CS212997B1

CS212997B1 - Způsob zpracování směsí z plastů

Info

Publication number: CS212997B1
Application number: CS634680A
Authority: CS
Inventors: Miloslav Hrdy; Lubomir Sadilek; Jiri Valasek
Original assignee: Miloslav Hrdy; Lubomir Sadilek; Jiri Valasek
Priority date: 1980-09-20
Filing date: 1980-09-20
Publication date: 1982-03-26

Abstract

Vynález se tyká oboru zpracování směsí z plastů jako polyolefinů s elastomery, olefinické polymery a kopolymery s elektro- vodivými sazemi v závislosti na velikosti specifického povrchu, na polovodivé výrobky s měrným povrchovým odporem^* = lO^ohmů nebo s měrným vnitřním odporem^ v = lO^ohmu.m. Vynález řeší otázku vodivosti výrobku v závislosti na množství a jakosti sazi a na teplotě při zpracování. Podstata vynálezu spočívá v tom, že teplotní režim při zpracování těchto směsí je kromě první vstupní zóny nastaven ve všech dalších sekcích na stejnou hodnotu teploty, která je ve srovnání s obvyklou teplotou zpracování uvedených směsí vyšší o 40 až 80 °C, přičemž procentický obsah sazí u vysokopovrchových může být snížen na 15 % hmotnostních. Vynálezu lze využít při výrobě polovodivých výrobků z plastů pro důlní a těžební účely, při výrobě nádob z plastů na přepravu hořlavin a dále na výrobky do prostředí, kde by neměl vzniknout elektrostatický náboj.

Description

Předmětem vynálezu je způsob zpracování směsí z plastů na polovodivé výrobky. Jako směsi z plastu se rozumí směsi polyolefinů s elastomery a především olefinické polymery a kopolymery s elektrovodivými sazemi v koncentraci do 15 % hmotnostních. Polovodivé výrobky pro elektrocký proud jsou určovány s měrných povrchovým odporem = 10^ ohmů nebo s měrným vnitřním odporem _v ⁼ 10^ ohmů.m.

V patentové literatuře existuje řada patentů, popisujících polovodivé směsi, jejichž základní složkou jsou saze. Lze je rozdělit podle kvality účinného vodivého materiálu (sazí), jejichž hlavní charakteristikou je velikost měrného specifického povrchu stanoveného metodou Brunauer, Emmet, Teller, dále jen BET.

Do první skupiny je možno zařadit patenty např. DAS 2 500 933, který zahrnuje pólyo etylenovou směs se 7,5 až 15 % vodivých sazi s BET 300 až 1 500 m /g pro výrobky sloužící v dolech, při výrobě výbušnin ap., nebo japonský patent JA 057 802, který zahrnuje polovodivou směs s vysokou mechanickou pevností, obsahující termoplast polyetylén, kopolymer etylenvinylacetát, chlorovaný polyetylén, polypropylenové kaučuky a vodivé saze s veli2 kostí povrchu více než 500 m /g. Použitím vodivýéh sazí o vysokém specifickém povrchu je možno dosáhnout polovidvosti směsi i při snížení obsahu sazí, směsi mají dobrou elas4 ticitu a určený vnitřní odpor 10 až 10 Ohm.cm. Na podobném principiu jsou i další japonské patenty JA 068 152 a J5 1 132 484.

Druhou skupinu patentů, které chrání polovodivé směsi, je možno dokumentovat z popisu vynálezu SSSR AO 455 376 a AO 427 026, též DAS 2 521 654, kde jromě jiných příměsí jsou použity saze se specifickým povrchem BET 50 až 200 m /g, množství se pohybuje od 20 do 50 % hmotnostních,

A

Navrhovaný způsob řešení minimalizuje množství užitých vodivých sazí, umožňuje dosažení vyhovujících polovodivých vlastností u výrobků ze směsi se sazemi s nízkým specifickým

2 povrchem (50 až 200 m /g) nebo se sazemi s vysokým specifickým povrchem (BET 500 m /g až

000 m /g) při zajištění dobrých mechanických vlastností, přičemž stabilita procesu výroby není narušena.

Podstata předloženého vynálezu spočívá v tom, že teplotní režim při zpracování směsí z plastů na polovodivé výrobky je kromě první vstupní zóny nastaven ve všech dalších sekcích na stejnou hodnotu, která je vyšší o 30 až 80 °C ve srovnání s obvyklou teplotou zpracováni uvedených směsí, přičemž procentický obsah sazí s vysokým měrným povrchem se může snížit na 5 až 7 % hmotnostních.a u sazí s nízkým měrným povrchem na 15 % hmotnostních. K podrobnějšímu vysvětlení vynálezu slouží další popis a uvedené příklady, které však rozsah vynálezu neomezují.

Bylo nalezeno, že na zpracování směsi polymer-saze má vliv více faktorů, rozhodujícím se však ukázal vliv střihových mechanických sil působících v tavenině polymeru na částice (shluky) sazí. Tvrzení bylo podepřeno experimenty, při kterých se stejné směsi zpracovávaly lisováním, vstřikováním, vytlačováním a vyfukováním za obdobných teplotních podmínek. Zatímco lisováním bylo dosaženo polovodivých vlastností výrobků (desek, fólií), u dalších technologií došlo k extrému až ke ztrátě těchtc vlastností. Vysvětlení příčin je následující: ve směsi polymer-saze se.dosáhne vodivého přemostění daného objemu polymeru aglomerací jednotlivých částeček sazí do různých útvarů (řetězců) a jejich vzájemným propojením je umožněn přechod elektronů. Při zpracování směsí ve šnekových vytlačovacích nebo vstřikovacích strojích dochází při běžných zpracovatelských podmínkách během zpracování

212 997 k silnému mechanickému namáhání taveniny polymeru i částeček sazí, vysokým smykovým namáháním se odbourává struktura sazí, narušují se kontakty mezi řetězci, což vede ke snížení nebo k úplné ztrátě polovodivosti výrobků. Obvykle se tento problém řeší zvýšením obsahu ve směsi na 20 až 50 % hmotnostních u nízkopovrchovýoh, asi cca 10 % hmotnostních u sazí s vysokým specifickým povrchem, což kromě zvýšených ekonomických nároků podstatně ovlivňuje mechanické vlastnosti výrobků.

Experimentálně bylo nalezeno, že zachování polovodivých vlastností výrobků i při sníženém procentickém*obsahu sazí (nízkopovrchové saze cca 15 % hmotnostních, vysokopovrchové 5 až 7 % hmotnostních) je možno dosáhnout úpravou technologického režimu, především teplotního profilu. Zvýšením teplot, snížením viskozity taveniny, smykového namáhání směsi se omezí možnost narušení kontaktu mezi řetězci sazí. -Nejlepších výsledků bylo dosaženo při tzv. jednotném nastavení teplotního profilu, kromě první vstupní zóny jsou na ostatních zónách válce i na vytlačovací hlavě (obdobně u vstřikování) nastaveny stejné teploty. V těchto případech je polovodivá úprava homogenní, ve všech místech stejné kvality výrobků. Úroveň nastavovaného teplotního profilu přihlédá k typu materiálu, tavnému indexu, déle pak k údajům získaným z tokových křivek a k užité technologii.

Výhody uvedeného způsobu jsou ilustrovány následujícími příklady:

Běžným způsobem na dvouválci připravené směsi (obsahující základní polymer rozvětvený polyetylén s tavným indexem 2g/10 min., nízkopovrchové acetylánové saze (BĚT 50 až 70 m^{* 2 *}/g) a vysokopovrchové saze termické (BET 1 000 m /g) byly po granulaci zpracovány lisováním, vytlačováním na ploché a tubulérní fólie, vstřikováním při podmínkách běžných pro daný typ polymeru a při podmínkách nalezených, jako optimálních z hlediska elektrických, mechanických vlastností výrobků i z hlediska stability procesu. Výsledky experimentů jsou uvedeny v příkladech č. 1, 2 a 3.

Příklad č. 1 - Lisované destičky - elektrické vlastnosti

Typ sazí	Koncentrace - % hmot.	Teplotní režim ( °C)	Měrný povrch. odpor (Dhm)^	Měrný vnitřní odpor (Ohm.m)^ _v
VP	5	160	5.1Ο⁴	7.10°
VP	7	160	4.1Ο⁴	2.10°
NP	15	160	3.1Ο⁵	8.10¹

o

VP - saze s vysokým měrným povrchem (BET 1 000 m /g)

NP - saze s nízkým měrným povrchem (BET 50 až 70 m /g) (> _s(0hm) - měřeno dle metody Výzk.ústav uhelný Radvanice - St. zkušebna č. 214 ý _v(0hm.m) - svorková metoda VUKI Bratislava

Výsledky v příkladu 1 ukazují, že ke kvalitní polovodivé úpravě lze použít 5 % hmotnostních vysokopovrchových sazí anebo 15 % hmotnostních nízkopovrchovýoh sazí, teplota experimentu je dostatečná.

Příklad č. 2 - Vytlačování plochých fólií - závislost elektr. vlastností na teplotním režimu (užito 15 % sazí NP), vyráběna plochá fólie tloušťka 0,1 mm.

Teplotní režim válec - hlava °C	(> ‘.(Ohm)	(> _v(0hm.em) Napříč
Podál	Napřič	Podél
130,160,180- 180, 180	l,4xlO⁹	l,3xlO⁹	1,4x10®	9,2xl0⁷
130, 160,180- 200, 200	1, 6x10 ⁷	l,5xlO⁷	2,3xl0⁵	l,9xlO⁵
150,200,200- 200, 200	6,6x10®	5,8x10®	l,4xlO⁵	9,8xl0⁴
150,200,210- 230, 230	9,lxlO⁵	8,lxlO⁵	1,4x10⁴	l,3xlO⁴
170,230,230- 230, 230	7,3xlO⁵	8,0xl0⁵	l,3xlO⁴	1,1x10⁴
170,230,230- 250, 250	2,6xl0⁵	2,25xlO⁵	3,lxlO³	2,6xlO³
170,250,250- 250, 250	2,0xl0⁵	2,OxlO⁵	2,5xlO³	2,5xlO³

V příkladu č. 2 jsou shrnuty podmínky vytlačování směsí rozvětveného polyetylénu s 15 % hmot. nízkopovrchových sazí a odpovídající elektrické vlastnosti vyrobených folií. Ukazuje se silný vliv nastavení teplotního režimu na měrný povrchový i vnitřní odpor. Tabulka nepostihuje dokonale homogenitu polovodivé úpravy, uvedené hodnoty jsou průměrnými hodnotami. Bylo pozorováno, že při jednotném nastavení teplotního profilu je vždy polovodivé úprava homogenní, kdežto při vzestupném nastavení dochází k nepravidelnostem, měrný povrchový i vnitřní prostor se místně mění (Podobné jevy byly pozorovány i při jiných technologiích.).

Příklad ?.~3 - Vyfukování tabulárních fólií - vztah elektrických a mechanických vlastností a teplotního režimu (resp. druhu a koncentrace sazí).

3 ] í	koncen- trace K) hmotnostních	Teplotní režim (°C) běžný navrhovaný podle vyná- lezu	Povrchový odpor _s(ohm)	Vnitřní odpor Vv (ohm.cm)	Mez pevnosti¹/ tahu (MPa) P N	Tažnost (%) P N	Rázové odolnost padajícím tlou kem (J/mm)	Odolnost proti natržení - (kN/mm) P N	i-; Odolnost proti dal-, šímu trháni (kN/mm) P N
	5	140,160,180,200,200,200	>10⁹	>10⁹	14,6 13,9 ±0,7 +1,9	529,6 474,8 +67,91115,5	7,9	102,7 70,7 +10,6+38,4	52,6 53,5 ±5,0 ±2,3
140,250,250,250,250	4x10®	4xl0²	13,3 10,3 +1,5 ±0,56	432 348 *137,2+250,9
	7	140,160,180,200,200,200	Λ10⁹	?10^	12,5 15,2 +3,2 ±0,7	401,2 472,4 *135 ±83,6	8,9	93,8 91,6 ±3,4 75,8	46,4 53,8 ±7,2 +1,6
140,230,230,230	4x10^	2x10°	12,86 11,6 ±0,3 ±1,07	318,8 170,4 *167,8 +34,8	7,28	85.5 77,4 19.5 ±8,5	32,7 48,3 +8,5 ±4,6
	10	140,160,180,200,200,200	3xl0⁴	l,3xlO^c	16,2 16,5 ±2.3 19.0	226,8 227,6 + 64.2HÓ7	7,9	88,3 81,8 14,2 ±2,6	30,6 36,4 ±4,2121,9
	—	—			—		—
	15	130,140,160,160,160,160	>10⁹	>10⁹	13,8 13,8 10.3 10,7	142,8 47,6 + 62,7 ±13,9	8,57
L80,250,250,250,250,250	2x10®	3xio²	14,67 11,8 ái.i ti,o	154,4 111,2 + 24,7 +1,8	6,2	53,9 58,8 ±9,7 +9,7	25,1 20,5 ±2,3 +7,4
		140,160,180,200,200,200	>10⁹	;>10⁹	17,8 19', 4 12,0 >2,2	521,8 800 + 74 1167	12,8	93,9 89,7 +io;3 ±18,4	67,8 53,4 ±1,4±7,8

tnémka: Hodnoty teplotního režimu 1-4 = válec vytlač*Stroje, 5-6 hlava vytlačovacího stroje P * podél, N = napříč

212 997

Jak ukazuje příklad δ. 3 β rostoucím ^obsahem sa?í ve fólii je zřejmý pokles tažnosti a odolnosti proti dalšímu trhání. Je rovněž patrné, že navržené podmínky zpracování umožňují snížení obsahu sazí např. z 10 na 5 ěž 7 % hmotnostních vysokopovrchových sazí, což přispívá jak ke zlepšení mechanických vlastností (tažnosti, odolnosti proti dalšímu trhání), tak i eko nomice procesu.

Způsobu podle vynálezu je možno využívat při výrobě polovodivých výrobků z plastů pro důlní a těžební účely, při výrobě nádob z plastů na přepravu hořlavin, na výrobky do prostředí, kde by neměl vznikat elektrostatický náboj, v elektrotechnice, vakuové technice atd.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Způsob zpracování směsi z plastů jako například rozvětvených a lineárních polyetylénů, polypropylénů, kopolymerů olefinů a směsí polyolefinú mezi sebou,s elastomery, s elektrovodivými sazemi na polovodivé výrobky,vyznačený tím, že teplotní režim je kromě první vstupní zóny nastaven ve všech dalších sekcích na stejnou hodnotu teploty, která je ve srovnání s obvyklou teplotou zpracování uvedených směsí vyšší o 30 až 80 °C, přičemž procentický obsah sazí u vysokopovrchových může být snížen na 5 až 7 % hmotnostních a u nízkopovrchových na 15 % hmotnostních.