Евсей А.В., Прокопчук Н.Р.

Белорусский государственный технологический университет

Термостабилизация вторичного полиэтилентерефталата

Под влиянием различных внешних воздействий полимерные материалы претерпевают необратимые изменения, ведущие к частичной или полной потере основных свойств, определяющих их широкое применение в современном мире. Совокупность физических и химических процессов, протекающих в полимере и приводящих к самопроизвольному изменению его состава и структуры, называется старением полимерного материала. Замедлить процессы старения можно путем модификации полимерной цепи, изменением надмолекулярной структуры полимера. Но проще всего положительных результатов достичь путем введения стабилизаторов, веществ способных ингибировать цепные свободно-радикальные процессы, приводящие к потере физико-механических свойств полимера в результате реакций деструкции или структурирования.

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) благодаря высокой устойчивости к действию кислорода при повышенных температурах обычно не нуждается в стабилизации. Однако, в некоторых случаях (например, при переработке вторичного полимера), добавки вводят для уменьшения падения молекулярной массы, деформационно-прочностных свойств полимера, а так же против пожелтения при нагревании /1/.

Цель данной работы – сравнительный анализ эффективности стабилизаторов в подавлении термоокислительной деструкции вторичного полиэтилентерефталата.

Объектами исследования выступали ПЭТФ-флексы производства ПРУП «Белэкосистема» и промышленные стабилизаторы фирм Clariant и Ciba.

Эффективность действия стабилизатора наиболее целесообразно оценивать в условиях, при которых нестабилизированный полимер сохраняет 60-70% своих первоначальных свойств. Для определения условий старения полиэтилентерефталата был проведен анализ изменения прочности при растяжении полимера в зависимости от температуры и времени экспозиции (рис 1).

1 – температура старения 180 ^оС, 2 – температура старения 200 ^оС

Рис 1. Изменение прочности вторичного ПЭТФ в процессе теплового старения

Исследования проводились на стандартных двухсторонних лопатках полученных литьем под давлением на литьевой машине KuASY 60/20М при следующих условиях: температура литья – 260^оС, температура формы – 50^оС, время охлаждения 10 сек. Перед литьем ПЭТФ-флексы подвергались сушке в вакуумном сушильном шкафу в течение 5 час при температуре 130^оС. Получаемые при указанных условиях переработки тонкостенные изделия имеют аморфную структуру. Так как в результате старения они кристаллизуются (температура кристаллизации для полиэтилентерефталата ~130^оС), то за начальную точку была взята прочность материала после 1 часа экспозиции. В результате было установлено, что вторичный ПЭТФ теряет 35% своих прочностных свойств через 17 час при 200^оС или 36 час при 180^оС. Известно, что экспозиция при меньшей температуре предпочтительнее, т.к. более приближена к реальным условиям эксплуатации изделия.

Стабилизаторы в количестве 0,1-0,4% от массы ПЭТФ наносились методом опудривания на высушенные флексы полимера. Полученные полимерные лопатки подвергались ускоренному термостарению в воздушной среде при температуре 180^оС в течение 36 час. После этого образцы термостатировались в течение суток и испытывались по ГОСТ 11262-80 на разрывной машине Р-05, при скорости движения захватов – 20 мм/мин. Полученные результаты представлены на рис 2.

Рис 2. Зависимость прочности при растяжении от содержания стабилизаторов

Как видно из графиков наиболее эффективными являются стабилизаторы Irgamod, Irganox (производства фирмы Ciba) и Hostanox (фирма Clariant). Композиции, содержащие 0,2-0,3% этих стабилизаторов после старения имеют прочность на 35-40% выше, чем нестабилизированный полиэтилентерефталат. То есть, всего на 8% меньше прочности образца до старения.

Одним из параметров эффективности действия стабилизатора можно считать сохранение первоначальной окраски полимера. Нестабилизированные образцы вторичного полиэтилентерефталата через 36 час термоокислительного старения приобретают кремовую окраску. Из проанализированных стабилизаторов препятствуют пожелтению три: Irgamod, Irganox, и Sandostab.

Проведенные исследования свидетельствуют, что при производстве изделий из вторичного ПЭТФ, в качестве термостабилизаторов целесообразно использовать стабилизаторы Irgamod 295 и Irganox В 561. Введение 0,2% мас. данных веществ позволяет ингибировать термоокислительную деструкцию полимера, как в процессе переработки, так и при эксплуатации готового изделия при повышенных температурах. Однако, так как эти два стабилизатора при содержании 0,2 % мас. повышают термостабильность практически одинаково, то при выборе стабилизатора следует ориентироваться на его стоимость.

Литература

1. Фойгт И. Стабилизация синтетических полимеров против действия света и тепла. Пер. с немец. под ред. докт. хим. наук Б.М. Коварской. Л., «Химия», 1972, 544 стр.,