Эффективность использования смазок при экструзии

Использование смазок при экструзии полиолефинов - простой и дешевый способ снижения энергоемкости процесса. Выбор типа смазки, ее концентрации и технологического режима переработки новой композиции осуществляется обычно эмпирически.

Эффект от введения технологических добавок с целью снижения энергозатрат объясняется выделением вводимых веществ на межфазную поверхность гетерогенной полимерной системы. Этот процесс обусловлен разностью поверхностных энергий компонентов системы, стремящейся к термодинамически устойчивому положению.

Другими словами, эффективная смазка проявляет поверхностную активность относительно полимера и, вероятно, это можно использовать для прогнозирования результатов применения того или иного вещества в качестве смазки.

Для снижения энергоемкости процесса используют такие типичные смазки, как стеариновая кислота, амид стеариновой кислоты, полиэтиленовый воск П В-300, окисленный полиэтиленовый воск ПВО-30, буроугольный воск, а также оксиэтилированный буроугольный воск. Все вещества можно разбить на пары, в которых один элемент - исходное вещество, а другой - продукт его модификации.

Коэффициент поверхностного натяжения расплавов добавок определют методом отрыва кольца. При заданной температуре в воздушной среде определяют усилие отрыва проволочного кольца длиной окружности 60 мм с помощью торсионных весов от расплава исследуемого вещества, помещенного в толстостенную обогреваемую камеру.

Эффективность действия добавок определяется при экструзии полиэтилена на лабораторном экструдере ЧП-20. В ходе эксперимента гранулированный полимер перемешивается с добавками и экструдируется при заданном температурном режиме. Каждая добавку следует вводить в концентрации 0,3%.

Сравнивая эффективность добавок по парам, легко заметить, что модификация, приводящая к снижению коэффициента поверхностного натяжения, позволяет повысить эффективность добавки. Так оксиэтилирование буроугольного воска и окисление полиэтиленового воска повышает поверхностную активность продуктов модификации и их эффективность как смазок для ПЭВД. В третьей паре химическая модификация повышает поверхностное натяжение продукта и, в результате, амид стеариновой кислоты менее эффективен в качестве смазки для полиэтилена, чем стеариновая кислота.

Анализируя показатели в целом можно отметить, что с увеличением коэффициента поверхностного натяжения добавки снижается достигаемый эффект от ее введения в ПЭВД. Рассчитанные коэффициенты парной корреляции также позволяют говорить об определенной взаимосвязи энергоемкости процесса экструзии и поверхностного натяжения добавки.

Как известно, поверхностное натяжение полимеров и низкомолекулярных веществ понижается с ростом температуры. При этом соотношение между величинами поверхностного натяжения полимера и низкомолекулярной добавки может меняться.

В качестве примера можно привести полиэтиленовый воск, имеющий наибольший из всех испытанных веществ коэффициент поверхностного натяжения и не проявляющий при обычной для ПЭВД температуре переработки 130— 180°С свойств смазки. Интересно, что в этом температурном интервале,  поверхностное натяжение воска больше поверхностного натяжения полимера. При более высоких температурах соотношение коэффициентов поверхностного натяжения в этой системе меняется, и эффект от использования ПВ- 300 в качестве смазки становится сравним с результатами испытания других веществ и, в частности, амида стеариновой кислоты, использованного в качестве эталона.

Таким образом, соотношение коэффициентов поверхностного натяжения полимерной матрицы и технологической добавки может служить критерием для прогнозирования эффективности использования добавки и выбора оптимального режима переработки.