibna trdnost pa z 80 MPa na 180 MPa, kar izpolnjuje zahteve glede napetosti za avtomobilske komponente.

Ohišje prenosnega računalnika, ojačano z ogljikovimi vlakni:

Formula: PC smola + 15 % ogljikovih vlaken + 0,8 % silanskega veziva KH-560 + 0,2 % svetlobnega stabilizatorja UV-327;

Učinek: Udarna trdnost se je povečala s 60 kJ/m² na 90 kJ/m², teža pa se je zmanjšala za 20 %, kar uravnoteži trdnost in lahko težo.

2. Polnjenje z modificiranimi plastikami: zmanjšanje stroškov in izboljšanje učinkovitosti

Modifikacija polnil uporablja kalcijev karbonat in smukec kot polnila, glavni cilj pa je zmanjšanje stroškov in preprečevanje znatnega poslabšanja učinkovitosti. Pogosto uporabljena sredstva za spajanje vključujejo titanove in aluminijeve estre.

Kmetijska folija iz PE, polnjena s kalcijevim karbonatom:

Formula: PE smola + 20 % kalcijevega karbonata + 1,0 % titanatnega veziva TMC-101 + 0,2 % antioksidanta 1076;

Učinek: Stopnja zadržanja natezne trdnosti filma je večja od 90 %, prepustnost je večja od 85 %, stroški se zmanjšajo za 15 % in ne vpliva na potrebo po svetlobi pridelkov.

Ohišje gospodinjskega aparata iz polipropilena, polnjeno s smukcem v prahu:

Formula: PP smola + 25 % smukec v prahu + 0,8 % aluminatno vezivo DL-411-A + 0,3 % antioksidant 168;

Učinek: Stopnja krčenja lupine se je zmanjšala z 1,5 % na 0,8 %, izboljšala se je dimenzijska stabilnost, temperaturna odpornost pa se je povečala s 100 ℃ na 120 ℃, kar izpolnjuje zahteve okolja uporabe gospodinjskih aparatov.

3. Posebne modificirane plastike: večnamenska sinergija

Posebna modifikacija zahteva ravnovesje med spajanjem in drugimi funkcijami (kot sta zaviranje gorenja in odpornost na vremenske vplive), med pogosto uporabljene posebne vrste vezivnih sredstev pa spadajo:

Ohišje elektronskih komponent iz PA, polnjeno z ognjevarnim materialom:

Formula: PA smola + 20 % rdečega fosforja + 1,5 % fosforjevega veziva + 0,5 % sinergista, ki zavira gorenje;

Učinek: Indeks kisika se je povečal s 24 % na 32 %, s čimer je dosežena odpornost proti gorenju UL94 V-0, s stopnjo ohranjanja natezne trdnosti nad 85 %, kar ustreza zahtevam glede požarne zaščite elektronskih komponent.

Vremensko odporni polnjeni PVC profili za vrata in okna:

Formula: PVC smola + 30 % kalcijevega karbonata + 1,2 % titanatnega veziva + 0,3 % svetlobnega stabilizatorja UV-531;

Učinek: Profil se lahko uporablja na prostem 5 let brez večjega staranja, z ohranitvijo udarne trdnosti več kot 70 % in 20-odstotnim zmanjšanjem stroškov.

4. Izzivi in ​​razvojni trendi veziv v plastičnih aplikacijah

Čeprav vezivna sredstva zagotavljajo ključno podporo za modifikacijo plastike, se trenutne aplikacije še vedno soočajo z izzivi, kot so reakcijski pogoji, združljivost in varstvo okolja. V prihodnosti se bodo razvijali v smeri visoke učinkovitosti, večfunkcionalnosti in zelene ...

1. Trenutni izziv: Usklajevanje zmogljivosti in stroškov uporabe

Strogi reakcijski pogoji: Silanska vezalna sredstva zahtevajo hidrolizno reakcijo, visoko vlažnost in nadzor temperature, kar lahko zlahka privede do kompleksnih procesov modifikacije;

Omejitve združljivosti: Posamezna vezivna sredstva imajo ozek razpon prilagodljivosti, na primer silanska vezivna sredstva imajo šibek učinek na nepolarne smole (PE, PP);

Pritisk na okoljsko skladnost: Nekatera sredstva za vezavo na osnovi titanovih estrov vsebujejo težke kovine (kot sta svinec in kositer), ki niso v skladu z direktivo EU RoHS in drugimi okoljskimi standardi.

2. Trend razvoja: Tehnološke inovacije spodbujajo nadgradnjo

Večnamensko vezno sredstvo: Razvoj integriranih izdelkov "vevezave + antioksidanta + vremenske odpornosti", kot so silanska vezna sredstva, ki vsebujejo antioksidativne skupine, poenostavitev formul in prilagoditev modifikaciji vrhunskih plastik;

Zeleno vezivno sredstvo: Razvoj estrov titanove kisline brez težkih kovin in bioloških silanskih vezivnih sredstev (kot je silan rastlinskega izvora), ki izpolnjujejo okoljske zahteve in so primerna za plastiko za embalažo živil in farmacevtskih izdelkov;

Nano-vezno sredstvo: Uporaba nano-veznih sredstev za povečanje specifične površine, izboljšanje učinkovitosti interakcije s polnili in smolami, zmanjšanje količine dodanega dodatka (z 1 % na 0,5 %) in nižje stroške;

Reaktivno vezivno sredstvo: Razvoj vezivnih sredstev, ki jih je mogoče polimerizirati in situ s smolami, kot so silanska vezivna sredstva, ki vsebujejo dvojne vezi, za tvorbo močnejših medfaznih vezi s kopolimerizacijo PE in PP, kar izboljša dolgoročno stabilnost.

5. Povzetek: Vezno sredstvo - "zmogljiva vezava d" modifikacije plastike

Od avtomobilskih komponent, ojačanih s PA, ojačanim s steklenimi vlakni, do kmetijskih folij, polnjenih s kalcijevim karbonatom PE, in do ohišij elektronskih komponent, modificiranih z ognjem, vezna sredstva dosegajo ravnovesje med nizkocenovno in visokozmogljivo plastiko z izgradnjo anorganskih organskih vmesnih mostov. Niso le osnovni dodatek za reševanje problemov disperzije polnila in lepljenja na vmesnih površinah, temveč tudi neposredno določajo meje uporabe modificiranih plastik (kot so avtomobili, elektronika, gradbeni materiali). V prihodnosti se bo s preboji v raziskavah in razvoju večfunkcijskih in zelenih veznih sredstev industrija modifikacije plastike še naprej spodbujala k visokokakovostnemu in okolju prijaznemu razvoju, kar bo podpiralo razvoj bolj visokozmogljivih plastičnih izdelkov.