Влияние технологических параметров процесса экструзионного ламинирования на свойства комбинированного материала Полиэтилен - Бумага (1090423), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При этом глубина затекания расплава в бумагу, наобразцах с низкой адгезионной прочностью, определенная методом измененияугла сканирования образца, не превышает 0,5 среднего диаметра волокон бумаги. Это свидетельствует о том, что смачивания поверхности расплавом и затекания его между волокнами бумаги не происходит.В случае достаточно высоких адгезионных показателей КПМ мы наблюдаем лучшую смачиваемость и затекание расплава между волокнами бумаги,которые после отслаивания оказались на поверхности полиэтиленового слоя.Таким образом, установлено, что поведение расплавов отечественныхполиэтиленов значительно отличается от импортных аналогов. Причиной низкой адгезионной прочности материалов на основе отечественного ПЭ являютсябольшие углы смачивания и их рост с увеличением температуры, препятствующие затеканию расплава в микрорельеф поверхности картона и установлению адгезионного взаимодействия на границе полиэтилен-бумага (картон)Представляло интерес выяснить, не могут ли реологические характеристики отечественных и импортных полиэтиленов, даже при близких ПТР, различаться при температурах, скоростях сдвига и напряжениях сдвига, которыереализуются в экструдере при процессе экструзионного ламинирования.Поэтому были сняты кривые течения исследованных образцов полиэтиленов на капиллярном вискозиметре постоянных давлений КВПД-1 и лабораторной вискозиметрической установке на базе экструдера с диаметром шнека12 мм.На рисунке 5 и 6 представлены зависимости эффективной вязкости расплава отечественного ПЭ и сополимера PRIMACOR – 4608, которые максимально различаются как по значению ПТР, так и по смачиваемости поверхности бумаги.
Аналогичные результаты были получены и для других образцовотечественных и импортных полиэтиленов.1,00E-021,00E-0312341,00E-04101001000Градиент скоростей сдвига, с-1Рисунок 5. Кривые течения отечественного полиэтилена. 1 - при 200оС,2 - 250оС, 3 - 270оС, 4 - 300оС.11Эффективная вязкость, кгс*с/см21,00E-021,00E-0312341,00E-04101001000Градиент скоростей сдвига, с-1Рисунок 6. Кривые течения полиэтиленов: PRIMACOR – 4608 1 - при270 С, 2 - 300оС, и отечественного 3 – при 270оС, 4 - 300оС.Как видно из представленных графиков, ни у отечественного, ни у импортного полиэтилена во всем исследованном интервале температур и скоростей сдвига не наблюдалось аномалии вязкости.
Из сравнения вязкостныхсвойств отечественных и импортных полимеров (рисунок 6) следует, что отечественные полиэтилены имеют меньшую эффективную вязкость, что должнобыло обеспечить им преимущество с точки зрения смачиваемости поверхностиосновы. Учитывая, что аналогичные результаты по смачиванию были полученына бумаге с различной шероховатостью от 300 до 2000 мл/мин, (показатель шероховатости, указанный в технической документации и определяемый по объему воздуха, проходящего при определенном давлении через стандартную щельмежду металлической плоскостью и поверхностью бумажного образца), ухудшение смачиваемости при повышении температуры можно объяснить сшиванием отечественных полиэтиленов в очень тонком поверхностном слое.Поэтому можно ожидать, что использование приемов, препятствующихданному процессу, позволит изменить свойства отечественного образца и довести смачивание до уровня импортных аналогов.Предположительно, сшивание в поверхностных слоях полиэтилена можетпроисходить в результате взаимодействия расплава с кислородом воздуха послевыхода его из экструзионной головки.
Предотвратить данный процесс могла быдобавка в полимер достаточного количества термостабилизатора, а также интенсивное физическое воздействие на расплав, приводящее к деструкции фракций полимера с высокой молекулярной массой, например, воздействие ультразвуковыми колебаниями (УЗ).Для проверки данного предположения провели экструзионное смешениев расплаве полиэтилена марки 11503-070 (г. Казань), обладающий самыми низо12Краевой угол смачивания,, град.кими адгезионными характеристиками, с термостабилизатором «Ирганокс1010», а также со стабилизатором «IRGAFOS 168» фирмы «Сиба», добавленными в количестве 0,2% масс.Результаты зависимости угла смачивания от температуры для стабилизированного полиэтилена представлены на рисунке 7.908070605040301220100250260270280290300Температура, оСРисунок 7.
Зависимость угла смачивания бумаги расплавом полиэтилена,стабилизированного Ирганокс 1010 (1) и IRGAFOS-168 (2).Как видно из графиков, введение стабилизатора в отечественный полиэтилен приводит к снижению угла смачивания при повышении температуры,что является подтверждением предположения о сшивании поверхностных слоев при отсутствии стабилизатора.Для оценки возможности улучшения смачиваемости ПЭ-бумаги, путемфизического воздействия на расплав была проведена модификация образцовдвумя методами: ультразвуковой обработкой расплава и введением в расплавстабилизатора (Ирганокс 1010).Модификацию расплава осуществляли непосредственно в процессе экструзионного ламинирования.
Для этого лабораторную установку оснастили узлом УЗ обработки, который встроили в зоне перехода расплава из первого экструдера во второй. Мощность генератора была 1,5 кВт, частота колебаний 22,8кГц, использовали магнитострикционный преобразователь с водяным охлаждением с титановым волноводом, который был введен непосредственно в расплав.Результаты эксперимента приведены на рисунке 8:13Краевой угол смачивания, град.9018070605040302023100260270280290300Температура, 0 ССопротивление расслаиванию, Н/мРисунок 8.
Зависимость равновесного угла смачивания бумаги расплавом: 1 – нестабилизированного ПЭ, 2 – стабилизированного ПЭ, 3 - расплавомнестабилизированного ПЭ, обработанным УЗ.Результаты проведенного эксперимента позволили сделать вывод о том,что как введение в полиэтилен стабилизатора, так и воздействие на его расплавультразвуковых колебаний приводит к снижению угла смачивания с ростомтемпературы.
Причем метод ультразвукового воздействия особенно эффективен.Кроме смачивания, представляло интерес оценить адгезионную прочность полученного ПКМ на основе отечественного и импортного ПЭ при комбинации различных методов дополнительной обработки. С этой целью былоизучено сопротивление расслаиванию образцов КПМ. В качестве контрольногообразца использовали ПЭ без добавки стабилизатора, нанесенный на необработанную бумагу. Нанесение расплава проводили при 300оС.Результаты эксперимента представлены на рисунке 9:180160140120Желаемый уровень1008060Требуемый уровень по ТУ40200123456образецРисунок 9. Сопротивление расслаиванию модифицированных материалов полиэтилен-бумага.
1 – ПЭ нанесен на необработанную бумагу; 2 – ПЭ,нанесен на бумагу, обработанную коронным разрядом; 3 – ПЭ с добавкой ста14Сопротивление расслаиванию, Н/мбилизатора нанесен на необработанную бумагу; 4 –ПЭ с добавкой стабилизатора нанесен на обработанную коронным разрядом бумагу; 5 –ПЭ, обработанныйУЗ, нанесен на необработанную бумагу; 6 – ПЭ (без стабилизатора), обработанный УЗ, нанесен на обработанную коронным разрядом бумагу.Из полученных результатов следует, что как обработка поверхности бумаги коронным разрядом, так и стабилизация полимера приводит к росту адгезионных показателей материалов, но наиболее эффективным способом являетсяобработка расплава полиэтилена ультразвуком.
Ультразвуковая обработка увеличивает адгезию ПЭ к бумаге более чем в 8 раз, что превышает не только величину сопротивления расслаиванию, лимитируемую технической документацией на материал (40 Н/м), но и желаемый уровень этого показателя (100 Н/м).Обычно для достижения достаточного адгезионного взаимодействия припроизводстве упаковочных материалов приходится повышать температуру экструзии расплава свыше 300оС. При этом ухудшаются их санитарногигиенические показатели.
Чтобы сохранить высокое качество упакованныхпродуктов, при производстве КПМ на первый слой, нанесенный при высокойтемпературе, наносят еще один слой при температуре не выше 270оС. Такойприем гарантирует необходимые органолептические свойства упакованныхпродуктов и обеспечивает сохранение их полезных свойств. Однако и технологически, и экономически выгодно было бы достигать требуемого адгезионноговзаимодействия, нанося только один слой ПЭ при температуре не выше 270оС.Поэтому необходимо было проверить, можно ли достичь достаточно высоких адгезионных показателей, применяя УЗ обработку расплава при температуре 270оС и 300оС. Результаты исследования представлены на рисунке 10:180при 270 оС160140при 300 оСЖелаемый уровень12010080Требуемый уровень по ТУ604020Рисунок 10. Сопротивление расслаиванию образцов, полученных экструзией на поверхность картона расплава ПЭ при температурах 270оС и 300оС.1 – Расплав ПЭ наносили на необработанную бумагу; 2- расплав ПЭ наносили на бумагу, обработанную КР; 3- расплав ПЭ, обработанный УЗ, наноси15ли на необработанную бумагу; 4 – расплав ПЭ, обработанный УЗ, наносили набумагу, обработанную КР.Как видно из диаграммы, обработка КР бумаги приводит к увеличениюсопротивления расслаиванию материала.
Но в то же время, обработка расплаваПЭ ультразвуком, обеспечивает значительно больший эффект как на исходной,так и на обработанной КР бумаге. При этом высокое адгезионное взаимодействие сохранялось у исследуемых материалов и после года хранения материалапосле его получения, а санитарно-гигиенические показатели соответствовалиустановленным нормам.Таким образом, обработка расплава полиэтилена ультразвуком являетсяэффективным способом улучшения смачивания бумаги полиэтиленом, повышения адгезионной прочности между слоями комбинированного материала иулучшения санитарно-гигиенических характеристик материала.Интересно было выяснить, влияет ли УЗ обработка расплава на наличиекислородосодержащих групп в поверхностных слоях полиэтилена.Концентрацию кислородосодержащих групп оценивали методом ФурьеИК-спектроскопии МНПВО по отношению интенсивностей полос поглощенияв области 1600 см -1 (карбонильные группы), 1720-1740 и 1460 см-1.
1720-1740см-1 - это область поглощения алифатических альдегидных и карбоксильныхгрупп, а 1460 см-1 - внутренний стандарт для ПЭ.Характерные ИК спектры представлены на рисунке 11, а результаты анализа спектров МНПВО представлены в таблице 2.Таблица 2.Отношение интенсивностей полос поглощения образцов полиэтилена.МатериалИсходный ПЭПЭ,обработанный УЗСпособ приготовленияобразцаD1600/D1460 D1720/D1460Экструзия при 2700С0,0070,009Экструзия при 3000С0,0140,021Экструзия при 2700С0,130,06Экструзия при 3000С0,160,0816Рисунок 11. ИК спектры полиэтиленовых пленок.Как следует из данных таблицы 2, обработка расплава ПЭ при экструзииУЗ способствует повышению концентрации кислородосодержащих групп в поверхности ПЭ слоя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
