MALEINOWEGO JAKO MODYFIKATORY WŁYWAJCE NA WYBRANE ASPEKTY BEZPIECZESTWA TECHNICZNEGO ELEMENTÓW WYPRODUKOWANYCH Z IZOTAKTYCZNEGOO POLIPROPYLENU

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "MALEINOWEGO JAKO MODYFIKATORY WŁYWAJCE NA WYBRANE ASPEKTY BEZPIECZESTWA TECHNICZNEGO ELEMENTÓW WYPRODUKOWANYCH Z IZOTAKTYCZNEGOO POLIPROPYLENU"

Nadzieja Zając
6 lat temu
Przeglądów:

1 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Czstochowie Technika, Informatyka, Inynieria Bezpieczestwa 2014, t. II, s Joanna witek-prokop Akademia im. Jana Długosza w Czstochowie al. Armii Krajowej 13/15, Czstochowa j.swiatek.prokop@interia.pl ESTRY KWASU MALEINOWEGO JAKO MODYFIKATORY WŁYWAJCE NA WYBRANE ASPEKTY BEZPIECZESTWA TECHNICZNEGO ELEMENTÓW WYPRODUKOWANYCH Z IZOTAKTYCZNEGOO POLIPROPYLENU Streszczenie. Modyfikacj chemiczn przeprowadzono za pomoc estrów kwasu maleinowego maleinianu monoallilowego MA), maleinianu monobutylowego MB), ma- THFA). leinianu monododecylowego MD) oraz tetrahydroftalanu monoallilowegoo Modyfikacji poddano izotaktyczny polipropylen Malen P, w czci materiału badawczego wprowadzono substancj sieciujc nadtlenek dikumylu DCP). Zbadano wpływ tak przeprowadzonej modyfikacji na wytrzymało na rozciganie izotaktyczne- Przeprowadzone badania wykazały, i dobór odpowiedniej reszty alkoholowej w mono- go polipropylenu w powizaniu ze stopniem krystalicznoci badanego materiału. estrach albo wbudowanie reszty butadienowej umoliwiaj wpływanie na wytrzymało na rozciganie oraz właciwoci spryste materiału i zwizany z tym poziom bezpie- Słowa kluczowe: izotaktyczny polipropylen, modyfikacja chemiczna, bezpieczestwo czestwa technicznego elementów wykonanych z modyfikowanego polipropylenu. techniczne. MALEIC ESTERS AS MODIFIERS INFLUENCING ON SOME ASPECTS OF TECHNICAL SAFETY OF ELEMENTS PRODUCEDD WITH ISOTACTIC POLYPROPYLENE Abstract. The chemical modification was carried out using esters of maleic acidmonoallyl maleate MA), monobutyl maleate MB), monododecyl maleate MD) and monoallyl tetrahydrophthalate THFA). Isotactic polypropylene was the object of modification into the some samples dicumyl-peroxide DCP) was also introduced. The

2 392 Joanna &witek-prokop effect of such modification on mechanical properties and degree of crystallinity was investigated. The most effective modifier was dodecyl maleate. Keywords: isotactic popypropylene, chemical modification, technical safety. Wstp Polipropylen, jako materiał o szerokim spektrum interesujcych właciwoci technicznych, znajduje coraz wiksze zastosowanie w przemyle. Poprzez wpływ na stopie krystalicznoci, stopie usieciowania czy wytrzymało na rozciganie poszerza si jego uytkowo w zrónicowanych warunkach zewntrznych. O bezpieczestwie technicznym w duej mierze decyduje wytrzymało na rozciganie materiału oraz warto modułu Younga. Maleinowanie prowadzone jest na skal przemysłow w przypadku elastomerów, okazuje si, e równie w przypadku plastomerów modyfikacja chemiczna z wykorzystaniem pochodnych kwasu maleinowego prowadzi do powstania wzłów sieci o charakterze jonowym, co przekłada si na elastyczno, a take wytrzymało na rozciganie materiału [1]. Przeprowadzane modyfikacje fizyczne i chemiczne wpływaj na popraw właciwoci mechanicznych [2-4]. Obiekt bada i metody badawcze Badaniom poddany został izotaktyczny polipropylen [ipp] Malen P, Petrochemia Płock) modyfikowany przy wykorzystaniu estrów kwasu maleinowego: maleinianu monoallilowego [MA], maleinianu monobutylowego [MB], maleinianu monododecylowego [MD] oraz tetrahydroftalanu monoallilowego [THFA]. Modyfikatory zostały zsyntezowane we własnym zakresie. Do czci materiału badawczego został wprowadzony nadtlenek dikumylu [DCP] Merck, Schuhardt Niemcy) jako substancja powodujca usieciowanie polimeru. Estry wprowadzane były w stanie stopionym polimeru w iloci 10 mmoli/ 100 g ipp. Skład badanych mieszanek oraz właciwoci modyfikatorów przedstawiono w tabelach 1-2.

3 Estry kwasu maleinowego 393 Tab. 1. Skład badanych kompozycji z ipp w [g] P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 ipp MA 1,5 1,5 MB 1,7 1,7 MD 2,83 2,83 THFA 2,1 2,1 DCP 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Tab. 2. Parametry stosowanych modyfikatorów Nazwa Symbol Stan Y D [J 0,5 /m 1,5 ] Y P [J 0,5 /m 1,5 ] Y [J 0,5 /m 1,5 ] Maleinian allilowy Maleinian butylowy Maleinian dodecylowy Tetrahydroftalan allilowy MA ciekły MB ciekły MD stały THFA ciekły δ - parametr rozpuszczalnoci obliczony metod wkładów grupowych, δ D, δ P - odpowiednio składowe parametru rozpuszczalnoci: dyspersyjna i polarna Wytrzymało na rozciganie została zbadana na maszynie wytrzymało- ciowej firmy Zwick przy wykorzystaniu próbek wiosełkowych małych. Stopie krystalicznoci zbadano metod WAXS. Wyniki bada i ich dyskusja Wyniki statycznej próby rozcigania zmodyfikowanego ipp przedstawiono w tab. 3.

4 394 Joanna &witek-prokop Tab. 3. Właciwoci mechaniczne zmodyfikowanego ipp Nr Skład σ 1 [MPa] R m [MPa] ε [%] E [MPa] P1 ipp 27,3 31, P2 ipp,ma 30,1 32, P3 ipp,mb 24,2 30, P4 ipp,md 33,7 33, P5 ipp,thfa 28,4 32, P6 ipp,dcp,ma 28,5 31, P7 ipp,dcp,mb 26,6 29, P8 ipp,dcp,md 30,3 34, P9 ipp,dcp,thfa 28,8 32, P10 ipp,dcp 29,2 32, σ 1- granica sprystoci, R m - wytrzymało materiału, ε wydłuenie przy zerwaniu, E- moduł Younga Zaobserwowano, e wprowadzenie modyfikatorów za wyjtkiem MB) spowodowało nieznaczny wzrost wartoci σ 1. Takie zachowanie w przypadku MB wynika najprawdopodobniej z solwatowania makroczsteczek ipp przez czsteczki modyfikatora. Uzyskane wyniki dobrze koreluj z wartociami stopnia krystalicznoci otrzymanymi metod WAXS tab.4). Wyniki dotyczce stopnia krystalicznoci układu ipp/modyfikator były wczeniej szczegółowo omawiane [5]. Tab. 4. Wyniki bada stopnia krystalicznoci metod WAXS próbek ipp Nr Skład Stopie krystal. x k [%] Wymiar krystalitów z k [nm] D 110) D 040) Udział objtociowy fazy krystalicznej w k [%] P1 ipp 51,6 17,0 21,2 49,0 P2 ipp,ma 56,2 16,9 21,0 53,7 P3 ipp,mb 46,5 14,9 20,9 44,0 P4 ipp,md 57,4 15,5 18,4 54,6

5 Estry kwasu maleinowego 395 Nr P5 P6 P7 P8 P9 P10 Skład ipp,thfa ipp,dcp,ma ipp,dcp,mb ipp,dcp,md ipp,dcp,thfa 52,0 15,1 21,6 ipp,dcp Stopie krystal. x k [%] Wymiar krystalitów D 110) D 040) 52,1 16,1 19,5 52,0 17,1 24,6 49,1 12,7 18,8 54,3 15,0 20,4 55,7 16,9 22,3 Udział objtociowy fazy krystalicznej w k [%] 49,6 49,5 46,6 51,8 49,5 53,2 " 22 22=A 22=C 22=3 224F@A Rys. 1. Wpływ modyfikatorów na warto modułu Younga w ipp MD okazuje si najbardziej skutecznym modyfikatorem zarówno w przypadku σ 1, jak i E. Moduł sprystoci podłunej wzrasta o ponad 100 MPa, przy czym wydłuenie pozostaje na porównywalnym poziomie jak w przypadku niemodyfikowanego materiału. Równie duy wzrost zanotowano przy wydłueniu przy zerwaniu w przypadku MD. Sprzyja to tezie, e e z jednej strony MD ulega kokrystalizacji z ipp, a jednoczenie obecno modyfikatora powoduje powstanie jonowych wzłów sieci.

6 396 Joanna &witek-prokop 22 22=A 22=C 22=3 Rys. 2. Wpływ modyfikatorów na warto wydłuenia przy zerwaniu ipp DCP jako substancja sieciujca ca spowodował wzrost stopnia krystalicznomodyfikatorów spowodo- wało we wszystkich przypadkach obnienie stopnia krystalicznoci w stosunku ci, a wraz z tym niewielki wzrost R m i wydłuenia przy zerwaniu. Wprowadzenie do takiego układu ipp/dcp do próbki ipp/dcp. " - " " ' Rys. 3. Wpływ modyfikatorów na stopie krystalicznoci w układzie ipp/dcp/modyfikator/modyfikator Zdolno modyfikatorów do nukleacji i wbudowywania si do fazy krystalicznej polimeru maleje wyra nie wówczas, jeli w układzie znajduje si nadtlenek dikumylu. Jednak porównujc uzyskane wyniki z niemodyfikowanym ipp, wida, e e jedynie w przypadku MB warto ta jest nisza, tzn. w P7 x k =49,1%.

7 Estry kwasu maleinowego [MPa] ' ' ' - '' "" -- G > Natomiast wprowadzenie pozostałych substancji spowodowało wzrost stopnia krystalicznoci w P6 i P9 do poziomu 52%, za w P8 do 54,3%. Podobnym zmianom ulegał udział objtociowy fazy krystalicznej. MD powoduje, e e udział objtociowy fazy krystalicznej jest najwikszy, w k wynosi 51,8%. W przypadku MA i THFA w k =49,5% i jedynie dla MB w k =46,6% warto ta jest nisza ni dla P1. Wyniki stopnia krystalicznoci bardzo dobrze koreluj ze zmianami ob- serwowanymi wanymi w wartociach granicy sprystoci. Najskuteczniej granic t zmodyfikował MD, podnoszc jej warto zarówno w porównaniu z niemodyfikowanym ipp, jak i w stosunku do usieciowanego ipp. Rys. 4. Wpływ modyfikatorów na warto granicy sprystoci i Rm w układzie ipp/dcp/modyfikator Podobn zaleno zaobserwowano w przypadku Rm i Z. 8 [%] Rys. 5. Wpływ modyfikatorów na warto Z w układzie ipp/dcp/modyfikator

8 398 Joanna &witek-prokop Najbardziej korzystnym modyfikatorem, od strony technicznej, okazał si, podobnie jak w przypadku LDPE [1], MD. W jego obecnoci wzrasta warto zarówno R m, co pozwala na zastosowanie go warunkach wikszych napr- e rozcigajcych ni w przypadku niemodyfikowanego materiału. Pozostałe zastosowane modyfikatory podnosiły warto R m w nieznacznym stopniu, bd jak w przypadku MB powodowały wrcz obnienie tego parametru. Wnioski Modyfikacja chemiczna przy wykorzystaniu estrów kwasu maleinowego moe wpłyn na podniesienie bezpieczestwa technicznego elementów wytworzonych z izotaktycznego polipropylenu. Obecno MD spowodowała podniesienie wartoci R m o ok. 10%, jednoczenie zwikszajc warto modułu Younga o ponad 100 MPa. Szczególnie interesujcy okazał si fakt wzrostu własnoci plastycznych materiału wydłuenia przy zerwaniu z 300% dla niemodyfikowanego ipp do 420% dla układu ipp/md oraz 470% dla ipp/dcp/md. Potwierdza to tez, i w obecnoci tego rodzaju modyfikatorów, wewntrz makroczsteczki polimerowej powstaj wizania jonowe, które ze wzgldu na swój charakter pełni funkcj wiza lizgowych. Uzyskane wyniki nie s tak jednoznacznie pozytywne, jak w przypadku LDPE, ale pozwalaj równie na rozszerzenie zakresu zastosowa detali wykonanych z tak zmodyfikowanego polimeru. Literatura [1] -witek-prokop J.: Wpływ modyfikacji chemicznej na poziom bezpieczestwa technicznego elementów wykonanych z polietylenu małej gstoci, Prace Naukowe AJD w Czstochowie, Technika, Informatyka, Inynieria Bezpieczestwa, Tom I, Czstochowa 2013, p [2] Yuanxin Zhou, P. K. Mallick: Effects of temperature and strain rate on tensile behavior of unfilled and talc filled polypropylene. Part I: Experiments, Polymer Engineering & Science, vol.42, issue 12, pp , 2002, DOI: [3] Jiaqi Gu, Haiyan Xu, Chifei Wu: The effect of PP and peroxide on the properties and morphology of HDPE and HDPE/PP blends, Advances in Polymer Technology, vol. 32, issue 1, [4] Tim Huber, Manjusri Misra, Amar K. Mohanty, Mechanical properties of compatibilized nylon6/polypropylene blends, studies on the interfacial behavior through of emulsion model, vol. 131, issue 18, [5] -witek-prokop J., Hyla M.: Wpływ modyfikatorów wielofunkcyjnych na struktur nadczsteczkow zmodyfikowanego polipropylenu, Zeszyty Naukowe AJD, 2008.

Podobne dokumenty

MALEINOWEGO JAKO MODYFIKATORY WŁYWAJĄCE NA WYBRANE ASPEKTY BEZPIECZEŃSTWA TECHNICZNEGO ELEMENTÓW WYPRODUKOWANYCH Z IZOTAKTYCZNEGOO POLIPROPYLENU

MALEINOWEGO JAKO MODYFIKATORY WŁYWAJĄCE NA WYBRANE ASPEKTY BEZPIECZEŃSTWA TECHNICZNEGO ELEMENTÓW WYPRODUKOWANYCH Z IZOTAKTYCZNEGOO POLIPROPYLENU PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2014, t. II, s. 391 398 http://dx.doi.org/10.16926/tiib.2014.02.34 Joanna Świątek-Prokop Akademia