Прогрес застосування реактивної екструзії в полімеризації та модифікації нейлону

1 Технологія екструзії реакції
Екструзія - це все більш широко використовувана обробка матеріалів та функціональна технологія, як правило, використовуючи обертання одного або подвійного гвинта вздовж бочки екструдера для зсуву та транспортних матеріалів. Висока температура та короткий час у екструдері, а також тиск і зсувні ефекти можуть зробити матеріал повністю змішаним, спричиняючи при цьому велику кількість фізичних модифікацій та хімічних реакцій, даючи, змінюючи або посилюючи функціональні властивості матеріалу . У той же час, унікальна геометрія екструдерів -гвинтів забезпечує гвинтові екструди з унікальною здатністю ефективно розпалити полімери та обробляти (транспортувати та змішувати) високооцінювальні системи, особливо для хімічних реакцій під час термічної обробки полімерів та/або полімеризованих мономерів. Оскільки реакція (тобто полімеризація мономерів або прищеплення полімерів) зазвичай відбувається у розплавленому стані, використання розчинників не потрібно, уникають кроки синтезу на основі розчинника та етапи відновлення, і економія енергії та ресурсів досягається екологічно чита технологія.

2 Застосування реактивної екструзії
2.1 Полімеризація екструзії

Реактивна екструзійна полімеризація - це зміцнюючий процес, який максимально збільшує швидкість реакції при максимальному мономері та ініціаторі/каталізаторі (за наявності) концентрації. Це також дозволяє полімеризації відбуватися при більш високих температурах, не вживаючи заходів, щоб запобігти випаровуванню розчинника або працювати під тиском. ε-капролактам (CL) можна полімеризувати за допомогою аніонної полімеризації, що відкривається кільце (AROP) за кілька хвилин з високою швидкістю конверсії, що робить її ідеальною для реактивної екструзії. ω-Dodecactam (LL) також може зазнати AROP для отримання PA12 у присутності сильної основи. Реактивна екструзія може бути композитом in situ, використовуючи розчини LL, що містять еластомери, такі як етилен-бутілакрилатний сополімер (lotryl). Властивості впливу PA12-Lotryl сумішей значно покращилися шляхом полімеризації in-situ. Ця полімерна система широко використовується і також може використовуватися для введення рідини та композиційного препарату in situ. Окрім мономерної полімеризації, до реактивної обробки полімерів також можна застосувати реактивну екструзію.

2.2 Розгалуження розгинання ланцюга PA6
Регулювання реології розплаву та динаміки релаксації ланцюгів полімерів може полегшити обробку полімерів та більш широко використовувані. Молекули в ланцюзі PA6 мають активні амінові та карбонові кислотні групи в кінці ланцюга, які можуть реагувати з іншими функціональними групами органічних/неорганічних матеріалів. Зокрема, ангідрид або епоксидна група можуть реагувати з аміновою групою в кінці ланцюга PA6, а реологічні властивості можна контролювати через розширення ланцюга та розгалуження PA6.

PA11 має високу пластичність та силу удару, а також кращі термомеханічні властивості порівняно з полілакіновою кислотою (PLA), що робить його відповідним кандидатом для змішування з PLA. Однак PLA/PA11 несумісність, а розширення ланцюга ПА є ефективним засобом для поліпшення його сумісності. Відносна реактивність розширювача ланцюга до PLA та PA11 під час екструзії є запорукою поліпшення сумісності PLA/PA11. Порівняно зі змішуванням рішення, цей метод є більш екологічним та менш дорогим.

2.3 Змішування добавок

Суміші ПА з комерційними полімерами, такими як поліпропілен (ПП), поліетилен (ПЕ) та полістирол (PS), вивчаються протягом багатьох років з метою поліпшення гігроскоптичності, обробки та зниження витрат ПА. Основна складність змішування ПА з поліолефіном - це властива несумісність між полімерами. Технологія реактивної екструзії широко використовується для модифікації полімерного змішування завдяки поєднанню ефективного змішування та гнучкості умов реакції в безперервному процесі. Високе змішування зсуву забезпечує можливість мікронних або навіть нанорозмірних сумішей сумісної суміші, а ПА може навіть утворювати нанорозмірні суміші з фторополімерами. Полімер на основі біо, особливо PLA,-це біорозкладаний полімер на основі біо-на основі з високим модулем розтягування та міцністю. Однак його висока крихкість, повільна швидкість кристалізації, погана теплостійкість, низька пластичність та міцність впливу обмежують її застосування. Змішування PLA з іншим полімером з додатковими властивостями є ефективним та економічним способом подолання цих недоліків. Сумісність PLA з різними сумішами ПА визначає основні властивості цих сумішей, такі як мікроскопічна морфологія, теплові властивості та механічні властивості.

2,4 ПАРУВАННЯ ПА6 Мікроструктури

Завдяки складній гнучій структурі ланцюга та водневому зв’язку поліморфізм є однією з найважливіших характеристик поведінки кристалізації ПА. У процесі обробки полімеру дуже важливо контролювати мікроструктуру, особливо морфологію кристалів, щоб покращити механічні властивості та отримати хороші теплові властивості. Чудові властивості багатьох біологічних матеріалів випливають із їх ієрархічної структури та контролю над порядком та розладом у масштабах різної довжини. Процес полімерного змішування часто супроводжується розвитком та утворенням мікроамльтифазних систем, а реактивна екструзія є ефективним способом боротьби з морфологією сумішей. Використовуючи спеціальні реакції, реактивна екструзія також може досягти зв'язку полімеризації та утворення матеріалу.

2,5 нм суміш

Наноматеріали на основі вуглецю, такі як вуглецеві нанотрубки (CNT), графен, нанодіамон (ND) тощо, мають відмінні поверхневі, механічні та теплові властивості. Однак міжфазна адгезія між полімерними ланцюгами та нанофільмами має великий вплив на властивості нанокомпозитів, тоді як структура первісних наноматеріалів призводить до гідрофобності, хімічної інертності, агломерації та накопичення, що обмежує їх потенційне застосування. Ковалентна взаємодія призводить до кращої стабільності та дисперсії функціональних наноматеріалів на основі вуглецю. Глина як наночастинка також може бути використана для розміщення полімерних сумішей та посилення їх структурних властивостей. Введення сірки в полімерний скелет може надати матеріал спеціальних властивостей.

2.6 Матеріал посилення

Акрилонітрил-бутадієне-стирол (ABS)-термопластичний полімерний матеріал з високою міцністю, хорошою міцністю та легкою обробкою. Поєднання PA6 та ABS може використовувати сильні сторони та уникати слабких сторін та подолати слабкі сторони поганого впливу PA6 та велике поглинання води. Як зелений BIO-на основі ПА, PA56 має відмінну стійкість до втоми, стійкість до удару та тривалий термін служби, але його міцність трохи недостатня, і немодифікованого PA56 важко обробити.

2,7 Модифікація полум'я

Чистий сорт полум'я ПА низький, наприклад, вертикальне згоряння небезпечних стійких PA6 може досягти лише рівня UL 94 V-2, обмежуючий індекс кисню (LOI) становить близько 24%, а процес спалювання призведе до краху та спричинить пожежу. Фосфонат особливо підходить для сополімеризації ПА через його хорошу реакційну здатність, полум'я та екологічну доброзичливість.

2.8 Функціоналізація мембранного матеріалу

PA6 в поєднанні з етилен-вініловим спиртом сополімером (EVOH) може отримати пакувальні матеріали з збалансованими механічними властивостями та властивостями газового бар'єру. Однак високотемпературна термічна деградація під час екструзії плівки призводить до утворення гелеподібних структур в обох полімерах, що становить обробку.

2.9 Відновлення та переробка
Пластикова переробка - важливий спосіб вирішити проблему забруднення білого, навіть більш екологічно чистішим, ніж використання біопластики. Порівняно з сміттєзвалищами, спалюванням та хімічною обробкою, полімерна переробка є більш економічною та екологічною. PA6 - одна з найважливіших і найцінніших перероблених пластмас. Реактивна екструзія є найбільш широко використовуваним методом переробки термопластиків, з невеликими інвестиціями та відносно простим обладнанням. Однак під час процесу розплаву після обробки високе тепло та механічні сили можуть спричинити хімічні зміни та деградацію полімерної структури, впливаючи на теплові та механічні властивості полімеру, тим самим обмежуючи його поле застосування. Розширення ланцюга - відносно простий і недорогий метод у процесі переробки пластикових сполук.

3 Висновок
Реактивна екструзійна технологія широко використовується для полімеризації та модифікації ПА завдяки поєднанню ефективного змішування та гнучкості умов реакції в безперервних процесах, включаючи розгалуження ланцюга, регулювання мікроструктури, поєднання об'ємів, посилення матеріалу, функціоналізацію мембрани, модифікація полум'я, модифікація і пластикова переробка. Повторне використання пластмасових відходів у продукти з більшою «цінністю» за допомогою реактивної екструзії відповідає новому поняттям стійкості та підвищення рівня. Однак існують деякі притаманні обмеження реактивної екструзії, які потрібно вирішити: по-перше, проект реактивної екструзії є складною, яка включає не лише різноманітні дисципліни, але й потрібно враховувати багато масштабні проблеми з молекулярного масштабу, мікро масштабу , мезомасштаб до макросумності. По -друге, конфлікти між швидкістю реакції та високою пропускною здатністю, точним контролем температури та високою в'язкістю, специфічністю та універсальністю повинні бути узгоджені. По -третє, якісні та навіть кількісні зв’язки між реакційною системою, параметрами гвинта, умовами екструзії, хімічною структурою та мікроскопічною морфологією потребують систематичних теоретичних досліджень та настанов. Вважається, що при поглибленні досліджень, включаючи поєднання 3D -друку, надкритичної рідини, моделювання та моделювання технологій, реактивна екструзія може дати повну гру на характеристики швидкої, безперервної та екологічно чистої та відігравати все більш важливу роль у Полімеризація та модифікація обробки пластмас, такі як ПА.