Создание барьерных материалов посредством смешения

15.08.2015

Предотвращение и контроль проникновения газов и жидкостей через пластиковые пленки, мембраны и другие изделия необходимы в ряде упаковочных и промышленных применений для поддержания состояния свежести и предотвращения деградации пищевых продуктов, емкостей, содержащих топливо и химикалии; для предотвращения потерь в трубопроводах и трубках в автомобилях, воздушных кондиционерах и другом промышленном обрудовании. Кроме того, многие пластики подвергаются воздействию растворителей, которые изменяют их размеры и механические свойства в технических применениях. Например, изделия из полиамидов весьма чувствительны к влаге, а аморфные полимеры, такие как поликарбонат, очень чувствительны к действию растворителей.
Общий подход к созданию высокофункциональных барьеров состоит в использовании материалов с низкой способностью к диффузионному переносу и/или низкой растворимостью в проникающем веществе. Однако по экономическим и технологическим соображениям эти материалы часто сочетают с другими полимерами, которые имеют более низкую стоимость и другие привлекательные свойства. Соединение этих полимеров может быть достигнуто различными путями. Тонкие покрытия из барьерного полимера могут наноситься на подложку из раствора, дисперсии или из расплава. Поверхностные покрытия с непроницаемыми неорганическими материалами, такими как алюминий или стекло (SiO2), используются, как и многослойная соэкструзия, с несколькими слоями барьерного полимера. Однако, хотя эти технологии высоко эффективны для решения конкретных задач, они требуют дорогого оборудования и временных затрат.
Регулирование проницаемости с помощью смешения полимера с полимером предлагает альтернативный, единственный в своем роде, простой и экономичный подход для ряда применений. Наука и технология создания таких смесей получили интенсивное развитие.
В табл. 30.1 представлены данные по ряду широко используемых полимеров для смесей типа полимер-полимер. Каждый из этих полимеров имеет особые свойства в избранной области. Однако они имеют высокую восприимчивость к различным жидкостям. Усиление их барьерных свойств и стойкости к растворителям расширит их пригодность для различных применений.
Барьерные свойства и стойкость к растворителям полимеров, представленных в табл. 30.1, могут быть улучшены посредством их смешения с полимером, имеющим улучшенные барьерные свойства. В табл. 30.2 приведен список полимеров, являющихся хорошими барьерами для проницаемости и обеспечивающими существенно сниженную растворимость и коэффициенты диффузии против ряда жидкостей. Поливинилиденхлорид и поливиниловый спирт имеют ограниченную тепловую стабильность; они используются, прежде всего, в виде покрытий, защищающих от действия растворов и дисперсий. Поливиниловый спирт обладает выдающимися барьерными свойствами против кислорода в сухом виде, но его свойства резко ухудшаются при высокой влажности.
Создание барьерных материалов посредством смешения

Свойства проницаемости и чувствительности к действию растворителей полимеров зависят от их кристалличности и полярности, характеризуемых параметром растворимости. Полиолефины, такие как полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), являются замечательными барьерами для проникновения влаги, но они высокопроницаемы для углеводородов. Алифатические полиамиды, такие как найлон 6 и найлон 66, имеют очень высокую стойкость к углеводородам, но они хорошо проницаемы для водяного пара.
В целом цель состоит в добавлении небольших количеств полимера с высокими барьерными свойствами (как правило, более дорогого) в выбранный полимер матрицы (как правило, дешевый). Первым шагом в изучении барьерных свойств полимерной смеси является определение того, как оптимизировать количество барьерного полимера, чтобы свести к минимуму проницаемость без существенного влияния на привлекательные свойства матричного полимера. Понимание и контроль фазовой морфологии таких смесей необходимы для достижения оптимальных функциональных свойств.