11.07.2015 Views

9. Środki pomocnicze do tworzyw sztucznych

9. Środki pomocnicze do tworzyw sztucznych

9. Środki pomocnicze do tworzyw sztucznych

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

ŚRODKI POMOCNICZE DO TWORZYW SZTUCZNYCHŚrodki <strong>pomocnicze</strong> w postaci <strong>do</strong>datków przetwórczych wpływają na przebieg procesówprzetwarzania, natomiast w postaci <strong>do</strong>datków funkcjonalnych na właściwości użytkowe<strong>tworzyw</strong>.Ponadto w obu przypadkach środki te mogą służyć zarówno stabilizacji, jak i modyfikacjiwłaściwości przetwórczych lub użytkowych polimerów.2


STABILIZATORY PRZETWARZANIAStabilizatory termiczneStabilizatory termiczne (termostabilizatory) stosuje się w czasieprzetwarzania polimerów wykazujących tendencje <strong>do</strong> rozkładuw temperaturach przetwarzania, jak przede wszystkim liniowepolimery zawierające chlor (i niektóre inne chlorowce), azwłaszcza polichlorek winylu zwykły i chlorowany, polichlorekwinylidenu oraz kopolimery chlorku winylu z innymimonomerami, np. octanem winylu.3


STABILIZATORY PRZETWARZANIAStabilizatory termiczneDo podstawowych funkcji stabilizatorów termicznychnależy:wiązanie chlorowo<strong>do</strong>ru, którego odszczepianie prowadzi <strong>do</strong> powstaniaukładów polienowych oraz soli karboniowych odpowiedzialnych zaciemnienie polimeru;przyłączanie się <strong>do</strong> układów polienowych i blokowanie ich dalszejpropagacji;rozkład powstających soli karboniowych;zapobieganie reakcjom utleniania, stanowiącym często etap wstępnyinicjowania;odszczepiania się chlorowo<strong>do</strong>ru, tzn. spełnianie funkcji typowychantyutleniaczy.4


STABILIZATORY PRZETWARZANIAStabilizatory termiczneDo podstawowych stabilizatorów termicznych polimerówzawierających chlor, np polichlorek winylu, zalicza się soleorganiczne (zwłaszcza stearyniany) ołowiu i cynku.Do zmiękczonego PVC stosowanego <strong>do</strong> wyrobów technicznychczęsto stosuje się mieszane sole barowo-kadmowe i barowocynkowe,a <strong>do</strong> wyrobów na produkty spożywcze — sole wapniowocynkowe.Do produktów przezroczystych zalecane są związki cynoorganiczne,np. dilaurynian dibutylocyny.5


STABILIZATORY PRZETWARZANIAStabilizatory termicznePonadto, jako stabilizatory termiczne znalazły zastosowanieliczne związki niezawierające metali, z których znakomitawiększość zawiera azot i ma charakter słabo zasa<strong>do</strong>wy, jaknp. estry alkilowe kwasu b-aminokrotonowego, pochodnemocznika i tiomocznika (fenylomocznik,difenylotiomocznik), 2-fenyloin<strong>do</strong>l.Efektywność działania niektórych stabilizatorów można zwiększyćdzięki efektowi synergicznemu, polegającemu na tym, że mieszaninyodpowiednio <strong>do</strong>branych stabilizatorów we właściwych proporcjachdziałają znacznie skuteczniej niż stabilizatory te losowane osobno.6


STABILIZATORY PRZETWARZANIAAntyutleniacze procesoweAntyutleniacze (antyoksydanty) procesowe, zwaneniekiedy stabilizatorami termoutleniania, zapobiegająutlenianiu się polimerów oraz przemianom następczym,takim jak rozkład, powstawanie rozgałęzień, sieciowaniew czasie przetwarzania.7


STABILIZATORY PRZETWARZANIAAntyutleniacze procesoweUtlenianie polimerów jest reakcją łańcuchową, inicjowaną przezrodniki powstające wskutek obciążeń termomechanicznych podczasprzetwarzania. Antyutleniacze blokują przebieg reakcji propagacjii — w zależności od mechanizmu — dzielą się na pierwszo- orazdrugorzę<strong>do</strong>we.8


STABILIZATORY PRZETWARZANIAAntyutleniacze procesoweAntyutleniacze pierwszorzę<strong>do</strong>we, nazywane pułapkamiwolnych rodników, wchodzą w reakcje z tymirodnikami, z wytworzeniem rodników mniej aktywnychoraz nieaktywnych produktów końcowych.9


STABILIZATORY PRZETWARZANIAAntyutleniacze procesoweZnaczną grupę antyutleniaczy pierwszorzę<strong>do</strong>wych (ok. 56%) stanowią fenole zprzeszkodą przestrzenną, wytworzoną przez duże podstawniki w położeniu ortowzględem grupy -OH.Blokują one powstające rodniki fenoksylowe przed odrywaniem atomów wo<strong>do</strong>ru odłańcuchów węglowo<strong>do</strong>rowych, zmniejszając ich reaktywność, <strong>do</strong> czego przyczyniasię także efekt stabilizacji rezonansowej:Podstawniki R 1i R 2stanowią bardzo często ugrupowania -C(CH 3) 3.Wielkość podstawnika wpływa na rozpuszczalność antyutleniacza wpolimerze, a także na jego migrację i skłonność <strong>do</strong> wymywania z gotowegowyrobu.10


Do najważniejszychantyutleniaczy fenolowychzalicza się2,6-ditert-butylo-p-krezol(BHT).STABILIZATORY PRZETWARZANIAAntyutleniacze procesowe11


STABILIZATORY PRZETWARZANIAAntyutleniacze procesoweAntyutleniacze drugorzę<strong>do</strong>we — to związki z<strong>do</strong>lne <strong>do</strong> rozkładuhydronadtlenków powstających w utlenianym polimerze, które sąodpowiedzialne za dalsze procesy degradacji.Najliczniejszą grupę antyutleniaczy drugorzę<strong>do</strong>wych stanowią trójpodstwione fosforynylub tioetery .Mechanizm reakcji polega na redukcji nadtlenków <strong>do</strong> alkoholi z wytworzeniemtrójpodstawionych fosforanów lub sulfotlenkówAntyutleniacze stosuje się najczęściej w ilościach 0,03-0,3% jako kombinacjęantyutleniaczy pierwszo- i drugorzę<strong>do</strong>wych z uwagi na efekt synergizmu.12


MODYFIKATORY PRZETWARZANIATa grupa środków pomocniczych służy <strong>do</strong> poprawywłaściwości reologicznych powierzchniowych, którebezpośrednio wpływają na przebieg procesów formowaniapolimerów.Do głównych związków tego typu należą:środki smarujące, upłynniające, antyadhezyjne i tiksotropujące.13


SmaryMODYFIKATORY PRZETWARZANIASmary są to związki służące <strong>do</strong> poprawy właściwości przetwórczych polimerówpoprzez zmniejszenie tarcia wewnętrznego (międzycząsteczkowego), tzn. lepkościstopu lub zmniejszenie tarcia zewnętrznego, tzn. przyczepności stopionegopolimeru <strong>do</strong> powierzchni metalowych maszyn przetwórczych.Dzięki zmniejszeniu naprężeń wewnętrznych w mieszanym stopie <strong>do</strong>datek smaruma również działanie ograniczające degradację mechaniczną polimerów, w tymsensie wywiera działanie stabilizujące.Ponadto <strong>do</strong>datek smarów często ułatwia stapianie polimeru, zwiększa plastycznośćoraz poślizg wyrobów, działa antystatycznie antyblokingowo, a także poprawiabarwę i udarność.14


SmaryMODYFIKATORY PRZETWARZANIAPrzy większej rozpuszczalności cząsteczki smaru zostają rozproszone w masiepolimeru (smary wewnętrzne), natomiast w razie braku rozpuszczalnościdyfundują na powierzchnię (smary zewnętrzne).Jako smarów wewnętrznych używa się związków silniej polarnych, a zwłaszcza kwasówtłuszczowych oraz ich soli, estrów i amidów, np. stearynianów wapnia i cynku.Smary zewnętrzne to związki o niskiej polarności, z których najważniejsze to parafiny,woski montanowe, polietylenowe i polipropylenowe.15


MODYFIKATORY PRZETWARZANIAUpłynniaczeUpłynniacze zwane są też modyfikatorami płynięcia lub plastyfikatoramiwysokotemperaturowymi, gdyż obniżają temperaturę mięknienia i płynięcia polimerów,bez istotnych zmian ich temperatury zeszklenia.W odróżnieniu od smarów będących związkami mało- lub średniocząsteczkowymi, sąpolimerami o relatywnie niskiej lepkości w temperaturze przetwórstwa, zwykle <strong>do</strong>brzemieszalnymi z polimerem modyfikowanym.Działanie upłynniaczy jest po<strong>do</strong>bne <strong>do</strong> smarów wewnętrznych. Ze względu na <strong>do</strong>brąmieszalność można je <strong>do</strong>dawać w większych ilościach (np. 5%) <strong>do</strong> polimerów o dużejlepkości stopu — zwłaszcza PVC — lecz także acetylocelulozy, połi(metakrylanu metylu),żywic termoutwardzalnych itp.Do podstawowych upłynniaczy zalicza się polimery akrylowe i kopolimery lubterpolimery monomerów akrylowych (np. metakrylanu metylu) z akrylonitrylembutadienem, styrenem.Niezależnie od obniżenia lepkości stopu zwiększającego szybkość przetwarzania bezobjawów destrukcji termomechanicznej, poprawiają one stabilność procesówprzetwórczych przez zmniejszenie poślizgu przyściennego, elastycznej turbulencji ipęcznienia stopu, a także są modyfikatorami udarności.16


MODYFIKATORY PRZETWARZANIAŚrodki antyadhezyjneŚrodki antyadhezyjne (przeciwprzyczepne, rozdzielające) są to substancje zapobiegająceprzywieraniu <strong>tworzyw</strong> <strong>do</strong> metalowych części urządzeń formujących, takich jak gniazdaform wtryskowych i prasowniczych, powierzchnie robocze wałów kalandrów i walcarekitp.Środki antyadhezyjne dzielą się na wewnętrzne i zewnętrzne.Środki wewnętrzne <strong>do</strong>dawane są <strong>do</strong> masy przetwarzanego polimeru i dzięki migracji kupowierzchni kontaktu polimer-metal tworzą warstwę antyadhezyjną. Duża częśćwewnętrznych środków antyadhezyjnych to smary zewnętrzne.Zewnętrzne środki antyadhezyjne nakładane są bezpośrednio na powierzchnie metalowe,zmniejszając w ten sposób siłę przywierania <strong>tworzyw</strong>a.Do najlepszych zewnętrznych środków antyadhezyjnych zalicza się preparatysilikonowe. Środki zewnętrzne stosowane są najczęściej w postaci past, dyspersji lubemulsji.17


MODYFIKATORY PRZETWARZANIAŚrodki tiksotropująceŚrodki tiksotropujące znajdują zastosowanie w przetwórstwie układów ciekłych o bardzomałej lepkości, np. przy powlekaniu za pomocą past lub laminowaniu z użyciem ciekłychżywic chemoutwardzalnych.Optymalny przebieg przetwarzania zapewnia mała lepkość układu w czasie nanoszeniaoraz duża lepkość po naniesieniu zapobiegająca np. ściekaniu ze stromych ścian formy.Taki wzrost lepkości (określany mianem tiksotropii) zapewnia najczęściej <strong>do</strong>datek stałychsubstancji o dużym rozproszeniu (najlepiej koloidalnym) i dużej powierzchni właściwej,zwanych środkami tiksotropującymi.Do najbardziej znanych środków tiksotropujących zaliczyć można iły bentonitowe i ziemieokrzemkowe, stosowane w przetwórstwie past PVC żywic polieterowych oraz krzemionkękoloidalną — stosowaną zwłaszcza <strong>do</strong> polimerów.18


STABILIZATORY WŁAŚCIWOŚCIStabilizatory właściwości, znane także pod nazwą środkówprzeciwstarzeniowych (antystarzeniowych), mają za zadaniezapobieganie zmianom właściwości <strong>tworzyw</strong>, w czasieeksploatacji, pod wpływem czynników atmosferycznych,takich jak: temperatura, promieniowanie słoneczne,wilgotność.Do głównych środków antystarzeniowych należąantyutleniacze i antyozonanty, dezaktywatory metali,fotostabilizatory (stabilizatory UV) oraz stabilizatory bio- ihydrodestrukcji.19


STABILIZATORY WŁAŚCIWOŚCIAntyutleniacze i antyozonantyAntyutleniacze stosowane jako stabilizatory właściwości należązasadniczo <strong>do</strong> tej samej grupy związków co antyutleniacze procesowe(stabilizatory przetwarzania). Dlatego w obu przypadkach zastosowanieznajdują nieraz te same związki.Podstawową cechą określającą przydatność danego związku <strong>do</strong>stabilizacji przetwarzania lub właściwości jest jego zachowanie wfunkcji czasu i temperatury.Antyutleniacze procesowe powinny mieć dużą aktywność w wysokichtemperaturach i stosunkowo krótkich czasach, typowych dla procesówprzetwórczych, podczas gdy dla antyutleniaczy funkcjonalnych(stabilizatorów właściwości) wymagania są najczęściej odwrotne, cowiąże się z niższymi temperaturami i dłuższymi czasami eksploatacji.20


STABILIZATORY WŁAŚCIWOŚCIAntyutleniacze i antyozonantyDobór antyutleniaczy ma charakter indywidualny. Tak więc np. jakoantyutleniacze procesowe <strong>do</strong> poliolefin często stosuje się np. 2,6-ditertbutylo-p-krezol(BHT) i fosforyn tri-nonylofenylowy (TNPP), a jakoantyutleniacze funkcjonalne zalecane są np. propionian 3-(3,5-ditert-butylo-4-hydroksyfenylo)oktadecylowy i cyjanuran l,3,5-tri(3,5-ditert-butylo-4-hydroksybenzylowy) w mieszaninie synergicznej z DLTDP i DSTDP .W grupie antyutleniaczy zapobiegających starzeniu należy wymienićwitaminę E, stosowaną w ostatnich latach <strong>do</strong> produkcji rozdmuchiwanychfolii przeznaczonych na opakowania żywności, która jest bardzo wydajna ipozwala zachować smak produktów, eliminując aldehydy powstające wwyniku starzenia PE.21


STABILIZATORY WŁAŚCIWOŚCIAntyutleniacze i antyozonantyOzon atmosferyczny, z uwagi na swoją reaktywność, działa bardzoniekorzystnie na wiele <strong>tworzyw</strong>, np. kauczuki (gumę), powodując ichpękanie.Skutecznymi antyozonantami, działającymi zwłaszcza powierzchniowo,okazały się woski — pełniące także rolę smarów zewnętrznych w procesieprzetwarzania.22


STABILIZATORY WŁAŚCIWOŚCIDezaktywatory metaliJony metali występujące na kilku stopniach utlenienia, np. miedź, żelazo,kobalt oraz mangan, mogą niekiedy znacznie intensyfikować procesystarzenia ze względu na przyspieszanie rozkładu nadtlenków i działanieinicjujące fotodegradację polimerów. Procesy te mogą przebiegać w niskichtemperaturach nawet w obecności antyutleniaczy, prowadząc <strong>do</strong>przyśpieszonego starzenia <strong>tworzyw</strong>a.Dotyczy to zwłaszcza materiałów izolacyjnych, w których utlenianiedrastycznie pogarsza elektroizolacyjność.Dezaktywatory metali są to związki kompleksujące jony metaliczne —tworzące wokół nich steryczne przeszkody.23


STABILIZATORY WŁAŚCIWOŚCIDezaktywatory metaliNależą <strong>do</strong> nich związki o działaniu chelatującym, np.:amidy aromatycznych kwasów mono- i dikarboksylowych oraz N-monopodstawionych pochodnych(np. N,N'-difenylooksamid),hydrazydy aromatycznych kwasów mono- i dikarboksylowych oraz N-acylowvanych pochodnych(np. N,N'-dibenzaloksalilohydrazyd) oraz polidydrazydy,amidy cykliczne (np. kwas babiturowy),hydrazony i bishydrazony aldehydów (zwłaszcza aromatycznych), jak aldehyd benzoesowy,salicylowy oraz N-acylowane pochodne,bisacylowane pochodne hydrazyny,związki heterocykliczne, jak melamina, benzotriazole, aminotriazole, hydrazony,pochodne antyutleniaczy fenolowych z grupami kompleksującymi metale,organiczne związki niklu i cyny, np. sole niklu kwasu benzylofosfoniowego.24


STABILIZATORY WŁAŚCIWOŚCIFotostabilizatoryFotostabilizatory, znane też jako stabilizatory UV, mają zazadanie hamowanie lub opóźnianie procesówfotochemicznych generujących wolne rodniki w polimerzepoddanym działaniu promieni słonecznych.Jest to około 200 znanych obecnie związków chemicznych,które stanowią jedynie 3% wśród innych <strong>do</strong>datków.Większość z nich stosuje się <strong>do</strong> poliolefin (55%)oraz <strong>do</strong> PS i PVC (20% ).25


STABILIZATORY WŁAŚCIWOŚCIFotostabilizatoryEfekt fotostabilizacji można uzyskać przez <strong>do</strong>datek związków spełniającychnastępujące funkcje:l. Absorbowanie promieniowania UV w celu ograniczenia liczby fotonów <strong>do</strong>stępnychdla grup chromoforowych polimeru. Funkcję tę spełniająhydroksyfenylobenzotriazole, stanowiące 29% wszystkich stabilizatorów UV ihydroksybenzofenony - 18%, które pochłaniają energię promieni UV i zużywają jąna wewnętrzne przegrupowania w cząsteczce, np.:26


STABILIZATORY WŁAŚCIWOŚCIFotostabilizatory2. Wygaszanie stanów wzbudzonych przez przejmowanie energii wzbudzenia grupchromoforowych w polimerze i wypromieniowanie jej w postaci ciepła lubfosforescencji.3. Wiązanie wolnych rodników, które mogłyby rozpocząć łańcuchową reakcjędegradacji. Taką funkcję spełniają aminy z przeszkodą przestrzenną znane podnazwą HALS (Hindered Amine Light Stabilizers) ~ stanowiące 44%fotostabilizatorów, oraz pochodne piperydyny.Szczególną grupę stabilizatorów UV stanowią pigmenty, wśród których ważnemiejsce zajmuje sadza, działająca jako wysokoefektywny absorber całego zakresuświatła widzialnego, pułapka wolnych rodników (obecność grup fenolowych) iwygaszacz stanów wzbudzonych. Po<strong>do</strong>bne właściwości wykazuje TiO 2.27


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCIModyfikatory właściwości stanowią największą grupę środków pomocniczych.Uwzględniając charakter właściwości podlegających modyfikacji, można jepodzielić na:•modyfikatory właściwości optycznych•modyfikatory własności mechanicznych•modyfikatory własności powierzchniowych•modyfikatory palności.28


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCIModyfikatory własności optycznychWłasności optyczne określają estetyczną jakość produktów z <strong>tworzyw</strong> <strong>sztucznych</strong> imożna je określić w kategoriach przepuszczania, odbijania i rozpraszania światła. Dopodstawowych modyfikatorów własności optycznych należą środki barwiące(barwniki, pigmenty), zarodkujące (nukleujące), rozjaśniające i matujące.Środki barwiąceOkreślony kolor <strong>tworzyw</strong>a uzyskuje się dzięki <strong>do</strong>datkom zawierającym układychromoforowe, które przepuszczają tylko pożądane długości fal światłabiałego i absorbują pozostałe. Dodatki te można podzielić na dwie grupy, tj.barwniki oraz pigmenty.29


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCIŚrodki barwiąceBarwniki są to związki rozpuszczalne w polimerze lub tak rozdrobnione, żenie rozpraszają światła, gdyż wymiary ich cząstek są mniejsze niż długośćfali. Dzięki temu <strong>tworzyw</strong>om pierwotnie przezroczystym nadają barwę, przyzachowaniu ich przezroczystości.Barwniki organiczne stosowane <strong>do</strong> polimerów dzielą się na dwie kategorie —barwniki tłuszczowe (znane też jako barwniki olejowe lub barwniki Sudan),rozpuszczalne w związkach niepolarnych lub słabo polarnych (benzynie,olejach, parafinie) i barwniki spirytusowe, rozpuszczalne w związkachśrednio polarnych (alkoholach, ketonach, eterach).Z uwagi na rozpuszczalność barwniki tłuszczowe służą <strong>do</strong> barwieniapolimerów niepolarnych i mało polarnych, natomiast barwniki spirytusowe -polimerów o większej polarności.30


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCIŚrodki barwiąceBarwniki (oraz pigmenty) organiczne dzieli się ze względu na rodzajzawartych w nich układów chromoforowych. W barwieniu polimerównajwiększą rolę odgrywają barwniki azowe (głównie czerwone-żółte) orazantrachinonowe (głównie niebieskie-fioletowe).Ponadto stosuje się barwniki oparte na piralozonie, benzopiranie,ftalocjaninie i perylenie.Specjalną grupę stanowią barwniki polimerowe, będące najczęściejliniowymi polimerami z wbu<strong>do</strong>wanymi grupami chromoforowymi.31


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCIŚrodki barwiącePigmenty są to związki nierozpuszczalne w polimerach, o znaczniewiększych od polimerów współczynnikach refrakcji, których wielkośćcząstek przekracza długości fal światła widzialnego. Dzięki temu <strong>tworzyw</strong>abarwione pigmentami cechuje kolor i nieprzezroczystość, co wynika zabsorpcji, odbicia i rozproszenia światła.Pigmenty podzielić można także na dwie kategorie, tj. pigmentynieorganiczne i organiczne. Pigmentami nieorganicznymi są najczęściejbarwne sole i tlenki metali.Do podstawowych pigmentów nieorganicznych zalicza się biel tytanową(TiO 2 ), żółcień chromową (PbCrO 4), zieleń chromową (Cr 2 O 3 ), czerwieńżelazową (Fe 20 3) oraz molibdenową (Pb(Cr,Mo,S)0 4), ultramarynę(Na 3 Al 6Si 6S 2 O 24 ) i wiele innych. Jako pigmentu czarnego używa sięzazwyczaj sadzy.32


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCIŚrodki barwiąceSpośród pigmentów organicznych najczęściej stosowane są pigmenty azowe(czerwień-żółcień), ftalocjaninowe (zieleń-błękit), antrachinonowe(czerwień-fiolet), akry<strong>do</strong>nowe i dioksazynowe (błękit-fiolet). Ponadtostosuje się pigmenty oparte na wielopierścieniowych związkacharomatycznych, takich jak flawantron, perynon, indantron, perylen i innych.Z uwagi na specyficzną rozpuszczalność, niektóre związki będącepigmentami dla jednych polimerów mogą być równocześniebarwnikami dla innych polimerów. Środki barwiące <strong>do</strong>daje się zwyklew ilości nie przekraczającej l%.Właściwą barwę lub odcień uzyskuje się często dzięki zastosowaniukompozycji barwników lub pigmentów, przy zachowaniu podstawowychzasad mieszania kolorów.33


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCIŚrodki nukleująceŚwiatło ulega rozproszeniu przez nieuporządkowane odbicie nacząstkach o różnym współczynniku refrakcji. Stanowią je przykła<strong>do</strong>woobszary krystaliczne, których gęstość jest większa niż obszarówamorficznych. Rozproszenie wewnętrzne wi<strong>do</strong>czne jest jako zmętnienie(materiał przeświecający) lub całkowity brak przezroczystości (materiałmleczny).Aby uzyskać <strong>do</strong>brą przepuszczalność światła przez polimerysemikrystaliczne, należy zredukować krystalizację i rozmiary sferolitów <strong>do</strong>wartości mniejszej niż długość fali światła widzialnego. Osiąga się to zapomocą środków nukleujących (zarodkujących) zwiększających liczbęcentrów krystalizacji.Do podstawowych środków nukleujących należą krzemionka, glina, talkoraz benzoesany litu, potasu i sodu, stosowane w formie proszków o bardzodużym (koloidalnym) rozdrobnieniu.34


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCIŚrodki matująceŚrodki matujące, których działanie polega na rozpraszaniupadającego światła, stosuje się najczęściej <strong>do</strong> matowaniafarb i lakierów.Podstawowe środki matujące — to krzemionka koloidalnaoraz woski PE i PP, używane w ilości 5–10%.35


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCIŚrodki rozjaśniająceŚrodki rozjaśniające stanowią grupę związków maskujących niektóreobjawy żółknięcia <strong>tworzyw</strong> podczas przetwarzania.Rozjaśnianie zachodzi na skutek absorpcji promieniowania UV (300–400 nm),którego energia jest następnie emitowana w <strong>do</strong>lnym zakresie widmawidzialnego (450–550 nm).Do środków rozjaśniających zalicza się organiczne związkifluorescencyjne, np. 4-alkilo-7-dialkiloaminokumaryny, winylideno-bisbenzoksazole,benzosufonowe oraz sulfonami<strong>do</strong>we pochodne 4-hydroksynaftylo-triazolilstilbenu. Środki rozjaśniające są bliskospokrewnione z tzw. pigmentami fluoryzującymi.36


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHDo głównych środków zmieniających strukturę, własnościmechaniczne i trwałość <strong>tworzyw</strong> <strong>sztucznych</strong> zalicza się :•plastyfikatory•modyfikatory udarności•napełniacze, środki sieciujące•środki spieniające•przyspieszacze starzenia.Efektywność i rodzaj stosowanych środków z tej grupymodyfikatorów zależy często od zakresu temperatur stosowania<strong>tworzyw</strong>.37


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHPLASTYFIKATORYPlastyfikatory (zmiękczacze) są to substancje zmniejszająceoddziaływania międzycząsteczkowe oraz zwiększające ruchliwośćłańcuchów polimerowych.Powoduje to obniżenie temperatury zeszklenia, twar<strong>do</strong>ści i wytrzymałościprzy jednoczesnym zwiększeniu elastyczności.Plastyfikator spełnia również funkcję smaru wewnętrznego; zmniejszatarcie podczas przesuwania się łańcuchów względem siebie, ułatwiającw ten sposób przetwarzanie.Plastyfikatory są substancjami o niskiej lotności i zróżnicowanejmieszalności z polimerem.W zależności od mieszalności dzielą się na plastyfikatory pierwszorzę<strong>do</strong>we,drugorzę<strong>do</strong>we i ekstendery.38


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHPlastyfikatory pierwszorzę<strong>do</strong>we wykazują bardzo <strong>do</strong>brą mieszalność zpolimerem (powyżej 1:1 cz. wag. plastyfikatora-polimeru),dla plastyfikatorów drugorzę<strong>do</strong>wych graniczna mieszalność z polimeremwynosi około 1:3,a dla ekstenderów — 1:20.PLASTYFIKATORYZ uwagi na nikłą mieszalność ekstendery są stosowane jako rozcieńczalniki <strong>do</strong>plastyfikatorów pierwszorzę<strong>do</strong>wych w przypadku ich <strong>do</strong>brej wzajemnejmieszalności.39


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHPLASTYFIKATORYW zakresie małych zawartości plastyfikatorów pierwszorzę<strong>do</strong>wych wpolimerze obserwuje się tzw. efekt antyplastyfikacji, polegający nawzroście ogólnej sztywności układu polimer-plastyfikator.Te same związki stosowane <strong>do</strong> plastyfikacji różnych polimerów mogąmieć charakter plastyfikatorów pierwszorzę<strong>do</strong>wych, drugorzę<strong>do</strong>wych,lub ekstenderów.Plastyfikatory stosuje się prawie wyłącznie <strong>do</strong> zmiękczania <strong>tworzyw</strong>amorficznych. Tworzywa krystaliczne są mało podatne na działaniezmiękczaczy. Wyjątek stanowią tu np. poliamidy, poli(alkohol winylowy)oraz polichlorotrifluoroetylen.40


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHPLASTYFIKATORY DO PVC41


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHModyfikatory udarnościModyfikatory udarności powodują wzrost odporności <strong>tworzyw</strong> nauderzenie, bez istotnego spadku ich sztywności. Ponieważ plastyfikatory ismary wywołują wyraźny spadek sztywności, nie są zaliczane <strong>do</strong> kategoriimodyfikatorów udarności, mimo poprawy udarności.Modyfikatory udarności zwiększają z<strong>do</strong>lność pochłaniania orazrozpraszania energii uderzenia przez <strong>tworzyw</strong>a, obniżając ich skłonność <strong>do</strong>pękania.O efektywności działania modyfikatorów udarności decyduje zarówno ichspecyficzna struktura, jak i kształt oraz dystrybucja <strong>do</strong>men w matrycypolimerowej.Typowy układ polimer-modyfikator udarności ma charakter dwufazowy o<strong>do</strong>brej adhezji na granicy faz.42


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHModyfikatory udarnościNajwiększy wzrost udarności zapewnia modyfikator tworzący strukturę sieciprzypominającej w przekroju plaster miodu (np. układ PVC/kopolimer etylenoctanwinylu lub PVC/chlorowany polietylen) lub też rozproszony w matrycypolimeru w postaci sfer o średnicy 0,2-3 mm.Do uzyskania takich struktur warunki mieszania składników oraz chłodzeniawyrobów są równie ważne, jak <strong>do</strong>bór modyfikatora pod względem bu<strong>do</strong>wychemicznej.43


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHModyfikatory udarnościPodstawową grupę modyfikatorów udarności stanowią elastomery, będącenajczęściej kopolimerami blokowymi lub szczepionymi o różnym składzie<strong>do</strong>stosowanym <strong>do</strong> modyfikowanego polimeru.Do otrzymywania wysokoudarowego polistyrenu stosuje się np. blokowekopolimery butadien styren (SBS) i etylen/propylen-styren (E/PS).Do modyfikacji polipropylenu używa się z kolei kopolimerów etylen-propylen(EPM) lub terpołimerów etylen-propylen-dien (EPDM).Poliamidy modyfikuje się za pomocą elastomerów EPDM oraz elastomerówakrylowych.44


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHModyfikatory udarnościOsobną grupę stanowią modyfikatory PVC.Zalicza się <strong>do</strong> nich np. kopolimer etylen-octan winylu (EVA), kopolimeryszczepione etylen-octan winylu/chlorek winylu (EVA/VC),poliakrylan/chlorek winylu (PAE/VC), akrylan/metakrylan metylu (ACE),terpolimery metakrylan metylu-butadien-styren (MBS), akrylonitrylbutadien-styren(ABS) oraz chlorowany polietylen (CPE).Zawartość modyfikatorów udarności w kompozycji nie przekracza zwyklekilkunastu procent.45


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHNapełniaczeNapełniacze są to stałe <strong>do</strong>datki organiczne lub nieorganiczne, w postaciproszku, kulek, włókien, skrawków i arkuszy, stosowane w ilościach od kilku<strong>do</strong> kilkudziesięciu procent.Napełniacze inertne (wypełniacze) zwiększają masę i objętość kompozycjipolimer-napełniacz i obniżają jej cenę — najczęściej przy pewnym spadkuwłaściwości.Napełniacze aktywne (wzmacniacze), powodują natomiast poprawęokreślonych własności mechanicznych i (lub) fizycznych.46


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHNapełniaczeNaturalne napełniacze organiczne, takie jak mączka drzewna, bawełna,włókna roślinne, skrawki tkanin, stosuje się głównie wraz z żywicamitermoutwardzalnymi jako składniki tłoczyw.Spośród ziarnistych wypełniaczy mineralnych największe znaczeniemają: kreda, kaolin, talk, mika, baryt, wo<strong>do</strong>rotlenek glinu, <strong>do</strong>lomit, sadza,grafit, proszki metaliczne oraz kulki szklane.Stosowane są one zarówno <strong>do</strong> <strong>tworzyw</strong> termoplastycznych, jak i chemo- itermoutwardzalnych. Mogą one zwiększać gęstość, sztywność, twar<strong>do</strong>ść iodporność termiczną, zmniejszać skurcz i modyfikować innewłaściwości, np. przewodnictwo elektryczne oraz cieplne.47


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHNapełniaczeDo podstawowych napełniaczy wzmacniających zalicza się włókna: szklane,metaliczne (np. borowe), ceramiczne, wiskersy (kryształy włókniste), węglowei arami<strong>do</strong>we (np. kevlar).W grupie <strong>tworzyw</strong> termoplastycznych 90% napełniaczy zużywa się <strong>do</strong> PVC,PP, PA, PET i PBT. Do PVC stosuje się również ziarniste napełniaczenieorganiczne, a <strong>do</strong> PA, PET PBT w 80% krótkie włókna szklane.Włókna długie, w postaci pasm, mat, tkanin, używane są zwykle jako nośnikiwzmacniające <strong>do</strong> laminatów opartych na żywicach chemo- itermoutwardzalnych.Do zapewnienia <strong>do</strong>brej adhezji na granicy polimer-napełniacz używa siępromotorów adhezji.48


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHNapełniacze – wpływ na zmiany własności49


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHŚrodki sieciująceŚrodki sieciujące służą <strong>do</strong> wytwarzania poprzecznych wiązań między łańcuchami polimerów.Powodują one zmianę właściwości fizykochemicznych i mechanicznych poszczególnychpolimerów, np. wzrost temperatury zeszklenia, odporności cieplnej i chemicznej, twar<strong>do</strong>ści,wytrzymałości na rozciąganie itp.W przypadku mieszanin wielofazowych stabilizują ich morfologię, zwiększają adhezję na granicyfaz i mają działanie kompatybilizujące. Najważniejszą grupę stanowią nadtlenki organiczne —zwłaszcza alkilowe, np. ditertbutylu, dikumylu oraz bis(tertbutyloperoksyizopropylo)benzen.Podstawowe znaczenie mają związki, które rozkładają się, tworząc wolne rodniki wtemperaturach przetwórstwa (l20-220°C), z umiarkowaną szybkością.Nadtlenki stosowane są <strong>do</strong> sieciowania polietylenu i kopolimerów etylenu (etyłen-propylen,etylen-propylen-dien, etylen-octan winylu), a także kauczuków (styren-izopren, styrenbutadien,butadien-akrylonitryl, polichloropren, k.silikonowy i inne).Dodaje się je zwykle w ilościach nieprzekraczających 1–3%. Typowe zastosowanie obejmują:izolacje, powłoki, pianki itp.50


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHPrzyspieszacze starzeniaW przeciwieństwie <strong>do</strong> innych modyfikatorów własności mechanicznychprzyspieszacze starzenia mają za zadanie wywołanie szybszego rozkładu<strong>tworzyw</strong> <strong>sztucznych</strong> przez czynniki atmosferyczne i biologiczne, przyzachowaniu <strong>do</strong>brych właściwości w fazie przedużytkowej.Do głównych <strong>do</strong>datków przyspieszających starzenie zaliczyć możnafotosensybilizatory (starzenie atmosferyczne) i napełniacze biodegra<strong>do</strong>walne(starzenie biologiczne).51


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHPrzyspieszacze starzeniaFotosensybilizatory (fotouczulacze) zwiększają intensywność procesówfotodegradacji pod wpływem promieniowania UV.Niezależnie od chemicznej modyfikacji polimerów, polegającej nawprowadzeniu <strong>do</strong> łańcuchów grup światłoczułych, szybkość fotodegradacjimożna przyspieszyć przez zastosowanie <strong>do</strong>datków z grupami karbonylowymi,nitrozowymi, chinonowymi, diazowymi i nadtlenkowymi.Efektywnymi fotouczulaczami są tlenki i sole niektórych metali oraz związkimetaloorganiczne.52


MODYFIKATORY WŁASNOŚCI MECHANICZNYCHPrzyspieszacze starzeniaDo podstawowych napełniaczy biodegra<strong>do</strong>walnych zaliczyć można skrobię orazcelulozę i niektóre ich pochodne, które ulegają biodegradacji pod wpływemgrzybów lub bakterii.Jeśli napełniacz tworzy fazę ciągłą, zostaje on szybko usunięty przezmikroorganizmy. Matryca polimerowa z usuniętą fazą napełniacza ma rozwiniętąpowierzchnię i staje się bardziej podatna na destrukcyjne działanie czynnikówatmosferycznych i biologicznych.53


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHWiele cech użytkowych wyrobów z <strong>tworzyw</strong> <strong>sztucznych</strong> związanych jest zprocesami i zjawiskami zachodzącymi na ich powierzchni.Do podstawowych środków umożliwiających modyfikację charakterystykipowierzchniowej <strong>tworzyw</strong> <strong>sztucznych</strong> należą:•antystatyki•promotory adhezji•środki poślizgowe, antypoślizgowe, antyblokingowe i antyfogingowe.54


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHAntystatykiZadaniem anty(elektro)statyków jest wytworzenie przewodzącej warstwypowierzchniowej na nieprzewodzącym materiale polimerowym,umożliwiającej odprowadzenie gromadzącego się na powierzchni <strong>tworzyw</strong>statycznego ładunku elektrycznego.Elektryczność statyczna może powo<strong>do</strong>wać wyła<strong>do</strong>wania iskrowewywołujące pożary i wybuchy, np. w kopalniach, młynach i zakładachchemicznych. Jest szkodliwa dla zdrowia i prowadzi <strong>do</strong> nadmiernegoosadzania się kurzu na powierzchni wyrobów. Stanowi też poważnyproblem w przetwórstwie, np. przy kalandrowaniu, wytłaczaniu, przędzeniuwłókien, barwieniu i drukowaniu.55


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHAntystatykiAntystatyki zawierają w cząsteczce grupy hydrofobowe i hydrofilowe.Pierwsze z nich, wskutek większego powinowactwa <strong>do</strong> polimeru,umożliwiają zakotwiczenie związku na powierzchni wyrobu, podczas gdydrugie wiążą wodę, zwiększając w ten sposób przewodnictwo elektrycznepowierzchni.Rozróżnia się antystatyki wewnętrzne i zewnętrzne. Pierwsze wprowadzasię <strong>do</strong> polimeru w czasie przetwarzania. Wskutek niskiej rozpuszczalnościw polimerze migrują one na powierzchnię, tworząc warstwę przewodzącą.Antystatyki zewnętrzne nakłada się na powierzchnię wyrobów przezzanurzenie lub natryskiwanie.56


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHAntystatykiNajliczniejszą grupą antystatyków są etoksylowane aminy alifatyczne (48%),następną alkilosiarczany (25%) oraz estry kwasów tłuszczowych, główniestearynian laurynian gliceryny (16%).Antystatyki stosuje się w ilościach od 0,1 <strong>do</strong> 4%.Największe ilości zużywa się <strong>do</strong> <strong>tworzyw</strong> polistyrenowych, polichlorkuwinylu) oraz poliolefin. Obniżają one oporność powierzchniową <strong>tworzyw</strong> okilka rzędów wielkości.57


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHAntystatykiDo specyficznych środków antystatyzujących zaliczyć można takżenapełniacze przewodzące, takie jak proszki i włókna metaliczne, grafit,sadza przewodząca oraz przewodzące związki organiczne, wśród nichpolimeryczne — polianilina i polipirol.Po przekroczeniu krytycznej zawartości w <strong>tworzyw</strong>ie (stanowiącej prógperkolacji) umożliwiają one nie tylko obniżenie opornościpowierzchniowej, lecz także skrośnej, prowadząc w ten sposób <strong>do</strong>powstania układów przewodzących.58


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHPromotory adhezjiPromotory adhezji — to środki zmniejszające napięciepowierzchniowe na granicy mer-polimer i polimernapełniacz,co prowadzi <strong>do</strong> wzrostu adhezjimiędzyfazowej.Środki te odgrywają ważną rolę przy sporządzaniumieszanin polimerowych oraz polimerów napełnianych.59


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHPromotory adhezjiW przypadku niepolarnych i mało polarnych polimerów z wypełniaczaminieorganicznymi, takimi jak kreda, kaolin, talk, znaczną efektywnośćjako promotory adhezji wykazują kwasy tłuszczowe i ich sole (np.wapniowe).W przypadku wypełniaczy szklanych bardzo <strong>do</strong>brymi promotoramiadhezji są silany.W przypadku mieszanin polimerowych jako promotory adhezji (zwanerównież kompatybilizatorami) stosuje się odpowiednie kopolimery blokowe iszczepione.60


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHŚrodki poślizgowe, antypoślizgowe i antyblokingoweŚrodki poślizgowe <strong>do</strong>daje się wówczas, gdy folie (np. w formie rękawa)wykazują zbyt dużą tendencję <strong>do</strong> przywierania <strong>do</strong> siebie lub części maszyn, coutrudnia, a często uniemożliwia, operację ich rozdzielania (np. otwieranieworeczka).Dotyczy to zwłaszcza folii polietylenowych i polipropylenowych. Bardzoefektywnymi środkami poślizgowymi dla polietylenu i polipropylenu sąodpowiednio oleamid i erukamid <strong>do</strong>dawane w ilości 0,05% <strong>do</strong> polimeru.61


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHŚrodki poślizgowe, antypoślizgowe i antyblokingoweZ drugiej strony folie skła<strong>do</strong>wane w większych stosach są niekiedy tak śliskie,że „rozjeżdżają się” w czasie przenoszenia lub transportu.W takim przypadku dla zwiększenia tarcia stosuje się środki antypoślizgowenanoszone na powierzchnię folii.Dobrymi środkami antypoślizgowymi są np. zawiesiny polioctanu winylu lubroztwory polipropylenu ataktycznego z <strong>do</strong>datkiem wosku jako regulatoraadhezji.62


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHŚrodki poślizgowe, antypoślizgowe i antyblokingoweŚrodki antyblokingowe zapobiegają „zbrylaniu” się płyt lub folii poddanychzwiększonemu ciśnieniu lub temperaturze. Z tego względu są one bardzo po<strong>do</strong>bne<strong>do</strong> środków poślizgowych i razem z nimi stosowane. „Zbrylanie” częstowystępuje w zwojach i stosach poddanych działaniu ciśnienia.Do najbardziej efektywnych środków antyblokingowych, wprowadzanych <strong>do</strong>masy polimeru w ilości ok. 0,1%, zalicza się silnie rozdrobnioną kredę ikrzemionkę. W przypadku PVC stosuje się także wosk ami<strong>do</strong>wy w ilości ok. 1%.63


MODYFIKATORY WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNIOWYCHŚrodki antyfogingoweŚrodki antyfogingowe zmniejszają napięcie międzyfazowe na powierzchnifolii, powodując rozpływanie się powstających na folii kropelek wody wciągłą warstewkę.Ułatwia to parowanie oraz zwiększa przepuszczalność światła. Środki te,<strong>do</strong>dawane w ilości ok. 1%, mają istotne znaczenie np. w ogrodnictwie przyuprawach pod folią.Dobrymi środkami antyfogingowymi są estry kwasów tłuszczowych ialkoholi wielowo<strong>do</strong>rotlenowych, np. laurynian, oleinian, stearynian orazpolioksyetylenostearynian 1,4 sorbitanu.Nieco gorsze właściwości mają analogiczne monoestry gliceryny.64


MODYFIKATORY PALNOŚCI•opóźniacze palenia•środki zmniejszające palność <strong>tworzyw</strong>•środki przeciwdymne65


MODYFIKATORY PALNOŚCIW procesie palenia się polimerów można wyodrębnić 5 stref na granicy polimer--powietrze:1) warstwa polimeru, w której zachodzi piroliza i w niewielkim stopniu utlenianie;2) powierzchnia polimeru, w której zachodzi termiczne utlenianie;3) strefa, w której powstaje mieszanina gazów związków małocząsteczkowychpowstałych w wyniku reakcji pirolizy i utleniania oraz tlenu;4) strefa płomienia, w której jest największa ilość ciepła powstała w wyniku spalaniaproduktów gazowych ze strefy 3;5) strefa, w której gromadzą się produkty po spalaniu.Szybkość palenia polimeru zależy od szybkości dyfuzji tlenu i przenoszenia ciepła zpłomienia na powierzchni polimeru.66


MODYFIKATORY PALNOŚCIOpóźniacze paleniaŚrodki opóźniające palenie, tzw. opóźniacze palenia albo antypireny, są tozwiązki chemiczne, które inhibitują proces zapalenia się oraz wpływają nazmniejszenie szybkości (spowolnianie) reakcji pirolizy lub utleniania siępolimerów/<strong>tworzyw</strong> podczas kontaktu z płomieniem.67


MODYFIKATORY PALNOŚCIŚrodki opóźniające palenie można podzielić na dwie następujące grupyw zależności od rodzaju polimeru:1. Reaktywne związki, które są trwale związane z polimerem podczassyntezy lub sieciowania. Takimi związkami używanymi przedewszystkim <strong>do</strong> poliestrów, poliuretanów, epoksydów są:tetrabromodieny, pentabromofenol, heksabromoftalan, poliolezawierające fosfor lub halogenki.2. Nieaktywne związki, które nie reagują z polimerem i są <strong>do</strong>dawane wprocesie przetwarzania. Stosowane są przede wszystkim <strong>do</strong>termoplastów.68


MODYFIKATORY PALNOŚCIZwiązki fosforoorganiczne są bardzo skuteczne, gdyż w czasie paleniawytwarzają stabilną formę kwasu poli(meto-fosforowego), któratworzy warstwę izolacyjną na powierzchni polimeru.Związki halogenofosforowe podczas palenia wydzielają tritlenek fosforu,który jest efektywnym dezaktywatorem rodnikówPC1 3+ * OH POC1 3+ H *POC1 3+ 2H* PC1 3+ H 2OFosforan trikrezylu jest skutecznym antypirenem i jednocześnieplastyfikatorem, np. poli(chlorku winylu).69


MODYFIKATORY PALNOŚCIZwiązki zawierające halogen. Względna efektywność halogenkówalifatycznych zmniejsza się w następującym szeregu:bromki alifatyczne > chlorki alifatyczne = bromki aromatyczneTemperatura rozkładu bromków aromatycznych wynosi 280–300°C, aalifatycznych 200–250°C. Związki halogenoorganiczne (HX) bardzoskutecznie inhibitują reakcję procesu palenia przez dezaktywacjępowstających rodników.HO + HX H 2 O + X *X * + HX H * + X 2Te reakcje są szybsze niż reakcja propagacji rodników.Skuteczność związków halogenowych zmniejsza się w szereguH > HBr > HCl > HF70


MODYFIKATORY PALNOŚCIZwiązki zawierające antymon.Najczęściej używanymi są tritlenek antymonu,Działanie ich zwiększa się w mieszaninie ze związkamihalogenoorganicznymi (efekt synergiczny), np. mieszania Sb 2O 3zpentanobromotoluenem i chloroparafiną jest wyjątkowo skuteczna.71


MODYFIKATORY PALNOŚCIZwiązki zawierające bor.Uwodnione borany w podwyższonej temperaturze rozkładają się zuwolnieniem dużych ilości wody, a niektóre również amoniaku.Tworzący się tlenek boru w postaci szklistej substancji skutecznie tłumipłomień. Używane są m.in. <strong>do</strong> polimerów technicznych.72


PRZYKŁADY DZIAŁANIA I STOSOWANIA ZWIĄZKÓW BORU:- 8 • hydrat pentaboran amonu rozkłada się w temp. 120-140°C zgodniez reakcją(NH 4) 2O • 5 B 2O 3• 8 H 2O 3 HN 3+ 9 H 2O + B 2O 3i używany jest <strong>do</strong> żywic epoksy<strong>do</strong>wych oraz poliuretanów.- 3,5 • hydrat triboran cynku 2 ZnO • 3 B 2O 3• 3,5 H 2O rozkłada się wtemperaturze ok. 290°C i jest stosowany <strong>do</strong> PEK, PSU, PA w ilości 0,5-2%.-wo<strong>do</strong>rotlenek boru rozkłada się w temp. 260-300°C zgodnie zeschematem reakcji2B(OH) 3 B 2O 3+ 3 H 2Ojest używany <strong>do</strong> zwiększenia odporności na palenie PEK, PI, PEI73


MODYFIKATORY PALNOŚCIOpóźniacze paleniaOrganiczne opóźniacze palenia zawierają chlor, brom lub fosfor. Antypirenychloro-i bromoorganiczne działają głównie jako inhibitory zapłonu przezdezaktywację rodników powstałych w czasie utleniania. Tworzą też lotneoksychlorki z<strong>do</strong>lne wytworzyć barierę dla dyfuzji tlenu <strong>do</strong> strefy zapłonu(gaszenie chemiczne).Związki chloroorganiczne są mniej aktywne niż bromoorganiczne, lecztańsze.Największe znaczenie przy temperaturach przetwarzania poniżej 200°C,mają chlorowane parafiny.74


MODYFIKATORY PALNOŚCIOpóźniacze paleniaW wyższych temperaturach stosuje się np. kwasheksachloroen<strong>do</strong>metylenotetrahydroftalowy (HET) i jego bezwodnik orazbezwodnik tetrachloroftalowy.Związki bromoorganiczne to np.: tetrabromobisfenol A (epoksydy,poliwęglany), bromowane difenyle i etery difenylowe (<strong>tworzyw</strong>apolistyrenowe), heksabromocyklodekan i l,4-bis(bromometylo)tetrabromobenzen (poliolefmy), dibromopentaerytrytol(poliuretany, poliestry liniowe), heksabro-mobenzen (poliamidy) oraz związkipolimeryczne, np. poli(tribromostyren).Związki bromoorganiczne są często stosowane w mieszaninie synergicznej zSb 2O 3i Mo0 3.75


MODYFIKATORY PALNOŚCIOpóźniacze paleniaEstry fosforoorganiczne wytwarzają podczas palenia izolacyjną warstwękwasu poli(metafosforanowego) na powierzchni polimeru.Skuteczne działanie ma fosforan trikrezylu stosowany jako zmiękczacz <strong>do</strong>PVC i poli(tlenku fenylenu).Czwartorzę<strong>do</strong>we związki fosfoniowe zalecane są jako antypireny <strong>do</strong> ABS ipoliolefin.Spośród związków nieorganicznych podstawowe znaczenie mają uwodnionytlenek glinu i wo<strong>do</strong>rotlenek magnezu, stanowiące 47% stosowanychantypirenów. Pochłaniają one ciepło wydzielające się podczas spalania, a<strong>do</strong>datkowo odszczepiają wodę (gaszenie fizyczne), która w postaci pary jestnietoksycznym środkiem rozcieńczającym gazy strefie zapłonu.Działanie uniepalniające wykazują także związki boru, zwłaszcza borany ipochodne trichloroalkilowe oraz niektóre silikony.76


MODYFIKATORY PALNOŚCIOpóźniacze paleniaAntypireny (poza chlorowanymi parafinami) są na ogół ciałami stałymi,zdyspergowanymi w polimerze w ilościach <strong>do</strong> około 10%.Jednym ze sposobów opóźniania palenia jest powlekanie powierzchni<strong>tworzyw</strong>a „puchnącymi” powłokami, złożonymi z alkoholiwielowo<strong>do</strong>rotlenowych, środków spieniających i odwadniających, które wwyniku spalania wytwarzają izolacyjną warstwę węgla na powierzchnipolimeru.77


MODYFIKATORY PALNOŚCIŚrodki przeciwdymneNiezależnie od zmniejszenia palności <strong>tworzyw</strong> <strong>sztucznych</strong> istotne jest równieżzmniejszenie ilości dymu i szkodliwych produktów lotnych w czasie palenia.W przypadku PVC efektywnym środkiem przeciwdymnym i <strong>do</strong>datkowozmniejszającym palność jest trihydrat glinu. Dobrymi środkamiprzeciwdymnymi są również mieszaniny tritlenku antymonu i boranów metali(baru. wapnia, cynku).Z<strong>do</strong>lność dymotwórczą PVC można zmniejszyć o połowę przez zastosowanieokoło 5% tlenku molibdenu. W przypadku terpolimeru ABS 6% <strong>do</strong>datektetrafenyloołowiu zmniejsza wydzielanie dymu o 50%.Obecność związków uniepalniających zawierających fluorowce zmniejsza naogół efektywność działania środków przeciwdymnych.78

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!