13. Подготовка полимерных композиций к переработке

К подготовительным операциям относят: смешение компонентов, сушка, растворение и измельчение.

Смешение - технологический процесс, применяемый для введения в полимер добавок, кот. целенаправленно изменяют его св-ва и гомогенизируют композицию.

Перед смешением ингредиентов целесообразно проводить просеивание компонентов, сушку, а при необходимости увлажнение и взвешивание. В некот. случаях осущ. дробление отходов, кот. после измельчения подаются на смешение. Просеивание проводится с целью очистки мат-ла от посторонних включений, а также от крупных агломератов.

Сушку полимерных мат-лов ведут при повышенной влажности. Для того, чтобы исключить возникновение пор, раковин, вздутий и др. видов брака уже на стадии переработки.

Взвешивание производят с помощью дозаторов в крупносерийных производствах, а в мелкосерийных – обычные технические весы.

Дробление отходов осуществляется в измельчителях, дробилках, мельницах и др. устройствах. Затем тонко измельченные порошки полимеров добавляют к первичным полимерам в кол-ве 5-30% с целью экономии базового полимера. Основным требованиям к процессам смешения является достижения структурные однородности, изотропности композиций. При введении в полимер наполнителей и некоторых др. ингредиентов обычно увеличивается структурная однородность, поэтому в процессе смешения обычно стремятся к достижению равномерного распределения компонентов. Особенно к такому результату стремятся при введении красителей. При окрашивании к бесцветному гранулированному или порошкообразному полимеру добавляют окрашенный полимер. В некоторых случаях в полимеры вводят пигменты с целью окрашивания.

Процессы смешения полимера с наполнителями, красителями или др. твердыми компонентами, а также со вторичным сырьем, на производстве осуществляется в барабанных смесителям. Часто используются горизонтальные цилиндрический смеситель барабанного типа.

Недостаток: перемешивание идет только вдоль плоскости вращения.

Используются цилиндры аналогичные со смещенной осью вращения.

Находит применение биконический вертикальный смеситель. Более эффективным явл-ся бицилиндрический или V-обр. смеситель.

Тетраэдрический смеситель.

При вращении барабанных смесителей сыпучие компоненты перемещаются за счет циркуляции мат-лов. Данный метод прост, он обеспечивает достаточно хорошее смешении, однако процесс смешения длителен и достаточно энергоемкий. Для интенсификации смешении иногда применяются смесители с мешалками. Качество смешения м.б. оценено с помощью коэф-та неоднородности. При высоком кач-ве смешения коэф-т неоднородности стремится к нулю. Чем меньше коэф-т неоднородности, тем лучше качество смешения.

В целом ряде случаев осуществляется смешение сыпучих и жидких компонентов. Смешивают пластификаторы, растворители, жидкие стабилизаторы, пасты на их основе. Поэтому смешение осуществляется в смесителях лопастного типа. Если жидкие компоненты вводить в небольших количествах, то к ним добавляют полимеры небольшими порциями и проводят последовательное смешение до получения однородной массы. При получении растворов растворитель или пластификатор добавляют к полимеру по частям. В начале вливают от 1/3 до 2/3 жидкости и перемешивают, а затем добавляют остальную часть жидкого компонента и осуществляют следующую часть смешения. Наибольшей равномерности достигают при смешении полимеров с др.полимерами или ингредиентами композиций в вязкотекучем состоянии. Процесс осуществляется периодическими или непрерывными методами. Смешение периодическим методом осуществляется с помощью вальцов. Процесс вальцевания явл-ся трудоемким. Кроме того, при смешении наблюдается значительная деструкция полимера по причине термоокисления при длительном контакте расплава с кислородом воздуха. Смешение полимера с др. компонентами осуществляется в смесителях закрытого типа (роторные смесители или экструдеры)

В технологических процессах часто возникает необходимость удаления летучих веществ, поэтому полимерные мат-лы подвергаются сушке. Применяются ленточные сушилки непрерывного действия, тоннельные сушилки, полочные вакуум-сушилки, сушилки с кипящим слоем. Вакуумные сушилки используют для подсушки полимеров перед переработкой. На практике предварительно сушат полиамиды, особенно поликарбонаты. Применяют также для сушки композиций.

Применяют растворение, при этом полимеры растворяются в различных жидкостях. Из полученных растворов получают пленки, покрытия, клеи, пены. Растворение полимеров осуществляется в две стадии:

- осуществляется набухание полимера вследствие проникновения в его объем молекул растворителя. Этот процесс вызван значительной разницей в коэф-те диффузии полимера и растворителя.

- собственное растворение полимера. Этот процесс заключается во взаимной диффузии материала полимера и растворителя. Этот приводит к разделению элементов структуры полимера и в конечном итоге приводит, образует истинный раствор полимера. Эта операция обычно ускоряется перемешиванием.

Поскольку растворение идет с поверхности материала, то скорость процесса тем выше, чем больше величина поверхности. Поэтому измельчение полимеров способствует интенсификации растворения полимеров. Растворение осуществляется в смесителях, кот. имеют мешалку. Компоненты подаются в смеситель посредством специальных мерников-дозаторов. Требования к растворителям:

- должны обладать достаточной растворяющей способности по отношению к полимерам;

- должны иметь неограниченное смешение полимера с растворителем;

- должен иметь место максимальный градиент вязкости, т.е. должно наблюдаться значительное изменение вязкости с изменением температуры. Это облегчает в дальнейшем последующие технологические операции: фильтрация, деаэрация;

- оптимальная степень летучести;

- min значение концентрационного коэффициента вязкости, т.е. вязкость расплава по возможности должна мало изменяться с изменением концентраций полимера. Это важно при получении пленок методом полива с тем, чтобы избежать значительной усадки пленки при последующем растворении растворителя;

- должен обладать химической способностью и инертностью по отношению к др. компонентам раствора, а также к материалу оборудования;

- должен обладать нетоксичностью, взрыво- и пожаробезопасностью;

- д.б. экономичным (доступным, должен иметь невысокую стоимость, по возможности должен подвергаться регенерации для последующего испытания).

Однородность зависит от смесительного оборудования, от порядка загрузки компонентов и режима перемешивания. На практике используют вертикальные или наклонно горизонтальные аппараты в коррозионностойком исполнении. Аппараты должны снабжаться мешалками. Конструкция мешалки должна обеспечивать эффективное перемешивание массы во всем объеме аппарата. Для того, чтобы обеспечить лучшее растворение, необходимо дать возможность для набухания полимеров в растворителях.

Измельчение. На практике используется сырье с достаточно крупными частицами(3-5мм). Сырье м.б. в виде гранул (термопласт) или в виде крошек (реактопласт). В ряде случаев требуется иметь тонкодисперсные порошки. Часто такие порошки получают в процессе синтеза (эмульсионный ПС, ПВХ, ПЭВП и др.). Порошки полимеров м.б. получены искусственным путем распыления расплавов. В промышленности широко используется способ высаждения порошков из растворов, либо путем добавления осадителя, либо путем выпаривания растворов полимера, либо охлаждением раствора. Иногда порошки получают путем мех-го измельчения полимера. Механическое измельчение ведут при комнатной темп-ре и получают крупнозернистые порошки с d более 2мм. При измельчении фенопластов, аминопластов, размер частиц 0,3-2мм. Термопластичные мат-лы перед изготовлением в изделия подвергают гранулированию.

Гранулирование – превращение мат-ла в сыпучий зернистый продукт, состоящий из однородных по размеру частиц гранул. Гранулы могут иметь цилиндрические, чечевицеобразные, кубические (иногда). В пределах одной партии форма и размеры гранул д.б. одинаковыми. Метод гранулирования выбирается в зависимости от требуемой формы гранул и с учетом вязкости расплавов полимера. Из высоковязких расплавов полимеров ( полеолефины) гранулы цилиндрической или чечевицеобразной формы получаются путем выдавливания расплава ч/з цилиндрические отверстия с последующей отрезкой выходящих из головки экструдата прутков с помощью вращающего ножа. Длина получающих гранул изменяется в зависимости от скорости вращения ножей и в зависимости от производительности экструдера. Охлаждение полученных гранул осуществляется либо с помощью воздуха, либо с помощью холодной воды.