Fortschritt der Anwendung der reaktiven Extrusion in der Polymerisation und Modifikation von Nylon

1 Reaktionstechnologie
Extrusion ist eine zunehmend verwendete Materialverarbeitung und Funktionstechnologie, die normalerweise eine einzelne oder zwei Schraubenrotation entlang des Extruder -Laufs zur Scher- und Transportmaterialien verwendet. Die hohe Temperatur und der kurze Zeitprozess im Extruder sowie die Druck- und Scher -Effekte können das Material vollständig gemischt und gleichzeitig eine große Anzahl physikalischer Modifikationen und chemischer Reaktionen verursachen, wodurch die funktionellen Eigenschaften des Materials verändert, verändert oder verstärkt werden . Gleichzeitig bietet die einzigartige Geometrie von Schraubenextrudern Schrauben -Extruder mit einer einzigartigen Fähigkeit, Polymere effizient zu schmelzen und hohe Viskositätssysteme zu verarbeiten (Transport und Mischung), insbesondere für chemische Reaktionen während der Wärmebehandlung von Polymeren und/oder polymerisierbaren Monomeren. Da die Reaktion (dh Polymerisation von Monomeren oder die Transplantation von Polymeren) normalerweise im geschmolzenen Zustand auftritt, wird die Verwendung von Lösungsmitteln nicht erforderlich, die Schritte zur Synthese- und Wiederherstellung auf Lösungsmittelbasis werden vermieden und Energie- und Ressourceneinsparungen erzielt, was ist, was ist, was lautet, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist, was ist Eine umweltfreundliche Technologie.

2 Anwendung der reaktiven Extrusion
2.1 Extrusionspolymerisation

Die reaktive Extrusionspolymerisation ist ein Stärkungsprozess, der die Reaktionsgeschwindigkeiten bei maximalen Monomer- und Initiator-/Katalysatorkonzentrationen maximiert. Es ermöglicht auch die Polymerisation bei höheren Temperaturen, ohne Maßnahmen ergreifen zu müssen, um zu verhindern, dass das Lösungsmittel verdunstet oder unter Druck funktioniert. ε-caprolactam (CL) kann in wenigen Minuten mit einer hohen Umwandlungsrate durch anionische Ringeröffnungspolymerisation (AROP) polymerisiert werden, was es ideal für die reaktive Extrusion macht. ω-Dodekaktam (LL) kann auch ein AROP unterziehen, um PA12 in Gegenwart einer starken Basis zu erzeugen. Die reaktive Extrusion kann unter Verwendung von LL-Lösungen mit Elastomeren wie Ethylen-Butyl-Acrylatcopolymer (LOTRYL) in-situ-Verbundstoff sein. Die Impact-Eigenschaften von PA12-Lotrylmischungen wurden durch In-situ-Polymerisation signifikant verbessert. Dieses Polymersystem wird weit verbreitet und kann auch für die Flüssigkeitsinjektion und die In -situ -Verbundpräzision verwendet werden. Zusätzlich zur Monomerpolymerisation kann die reaktive Extrusion auch auf die reaktive Verarbeitung von Polymeren angewendet werden.

2,2 PA6 -Kettenverlängerung Verzweigung
Die Regulierung der Schmelz -Rheologie und Kettenrelaxationsdynamik von Polymeren kann die Verarbeitung der Polymere erleichtern und weiter verwendet. Moleküle in der PA6 -Kette haben am Ende der Kette aktive Amin- und Carboxsäurgruppen, die mit anderen funktionellen Gruppen von organischen/anorganischen Materialien reagieren können. Insbesondere die Anhydrid- oder Epoxygruppe kann mit der Amingruppe am Ende der PA6 -Kette reagieren, und die rheologischen Eigenschaften können durch die Kettenverlängerung und -abzweigung von PA6 kontrolliert werden.

PA11 hat eine hohe Duktilitäts- und Schlagfestigkeit sowie bessere thermomechanische Eigenschaften im Vergleich zu Polyltsäure (PLA), was es zu einem geeigneten Kandidaten für die Mischung mit PLA macht. PLA/PA11 ist jedoch eine Inkompatibilität, und die PA -Kettenerweiterung ist ein wirksames Mittel zur Verbesserung seiner Kompatibilität. Die relative Reaktivität des Ketten -Erweiterung gegenüber PLA und PA11 während der Extrusion ist der Schlüssel zur Verbesserung der Kompatibilität von PLA/PA11. Im Vergleich zur Lösungsmischung ist diese Methode umweltfreundlicher und kostspieliger.

2.3 Zusatzmischung

Mischungen von PA mit kommerziellen Polymeren wie Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und Polystyrol (PS) wurden seit vielen Jahren untersucht, um die Hygroskopizität, Verarbeitbarkeit und Kostenreduzierung von PA zu verbessern. Die Hauptschwierigkeit bei der Mischung mit Polyolefin ist die inhärente Inkompatibilität zwischen Polymeren. Die reaktive Extrusionstechnologie wird aufgrund ihrer Kombination aus effizientem Mischen und Flexibilität der Reaktionsbedingungen in einem kontinuierlichen Prozess häufig für die Modifikation für Polymermischungen verwendet. Eine hohe Schermischung bietet die Möglichkeit für Mikron- oder sogar nanoskalige Kompatibilisierungsmischungen, und PA kann sogar nanoskalige Mischungen mit Fluoropolymeren bilden. Das biobasierte Polymer, insbesondere die PLA, ist ein biologisch abbaubares biologisches Polymer mit hohem Zugmodul und Stärke. Seine hohe Sprödigkeit, langsame Kristallisierungsrate, schlechte Wärmebeständigkeit, niedrige Duktilität und Schlagfestigkeit begrenzen jedoch die Anwendung. Das Mischen von PLA mit einem anderen Polymer mit komplementären Eigenschaften ist ein wirksamer und wirtschaftlicher Weg, um diese Mängel zu überwinden. Die Kompatibilität von PLA mit unterschiedlichen PA -Mischungen bestimmt die Haupteigenschaften dieser Mischungen wie mikroskopische Morphologie, thermische Eigenschaften und mechanische Eigenschaften.

2,4 PA6 -Mikrostrukturregulation

Aufgrund der komplexen flexiblen Kettenstruktur und der Wasserstoffbindung ist Polymorphismus eine der wichtigsten Eigenschaften des PA -Kristallisationsverhaltens. Bei der Polymerverarbeitung ist es sehr wichtig, die Mikrostruktur, insbesondere die Kristallmorphologie, zu steuern, die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und gute thermische Eigenschaften zu erhalten. Die bemerkenswerten Eigenschaften vieler biologischer Materialien stammen aus ihrer hierarchischen Struktur und der Kontrolle über Ordnung und Störung in unterschiedlichen Längenskalen. Das Polymermischungsprozess wird häufig von der Entwicklung und Bildung von Mikromultiphase-Systemen begleitet, und die reaktive Extrusion ist ein effektiver Weg, um die Morphologie von Mischungen zu kontrollieren. Unter Verwendung von speziellen Reaktionen kann die reaktive Extrusion auch die Kopplung von Polymerisation und Materialformung erreichen.

2,5 nm Mischung

Nanomaterialien auf Kohlenstoffbasis wie Kohlenstoffnanoröhren (CNT), Graphen, Nanodiamond (ND) usw. haben eine ausgezeichnete Oberfläche, mechanische und thermische Eigenschaften. Die Grenzflächen -Adhäsion zwischen Polymerketten und Nanountern hat jedoch einen großen Einfluss auf die Eigenschaften von Nanokompositen, während die Struktur der ursprünglichen Nanomaterialien zu Hydrophobizität, chemischer Trägheit, Agglomeration und Akkumulation führt, was ihre potenziellen Anwendungen begrenzt. Die kovalente Wechselwirkung führt zu einer besseren Stabilität und Dispersion funktioneller Nanomaterialien auf Kohlenstoffbasis. Ton als Nanopartikel kann auch verwendet werden, um Polymermischungen aufzunehmen und ihre strukturellen Eigenschaften zu verbessern. Die Einführung von Schwefel in das Polymerskelett kann die materiellen besonderen Eigenschaften verleihen.

2,6 materielle Härten

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist ein thermoplastisches Polymermaterial mit hoher Festigkeit, guter Zähigkeit und einfacher Verarbeitung. Die Kombination von PA6 und ABS kann Stärken nutzen und Schwächen vermeiden und die Schwächen der schlechten Auswirkungen von PA6 und der hohen Wasserabsorption überwinden. Als grüne Bio-Basis hat PA56 eine hervorragende Müdigkeitsbeständigkeit, eine Schlagfestigkeit und eine lange Lebensdauer, aber seine Zähigkeit ist leicht unzureichend, und unmodifizierter PA56 ist schwer zu verarbeiten.

2.7 Modifikation Flammhemmung

Die reine PA-Flammschutzgrad ist niedrig, wie die vertikale Verbrennung von unbemerktem Repräsentanten PA6 nur UL 94 V-2 erreichen kann, der begrenzende Sauerstoffindex (LOI) beträgt etwa 24%, und der Verbrennungsprozess erzeugt Tropfen und verursacht Feuer. Phosphonat eignet sich besonders für die PA -Copolymerisation aufgrund seiner guten Reaktivität, Flamme -Referenz- und Umweltfreundlichkeit.

2.8 Membranmaterialfunktionalisierung

PA6 in Kombination mit Ethylen-Vinylalkoholcopolymer (EVOH) kann Verpackungsmaterialien mit ausgewogenen mechanischen Eigenschaften und Gasbarriereneigenschaften erhalten. Der thermische Abbau der Hochtemperatur während der Filmextrusion führt jedoch zur Bildung von Gel-ähnlichen Strukturen in beiden Polymeren, was eine Verarbeitungsherausforderung darstellt.

2.9 Wiederherstellung und Recycling
Das Plastikrecycling ist ein wichtiger Weg, um das Problem der weißen Verschmutzung zu lösen, noch umweltfreundlicher als die Verwendung von Bioplastik. Im Vergleich zu Deponien, Verbrennung und chemischen Behandlung ist das Polymerrecycling wirtschaftlicher und umweltfreundlicher. PA6 ist eine der wichtigsten und wertvollsten recycelten Kunststoffe. Die reaktive Extrusion ist die am weitesten verbreitete Methode beim Recycling von Thermoplastik mit geringen Investitionen und relativ einfacher Ausrüstung. Während des Schmelzprozesses können jedoch hohe Wärme- und mechanische Kräfte chemische Veränderungen und den Abbau der Polymerstruktur verursachen, was die thermischen und mechanischen Eigenschaften des Polymers beeinflusst und so sein Anwendungsfeld begrenzt. Die Kettenverlängerung ist eine relativ einfache und kostengünstige Methode im Recycling -Plastikverbindungsverfahren.

3 Schlussfolgerung
Die reaktive Extrusionstechnologie wird aufgrund ihrer Kombination aus effizientem Mischen und Flexibilität von Reaktionsbedingungen in kontinuierlichen Prozessen häufig für die PA -Polymerisation und -modifikation verwendet, einschließlich der Verzweigung der Kettenverlängerung, der Regulation der Mikrostruktur, der Volumenverbesserungsmischung, der materiellen Härtung, der Funktionalisation von Membranmaterials, der Rentnermodifikation, Flammenmodifikation, Modifikation, modifizierender Flammeveränderung, Modifikation, modifizierende Modifikation, Modifikation mit Flamme und Plastikrecycling. Die Wiederverwendung von Abfallkünstlern in Produkte mit höherem "Wert" durch reaktive Extrusion entspricht dem neuen Konzept der Nachhaltigkeit und des Upcyclings. Es gibt jedoch einige inhärente Einschränkungen der reaktiven Extrusion, die gelöst werden müssen: Erstens ist das Design der reaktiven Extrusion komplex, was nicht nur eine Vielzahl von Disziplinen beinhaltet, sondern auch mehrskalige Probleme aus der molekularen Maßstab, die Mikroskala, berücksichtigen muss , mesoskalige Makroskala. Zweitens müssen die Konflikte zwischen Reaktionsrate und hohem Durchsatz, präziser Temperaturkontrolle und hoher Viskosität, Spezifität und Universalität koordiniert werden. Drittens benötigen die qualitativen und sogar quantitativen Beziehungen zwischen Reaktionssystem, Schraubenparametern, Extrusionsbedingungen, chemische Struktur und mikroskopische Morphologie eine systematische theoretische Forschung und Anleitung. Es wird angenommen, dass mit der Vertiefung der Forschung, einschließlich der Kombination von 3D -Druck-, überkritischen Flüssigkeits-, Modellierungs- und Simulationstechnologien Polymerisation und Verarbeitungsänderung von Kunststoffen wie PA.