Fremskridt med anvendelse af reaktiv ekstrudering i polymerisation og modifikation af nylon

1 reaktionsekstruderingsteknologi
Ekstrudering er en stadig mere anvendt materialebehandling og funktionel teknologi, normalt ved hjælp af en enkelt eller dobbelt skrue rotation langs ekstrudertønden til forskydning og transportmaterialer. Den høje temperatur og den korte tidsproces i ekstruderen såvel som tryk- og forskydningseffekterne kan gøre materialet fuldt blandet, samtidig med at et stort antal fysiske modifikationer og kemiske reaktioner, der giver, ændrer eller forbedrer materialets funktionelle egenskaber . På samme tid giver den unikke geometri af skrueekstrudere skrueekstrudere en unik evne til effektivt at smelte polymerer og håndtere (transport og blandes) højviskositetssystemer, især til kemiske reaktioner under varmebehandling af polymerer og/eller polymeriserbare monomerer. Fordi reaktionen (dvs. polymerisation af monomerer eller podning af polymerer) normalt forekommer i den smeltede tilstand, er brugen af ​​opløsningsmidler ikke påkrævet, opløsningsmiddelbaseret syntese- og genvindingsprocesstrin undgås, og energi- og ressourcebesparelser opnås, hvilket er en miljøvenlig teknologi.

2 anvendelse af reaktiv ekstrudering
2.1 Ekstruderingspolymerisation

Reaktiv ekstruderingspolymerisation er en styrkende proces, der maksimerer reaktionshastigheder ved maksimal monomer og initiator/katalysator (hvis tilgængelig) koncentrationer. Det tillader også polymerisation at finde sted ved højere temperaturer uden at skulle træffe foranstaltninger for at forhindre, at opløsningsmidlet fordampes eller arbejder under pres. ε-caprolactam (CL) kan polymeriseres ved anionisk ringåbningspolymerisation (AROP) på få minutter med en høj omdannelseshastighed, hvilket gør den ideel til reaktiv ekstrudering. ω-dodecactam (LL) kan også gennemgå arop for at producere PA12 i nærvær af en stærk base. Reaktiv ekstrudering kan være in-situ-komposit ved anvendelse af LL-opløsninger indeholdende elastomerer, såsom ethylen-butylacrylatcopolymer (LOTRYL). PASS-egenskaberne for PA12-Lotrylblandinger blev signifikant forbedret ved in-situ-polymerisation. Dette polymersystem er vidt brugt og kan også bruges til flydende injektion og in situ sammensat præpositpræparat. Ud over monomerpolymerisation kan reaktiv ekstrudering også påføres den reaktive behandling af polymerer.

2.2 PA6 kædeudvidelsesforgrening
Regulering af smelte -rheologien og kædeselelsesdynamikken for polymerer kan gøre polymererne lettere at behandle og mere udbredt. Molekyler i PA6 -kæden har aktive amin- og carboxylsyregrupper i slutningen af ​​kæden, der kan reagere med andre funktionelle grupper af organiske/uorganiske materialer. Især kan anhydrid- eller epoxygruppen reagere med amingruppen i slutningen af ​​PA6 -kæden, og de reologiske egenskaber kan kontrolleres gennem kædeforlængelse og forgrening af PA6.

PA11 har høj duktilitet og påvirkningsstyrke såvel som bedre termomekaniske egenskaber sammenlignet med polylaktinsyre (PLA), hvilket gør det til en passende kandidat til blanding med PLA. PLA/PA11 er imidlertid inkompatibilitet, og PA -kædeudvidelse er et effektivt middel til at forbedre dens kompatibilitet. Den relative reaktivitet af kædeforlænger til PLA og PA11 under ekstrudering er nøglen til at forbedre kompatibiliteten af ​​PLA/PA11. Sammenlignet med løsningsblanding er denne metode mere miljøvenlig og billigere.

2.3 Additivblanding

Blandinger af PA med kommercielle polymerer, såsom polypropylen (PP), polyethylen (PE) og polystyren (PS), er blevet undersøgt i mange år for at forbedre hygroskopiciteten, processabiliteten og omkostningsreduktionen af ​​PA. Den største vanskelighed ved PA -blanding med polyolefin er den iboende inkompatibilitet mellem polymerer. Reaktiv ekstruderingsteknologi er vidt brugt til ændring af polymerblanding på grund af dens kombination af effektiv blanding og fleksibilitet af reaktionsbetingelser i en kontinuerlig proces. Høj forskydningsblanding giver mulighed for mikron eller endda nanoskala -kompatibiliseringsblandinger, og PA kan endda danne nanoskala blandinger med fluoropolymerer. Bio-baseret polymer, især PLA, er en biologisk nedbrydelig biobaseret polymer med høj trækmodul og styrke. Imidlertid begrænser dens høje klide, langsom krystallisationsgrad, dårlig varmemodstand, lav duktilitet og påvirkningsstyrke dens anvendelse. Blanding af PLA med en anden polymer med komplementære egenskaber er en effektiv og økonomisk måde at overvinde disse mangler. Kompatibiliteten af ​​PLA med forskellige PA -blandinger bestemmer de vigtigste egenskaber ved disse blandinger, såsom mikroskopisk morfologi, termiske egenskaber og mekaniske egenskaber.

2.4 PA6 -mikrostrukturregulering

På grund af den komplekse fleksible kædestruktur og hydrogenbinding er polymorfisme en af ​​de vigtigste egenskaber ved PA -krystallisationsadfærd. I processen med polymerbehandling er det meget vigtigt at kontrollere mikrostrukturen, især krystalmorfologien, for at forbedre de mekaniske egenskaber og opnå gode termiske egenskaber. De bemærkelsesværdige egenskaber ved mange biologiske materialer stammer fra deres hierarkiske struktur og kontrollen over orden og lidelse i forskellige længdeskalaer. Polymerblandingsprocessen ledsages ofte af udviklingen og dannelsen af ​​mikro-multiphase-systemer, og reaktiv ekstrudering er en effektiv måde at kontrollere blandingens morfologi. Ved hjælp af specielle reaktioner kan reaktiv ekstrudering også opnå koblingen af ​​polymerisation og materialeformning.

2,5 nm blanding

Carbon-baserede nanomaterialer, såsom carbon nanorør (CNT), grafen, nanodiamond (ND) osv., Har fremragende overflade, mekaniske og termiske egenskaber. Imidlertid har grænsefladeadhæsionen mellem polymerkæder og nanofillerere en stor indflydelse på egenskaberne ved nanokompositter, mens strukturen af ​​de originale nanomaterialer fører til hydrofobicitet, kemisk inertitet, agglomerering og akkumulering, som begrænser deres potentielle anvendelser. Den kovalente interaktion resulterer i bedre stabilitet og spredning af funktionelle carbonbaserede nanomaterialer. Clay som nanopartikel kan også bruges til at rumme polymerblandinger og forbedre deres strukturelle egenskaber. Indførelsen af ​​svovl i polymerskelettet kan give de materielle specielle egenskaber.

2.6 Materiel hårde

Acrylonitril-butadien-styren (ABS) er et termoplastisk polymermateriale med høj styrke, god sejhed og let behandling. Kombinationen af ​​PA6 og ABS kan gøre brug af styrker og undgå svagheder og overvinde svaghederne ved PA6s dårlige påvirkningsydelse og høj vandabsorption. Som en grøn biobaseret PA har PA56 fremragende træthedsmodstand, påvirkningsmodstand og lang levetid, men dens sejhed er lidt utilstrækkelig, og umodificeret PA56 er vanskelig at behandle.

2.7 FLAME Retardant modifikation

Ren PA-flammehæmmende kvalitet er lav, såsom den lodrette forbrænding af uspamet retardant PA6 kan kun nå UL 94 V-2-niveau, det begrænsende iltindeks (LOI) er ca. 24%, og forbrændingsprocessen vil producere dryppende og forårsage ild. Fosfonat er især velegnet til PA -copolymerisation på grund af dets gode reaktivitet, flammehæmning og miljøvenlighed.

2.8 Membranmateriale Funktionalisering

PA6 kombineret med ethylen-vinylalkoholcopolymer (EVOH) kan opnå emballagematerialer med afbalancerede mekaniske egenskaber og gasbarriereegenskaber. Imidlertid fører termisk nedbrydning af høj temperatur under filmekstrudering til dannelsen af ​​gellignende strukturer i begge polymerer, hvilket udgør en behandlingsudfordring.

2.9 Gendannelse og genanvendelse
Genbrug af plast er en vigtig måde at løse problemet med hvid forurening, endnu mere miljøvenlig end brugen af ​​bioplast. Sammenlignet med deponeringsanlæg, forbrænding og kemisk behandling er polymergenvinding mere økonomisk og miljøvenlig. PA6 er en af ​​de vigtigste og værdifulde genanvendte plastik. Reaktiv ekstrudering er den mest anvendte metode til genanvendelse af termoplastik med lidt investeringer og relativt simpelt udstyr. Under smeltet efter behandlingsprocessen kan høj varme og mekaniske kræfter imidlertid forårsage kemiske ændringer og nedbrydning af polymerstrukturen, hvilket påvirker de termiske og mekaniske egenskaber ved polymeren og begrænser således dens påføringsfelt. Kædeudvidelse er en relativt enkel og billig metode i genanvendelsesplastforbindelsesprocessen.

3 Konklusion
Reaktiv ekstruderingsteknologi er vidt brugt til PA -polymerisation og modifikation på grund af dens kombination af effektiv blanding og fleksibilitet i reaktionsbetingelser i kontinuerlige processer, herunder kædeudvidelsesforgrening, mikrostrukturregulering, bindingsblanding af volumen og plastgenbrug. Genbrug af affaldsplast i produkter med højere "værdi" gennem reaktiv ekstrudering er i tråd med det nye koncept om bæredygtighed og upcycling. Der er dog nogle iboende begrænsninger af reaktiv ekstrudering, der skal løses: For det første er design af reaktiv ekstrudering komplekst, som ikke kun involverer en række forskellige discipliner, men også skal overveje problemer med flere skalaer fra molekylær skala, mikroskala , mesoskala til makroskala. For det andet skal konflikterne mellem reaktionshastighed og høj gennemstrømning, præcis temperaturstyring og høj viskositet, specificitet og universalitet koordineres. For det tredje har de kvalitative og endda kvantitative forhold mellem reaktionssystem, skrueparametre, ekstruderingsbetingelser, kemisk struktur og mikroskopisk morfologi behov for systematisk teoretisk forskning og vejledning. Det antages, at med uddybningen af ​​forskning, herunder kombinationen af ​​3D -udskrivning, superkritisk væske, modellering og simuleringsteknologier, kan reaktiv ekstrudering give fuldt spil til egenskaberne ved hurtig, kontinuerlig og miljøvenlig og spille en stadig vigtigere rolle i den Polymerisation og behandlingsmodifikation af plastik såsom PA.