КОМПОЗИЦИЯ ДОБАВКИ, УЛУЧШАЮЩЕЙ СКОЛЬЖЕНИЕ, В ОБРАБОТКЕ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ
ADDITIVE COMPOSITION FOR IMPROVING SLIDING WHEN PROCESSING THERMOPLASTIC POLYMERS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к применению определенных материалов в качестве добавок, улучшающих скольжение, в обработке полимеров, к термопластическим композициям для литья (формовочным композициям), к литым (формованным) изделиям, производимым из них, и к способу получения таких литых (формованных) изделий.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Термопластические полимеры широко используются в производстве упаковочных изделий. Одним из важных применений полиэтилентерефталатов, в частности, является производство изделий для упаковки пищевых продуктов, и в особенности бутылок для напитков. Такие бутылки для напитков широко используются для безалкогольных газированных напитков, и их использование, из соображений безопасности, является все более привлекательным для упаковки алкогольных напитков, таких как пиво.
Другие применения термопластических полимеров, в том числе полиэфиров, таких как полиэтилентерефталат, включают производство упаковки для агрохимикатов, косметических препаратов, моющих средств и других подобных товаров.
Бутылки из полиэтилентерефталата обычно производят с использованием двухстадийного процесса. На первом этапе процесса гранулы полиэтилентерефталата вместе с любыми необходимыми добавками отливают под давлением для получения преформы (заготовки). Полученную преформу (заготовку) затем выдувают до желаемой формы на втором этапе производства, причем возможно, что этот этап осуществляется уже на другом заводе. Существуют также машины, которые производят преформы, а затем сразу же выдувают из них бутылки.
Полиэтилентерефталат, используемый для целей отливки под давлением, обычно является постконденсированным и имеет молекулярную массу в диапазоне от примерно 25000 до 30000. Однако также предлагалось применять полиэтилентерефталат волоконной структуры, который является более дешевым, но не является постконденсированным, и имеет более низкую молекулярную массу в диапазоне приблизительно 20000. Далее предлагалось использовать сополиэфиры полиэтилентерефталата, которые содержат повторяющиеся звенья от, по меньшей мере, 85 мол.% терефталевой кислоты и, по меньшей мере, 85 мол.% этиленгликоля. Наряду с терефталевой кислотой могут быть включены и дикарбоновые кислоты, такие как фталевая кислота, изофталевая кислота, нафтален-2,6-дикарбоновая кислота, циклогександикарбоновая кислота, циклогександиуксусная кислота, дифенил-4,4'-дикарбоновая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, адипиновая кислота, азелаиновая кислота и себациновая кислота. Другие диолы, которые могут быть введены в состав полиэфиров в дополнение к этиленгликолю, включают следующие: диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,4-циклогександиметанол, пропан-1,3-диол, бутан-1,4-диол, пентан-1,5-диол, гексан-1,6-диол, 3-метилпентан-2,4-диол, 2-метилпентан-1,4-диол, 2,2,4-триметилпентан-1,3-диол, 2-этилгексан-1,3-диол, 2,2-диэтилпропан-1,3-диол, гексан-1,3-диол, 1,4-ди(гидроксиэтокси)-бензол, 2,2-бис-(4-гидроксициклогексил)-пропан, 2,4-дигидрокси-1,1,3,3-тетраметилциклобутан, 2,2-бис-(3-гидроксиэтоксифенил)-пропан и 2,2-бис-(4-гидроксипропоксифенил)-пропан. В настоящем описании термин «полиэтилентерефталат» включает не только собственно полиэтилентерефталат, но также и такие сополиэфиры.
Одним из свойств термопластических преформ и получаемых из них литых изделий, которое является важным для производителей, а также последующих обработчиков формованных термопластических изделий, является коэффициент трения литой преформы или конечного изделия, полученного выдуванием. В общем случае, когда производитель термопластических преформ произвел большое число таких изделий, после этого преформы должны быть упакованы в соответствующий контейнер для последующей транспортировки на пункт, где осуществляется формование выдуванием, возможно - на другом заводе, и возможно, под управлением другого оператора. В интересах производителя наполнить каждый контейнер наибольшим количеством преформ, для того чтобы уменьшить объем, занимаемый упаковкой, и соответственно снизить транспортные расходы, занимаемый объем складских помещений и другие связанные с этим расходы. Особый тип контейнера, обычно используемого для упаковки и транспортировки сформованных литых термопластических преформ, это так называемый контейнер Octabin.
Количество термопластических преформ, которое может быть помещено в каждый контейнер Octabin или подобный контейнер, очевидно, зависит от формы рассматриваемой термопластической преформы. Однако для заданной формы и размера термопластической преформы число таких преформ, которыми можно заполнить контейнер, также зависит от коэффициента трения преформ. Преформы с относительно более низким коэффициентом трения будут соскальзывать внутрь контейнера и, таким образом, обеспечивать большую плотность упаковки преформ. В случае большого контейнера, содержащего большое количество преформ, коэффициент трения может играть существенную роль в определении количества таких преформ, которые могут быть загружены в контейнер.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованной добавки, улучшающей скольжение, для снижения коэффициента трения литых термопластических преформ и/или изделий, полученных из них формованием посредством выдувания. В частности, задачей изобретения является обеспечение такой добавки, которая может быть использована в соединении с полиэтилентерефталатом. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание литых термопластических преформ из полиэтилентерефталата, обладающих пониженным коэффициентом трения, но имеющих приемлемый для их дальнейшего применения внешний вид и другие физические характеристики.
В соответствии с настоящим изобретением предусмотрено применение эфира жирной кислоты в качестве добавки, улучшающей скольжение, в производстве литых изделий из полиэтилентерефталата.
Добавки, улучшающие скольжение, такие как амиды жирного ряда (амиды жирных кислот) и минеральные масла, широко используются в обработке термопластических соединений. В обработке полиолефинов добавки, улучшающие скольжение, обычно выбирают из добавок, представляющих собой амиды жирного ряда, такие как эрукамид и олеамид. Однако применение этих добавок для полиэтилентерефталата проблематично ввиду высоких температур обработки, что может приводить к пожелтению полимера и выделению летучих веществ. В частности, обесцвечивание является актуальной проблемой в обработке прозрачного полиэтилентерефталата.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что сложные эфиры жирных кислот могут быть использованы для снижения коэффициента трения полиэтилентерефталата, при этом не возникает таких проблем, как при применении амидов жирного ряда.
Подходящие сложные эфиры жирных кислот включают следующие, но не ограничиваются ими:
сложные эфиры жирных кислот с глицерином (т.е. глицериновые эфиры жирных кислот), такие как моноолеат глицерина, монорицинолат глицерина, монопальмитат глицерина и моностеарат глицерина;
ацетилированные сложные эфиры жирных кислот с глицерином (ацетилированные глицериновые эфиры жирных кислот), такие как этоксилированный моностеарат глицерина;
сложные эфиры сорбита и жирных кислот, такие как монолаурат сорбита, моноолеат сорбита, монопальмитат сорбита и моностеарат сорбита;
очищенное рапсовое масло;
триглицерид монтановой кислоты;
PEG-400 дилаурат; PEG-200 диолеат; и
ацетилированный триглицерид.
Однако следует отметить, что выбор конкретного эфира жирной кислоты или смеси эфиров жирных кислот, по выбору - в комбинации с другими агентами, такими как минеральные масла, подходящими для конкретного процесса, определяется в соответствии с требованиями этого процесса (например, температура литья, расход и объем образца), требованиями предприятия (например, в отношении характеристик конечного продукта) и природой обрабатываемого материала.
Предпочтительно сложный эфир жирной кислоты представляет собой длинноцепочечный сложный эфир жирной кислоты. Предпочтительно длина цепи составляет приблизительно десять, более предпочтительно, по меньшей мере, двенадцать, например от 12 до 18.
В одном аспекте настоящее изобретение сфокусировано на выборе одного или более материалов для композиции добавки, улучшающей скольжение, для использования в обработке полиэтилентерефталата, которая эффективно улучшает свойство скольжения изделий, отлитых из полиэтилентерефталата, без неблагоприятного воздействия на оптические свойства литых изделий, в частности на их прозрачность или матовость, до неприемлемой степени. Так, в одном из аспектов изобретение предусматривает термопластическую формовочную композицию, включающую полиэтилентерефталат и композицию добавки, улучшающей скольжение, содержащую, по меньшей мере, один сложный эфир жирной кислоты; при этом композиция добавки, улучшающей скольжение, присутствует в формовочной композиции в количестве, эффективном для снижения коэффициента трения литого изделия, образованного из формовочной композиции, по меньшей мере, приблизительно на 25%, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 35%, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 45%, и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 55% по отношению к коэффициенту трения соответствующего литого изделия, образованного из формовочной композиции в отсутствие добавки, улучшающей скольжение.
Один из удобных методов, пригодных для измерения коэффициента трения формованного литого изделия, описан ниже. Предпочтительно снижение коэффициента трения достигается в течение короткого времени, например в течение двух часов, предпочтительно в течение одного часа, после отливки изделия.
Предпочтительно состав добавки, улучшающей скольжение, выбирается для эффективного снижения коэффициента трения литого изделия и для эффективного сохранения желаемого оптического свойства литого изделия. В частности, состав добавки, улучшающей скольжение, может быть выбран для эффективного сохранения прозрачности литого изделия. Другое оптическое свойство литого изделия, которое может предпочтительно сохраняться путем выбора состава добавки, улучшающей скольжение, это матовость.
Поэтому далее изобретение предусматривает термопластическую формовочную композицию, включающую полиэтилентерефталат и композицию добавки, улучшающей скольжение, содержащую, по меньшей мере, один сложный эфир жирной кислоты; причем композиция добавки, улучшающей скольжение, присутствует в формовочной композиции в количестве, эффективном для снижения коэффициента трения литого изделия, образованного из формовочной композиции, по меньшей мере, приблизительно на 25%, предпочтительно - по меньшей мере, приблизительно на 35%, более предпочтительно - по меньшей мере, приблизительно на 45%, и наиболее предпочтительно - по меньшей мере, приблизительно на 55% по отношению к коэффициенту трения соответствующего литого изделия, образованного из формовочной композиции в отсутствие добавки, улучшающей скольжение; при этом композиция добавки, улучшающей скольжение, выбрана эффективной для сохранения, по меньшей мере, одного оптического свойства литого изделия по отношению к этому, по меньшей мере, одному оптическому свойству соответствующего литого изделия, образованного из формовочной композиции в отсутствие добавки, улучшающей скольжение. Указанным, по меньшей мере, одним оптическим свойством предпочтительно является одно или оба из прозрачности и матовости.
Сохранение, по меньшей мере, одного из оптических свойств должно быть предпочтительно таким, чтобы любое различие в указанном, по меньшей мере, одном оптическом свойстве литого изделия по сравнению с соответствующим литым изделием, образованным из формовочной композиции в отсутствие добавки, улучшающей скольжение, было едва видимым, а предпочтительно, по существу, невидимым невооруженным глазом.
Предпочтительно такое сохранение указанного, по меньшей мере, одного оптического свойства литого изделия сохраняется в течение, по меньшей мере, нескольких дней, более предпочтительно, по меньшей мере, нескольких недель, и еще более предпочтительно, по меньшей мере, нескольких месяцев после отливки изделия. Наиболее предпочтительно это свойство должно сохраняться в течение всего времени коммерческого срока службы указанного изделия.
Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что выбор конкретного сложного эфира жирной кислоты или комбинации сложных эфиров жирных кислот для достижения желаемых параметров снижения коэффициента трения и сохранения оптических свойств, в частности, литого изделия из полиэтилентерефталата будет обусловлен рядом факторов, включая молекулярную массу и степень ненасыщенности полимера, присутствие других добавок или красителей в термопластической формовочной композиции, условия обработки, такие как температура и скорость сдвига во время отливки композиции, и другие характеристики литья. Примеры в данном описании показывают некоторые предпочтительные виды из выбранных веществ добавок, улучшающих скольжение. Однако очевидно, что существует много различных вариантов выбора из таких материалов и из сложных эфиров жирных кислот вообще, который обеспечивает достижение желаемых свойств литого изделия, о котором говорилось выше.
Хотя количество композиции добавки, улучшающей скольжение, которое необходимо добавить к термопластической формовочной композиции, в общем случае будет выбрано в соответствии с конкретными характеристиками и свойствами, о которых говорилось выше, как правило, композиция добавки, улучшающей скольжение, добавляется в количестве, по меньшей мере, приблизительно 0,1 мас.%, предпочтительно - по меньшей мере, приблизительно 0,3 мас.%, более предпочтительно - по меньшей мере, приблизительно 0,4 мас.%, и наиболее предпочтительно - по меньшей мере, приблизительно 0,5 мас.% по отношению к массе термопластической формовочной композиции. Сложные эфиры жирных кислот или их смеси составляют, по меньшей мере, часть композиции добавки, улучшающей скольжение, и предпочтительно составляют ее существенную часть (например, по меньшей мере, приблизительно 25%, 40%, 50%, 60% или более).
Характерные температуры, требуемые для литья под давлением формовочных композиций из полиэтилентерефталата, находятся в диапазоне от приблизительно 260°С до приблизительно 285°С или выше, например, до приблизительно 310°С. Несколько меньшие температуры, от температур выше приблизительно 100°С до приблизительно 170°С или более обычно используются на стадии формования выдуванием для производства бутылок из полиэфирных преформ. Предпочтительно, чтобы добавка, улучшающая скольжение, была способна выдерживать такие температуры обработки.
Применение настоящего изобретения обеспечивает существенные преимущества в обработке полиэтилентерефталата, и в частности в производстве литых преформ из полиэтилентерефталата, например:
Улучшение эффективности упаковки, когда преформы упаковываются в коробки в конце технологической линии литья. Это ведет к снижению расходов на транспортировку и хранение единицы продукции.
Пониженное трение может снизить повреждение поверхности преформ, что ведет к улучшенному качеству бутылки.
Снижение трения может также улучшить простоту обработки на последующих линиях выдувания.
Таким образом, изобретение предусматривает термопластическую формовочную композицию, включающую полиэтилентерефталат и сложный эфир жирной кислоты, выбранный таким образом, чтобы он был эффективен в снижении коэффициента трения литых изделий, образованных из этой композиции.
Обычно модифицированную термопластическую формовочную композицию отливают под давлением с образованием преформы (заготовки) бутылки, и полученную преформу затем формуют путем выдувания с образованием бутылки.
Сложные эфиры жирных кислот обычно используются в качестве добавок в красителях термопластических материалов, включая полиэтилентерефталат. Однако авторы настоящего изобретения выяснили, что свойства таких материалов, связанные с коэффициентом трения, до настоящего времени не изучались. Предполагается, что химия сложных эфиров жирных кислот, изученная в отношении применения в жидких красителях, может быть оптимизирована с целью обеспечения желаемой особенности снижения трения, требуемой для обработки полиэтилентерефталата. Тщательный отбор типов используемых сложных эфиров может дать продукты, отвечающие требованиям особого снижения трения.
Снижение трения у полиолефинов вызвано присутствием на поверхности литой детали добавок, которые снижают трение. Пониженный коэффициент трения является результатом миграции добавки, улучшающей скольжение, к поверхностной части вследствие определенной несмешиваемости (несовместимости) добавки, улучшающей скольжение, с полимером. Миграция улучшающего скольжение агента к поверхности регулируется следующими факторами.
Смешиваемость добавки, улучшающей скольжение, с полимером и морфология полимера.
Молекулярная масса добавки (например, олеамиды мигрируют быстрее, чем эрукамиды).
Амфифильная природа молекулы добавки. Молекулы со свойствами поверхностно-активных веществ имеют тенденцию мигрировать к поверхности раздела фаз.
В соответствии с настоящим изобретением предусматривается литое изделие из полиэтилентерефталата, включающее сложный эфир жирной кислоты, выбранный таким образом, чтобы он был эффективен в снижении коэффициента трения литого изделия.
В литом изделии в соответствии с изобретением сложный эфир жирной кислоты предпочтительно не является гомогенно диспергированным во всем объеме полимерного субстрата, а скорее предпочтительно располагается близко к поверхности или на поверхности субстрата, таким образом, чтобы придать скользящие свойства поверхности полимера. Такое предпочтительное расположение может иметь место в результате миграции сложного эфира жирной кислоты через субстрат в направлении к его поверхности.
Далее изобретение предусматривает способ изготовления литого термопластического изделия, включающий приготовление термопластической формовочной композиции, содержащей полиэтилентерефталат в смеси с термопластической формовочной композицией, по меньшей мере, одного сложного эфира жирной кислоты, выбранного таким образом, чтобы он был эффективен в снижении коэффициента трения литого изделия, нагревание этой композиции и формование горячей композиции с образованием литого изделия.
Применение сложных эфиров жирных кислот в качестве добавок, улучшающих скольжение, в обработке полиэтилентерефталата в соответствии с настоящим изобретением является в особенности полезным в обработке прозрачного полиэтилентерефталата и в производстве бесцветных литых полиэтилентерефталатных изделий из него.
Соответственно сложные эфиры жирных кислот, используемые в соответствии с настоящим изобретением, являются предпочтительно бесцветными или слабо окрашенными.
Сложный эфир жирной кислоты или смесь сложных эфиров жирных кислот, используемая в соответствии с изобретением, по желанию, может быть скомбинирована с обычно используемыми добавками, улучшающими скольжение, в том случае, если присутствие таких обычных добавок не оказывает неблагоприятного воздействия на внешний вид или другие характеристики конечного продукта до неприемлемой степени. Примеры обычных добавок, улучшающих скольжение, включают ненасыщенные амиды жирных кислот, такие как олеамид. Смешивание добавки, улучшающей скольжение, и любой другой добавки для введения в состав термопластической формовочной композиции в соответствии с настоящим изобретением может осуществляться простой операцией смешивания, например путем непосредственного добавления желаемого количества смеси к полиэтилентерефталату, подаваемому в экструдер. Альтернативно может использоваться предварительное перемешивание с полиэтилентерефталатом в смесителе Бенбери или другом смесительном устройстве.
Другие добавки, которые могут вводиться вместе с добавкой, улучшающей скольжение, включают, например, поглотители ультрафиолетового излучения, добавки, снижающие содержание ацетальдегидов, поглотители кислорода и вещества, препятствующие проникновению диоксида углерода.
Подобным образом в ряде случаев может быть предпочтительно смешивать сложный эфир жирной кислоты или смесь сложных эфиров жирной кислоты с добавкой, улучшающей скольжение, которая имеет более низкую смешиваемость с полиэтилентерефталатом, такой как белое минеральное масло, например. В такой комбинированной добавке сложный эфир жирной кислоты необязательно должен быть главным компонентом в составе добавки, хотя, конечно, он может им быть.
Так, в одном из аспектов настоящее изобретение предусматривает добавку, улучшающую скольжение, для введения в формовочную композицию полиэтилентерефталата, где добавка, улучшающая скольжение, содержит сложный эфир жирной кислоты, имеющий первую смешиваемость с полиэтилентерефталатом, и другой агент, улучшающий скольжение, имеющий вторую смешиваемость с полиэтилентерефталатом, причем вторая смешиваемость ниже, чем первая смешиваемость.
В данном документе термин «смешиваемость» («совместимость») означает, что когда формовочную композицию отливают, скорость миграции к поверхности получаемого литого изделия у агента, имеющего более низкую смешиваемость, больше, чем соответствующая скорость миграции сложного эфира жирной кислоты. Агент, имеющий более низкую смешиваемость, может рассматриваться как имеющий меньшую растворимость в полиэтилентерефталате, чем растворимость сложного эфира жирной кислоты.
Агент с более низкой смешиваемостью может быть, например, минеральным маслом, таким как белое минеральное масло.
Одним особенно полезным аспектом настоящего изобретения является то, что эффективное улучшение скольжения литого изделия может быть достигнуто при относительно низкой доле вводимой добавки, улучшающей скольжение. Если добавка, улучшающая скольжение, должна вводиться в термопластическую формовочную композицию в больших количествах (например, выше 0,5 мас.%), то риск неблагоприятного влияния на другие характеристики полимера (внешний вид, например) повышается. Поскольку добавка, улучшающая скольжение, действует посредством миграции к поверхности полимера, ее добавление в больших количествах является в особенности неблагоприятным в применении к изделиям, контактирующим с пищевыми продуктами. В соответствии же с настоящим изобретением добавка, улучшающая скольжение, включающая сложный эфир жирной кислоты, предпочтительно вводится в состав формовочной композиции в количествах не более чем 0,5 мас.%. Было обнаружено, что введение добавки, улучшающей скольжение, включающей сложный эфир жирной кислоты, даже в столь низких концентрациях имеет существенные преимущества в снижении коэффициента трения.
Композиция добавки, улучшающей скольжение, для применения в настоящем изобретении может использоваться в комбинации с органическим жидким носителем, смешиваемым с полиэтилентерефталатом. Альтернативно композиция добавки может быть использована сама по себе, или она сама может быть использована в качестве жидкого носителя для других добавок.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Далее изобретение более подробно описано с использованием Примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
На Фиг.1 схематически показан вид спереди устройства, предназначенного для измерения коэффициента трения преформы бутылки.
На Фиг.2 схематически показан вид сверху устройства, изображенного на Фиг.1.
На Фиг.3 изображено в графическом виде отношение между коэффициентом трения и продолжительностью цикла для различных преформ, описанных ниже.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Был выбран ряд кандидатов для применения в качестве добавок, улучшающих скольжение. Эффект от введения каждой из добавок-кандидатов измерялся путем добавления вещества-кандидата (веществ-кандидатов) в полимер, подаваемый в машину для изготовления литых преформ, производящую преформу путем стандартного процесса литья под давлением, и измерения ее воздействия на коэффициент трения полученных преформ.
Изготовление преформ
Образцы преформ из полиэтилентерефталата изготавливались с использованием полимера марки Voridian 9921, высушенного при 170°С. Аликвота полимера массой 1 кг тщательно перемешивалась в герметичной полипропиленовой емкости. Затем полученные образцы были отлиты при условиях, определенных изготовителем оборудования, на литьевой машине Husky GL160, снабженной двухканальным механизмом для изготовления преформ. Каждый образец полимер/добавка подавались в отливочную машину, в непрерывный поток чистого полиэтилентерефталата путем вливания непосредственно в приемное отверстие, как только открывался шнек, когда чистый полимер был уже почти израсходован, что позволяло оператору рассчитать число доз впрыска на барабан экструдера (в данном случае - восемь) плюс еще две дозы впрыска. Затем получали преформы до тех пор, пока образец не был израсходован. После этого изделия, отлитые из этого образца собирали, используя одноразовые перчатки, и хранили в герметичных полиэтиленовых пакетах до тех пор, пока они не были готовы к исследованиям. Это делали для того, чтобы предотвратить загрязнение поверхности преформ, которое могло повлиять на результаты измерений коэффициента трения.
Измерения коэффициента трения
Коэффициент трения преформ измеряли методом наклонной плоскости, используя преформу как образцы для испытаний, как показано на Фиг.1 и 2. Наклонная плоскость имеет форму клина из люцита (органического стекла) марки Perspex размерами 60×10 см, который шарнирно закреплен за его вершину. Градуированная шкала расположена напротив вершины, так что может быть измерена степень наклона. Два образца преформ фиксируются на плоскости с использованием подходящего адгезива. Может оказаться необходимым отрезать верхнюю часть преформы с использованием резца для трубчатых пластиков, чтобы часть боковой стенки преформы лежала параллельно плоскости из люцита. Затем к стенке тестовой преформы приблизительно посередине длины боковой стенки прикладывали груз весом 25 г. После этого тестовая преформа может быть расположена на зафиксированных преформах таким образом, чтобы вес был приложен в наивысшей точке. Затем плоскость медленно поднимают до тех пор, пока тестовая преформа не соскользнет с зафиксированных преформ. После этого высота, на которой преформа соскользнула с зафиксированных преформ, считывается со шкалы и записывается. Для удобства осуществления эксперимента следует отметить следующие моменты.
На коэффициент трения полиэтилентерефталата могут оказывать влияние многие факторы. Поэтому для каждого цикла литья необходимо подвергать измерению контрольный образец преформы, полученный без введения добавок.
Степень, с которой увеличивается угол наклона поверхности из люцита (Perspex), может оказывать влияние на результаты, поэтому следует обеспечить условия, при которых плоскость каждый раз поднимается приблизительно с одной и той же скоростью.
Каждый раз при выполнении измерений преформы должны быть расположены в одной и той же стартовой позиции.
Для измерения угла соскальзывания нескольких отдельных образцов преформ использовались одни и те же зафиксированные преформы. По причине относительно высокой степени вариабельности эксперимента для каждого образца осуществляли 10 измерений. Затем результаты были выражены как среднее значение из результатов десяти измерений. Для сравнения результатов с контролем и стандартизации значимости различий в результатах можно использовать Т-тестирование по Стьюденту (задавая величину Р).
Коэффициент трения равен тангенсу угла соскальзывания (θ). Он рассчитывается следующим образом:
-1
Коэффициент трения = tg{sin(h/l)}
где h - высота, на которую была поднята плоскость,
l - длина наклонной плоскости.
Первоначальный отбор кандидатов для добавок, улучшающих скольжение
Основываясь на опыте, исходя из существующих продуктов, был протестирован ряд добавок. Первоначальные образцы преформ были получены в едином цикле литья. Их коэффициент трения был измерен по истечении приблизительно 1 часа после изготовления и по истечении 7 дней после изготовления. Действие триглицерида монтановой кислоты измерялось по истечении 24 часов, так как известно, что для его функционирования необходимо обеспечить некоторое время миграции.
Эффект возрастания шероховатости поверхности полимера исследовался с использованием добавления осажденного диоксида кремния (Neolyl AC от фирмы Ineos silicas) и микронизированного талька (Microtal SF). Эти материалы оказывают некоторый эффект снижения трения, но не являются настолько активными как некоторые их эфирных соединений, и, кроме того, имеют дополнительный недостаток, заключающийся в повышении непрозрачности базового полимера.
Результаты, приведенные в Таблице 1, показывают, что эфиры жирных кислот имеют неоспоримые преимущества перед веществами неэфирной природы, такими как минеральное масло PEG-4. Скорость миграции эфира монтановой кислоты также значительно ниже, чем у других эфирных продуктов вследствие ее значительно большей молекулярной массы и насыщенной природы.
Повышение эффективности упаковывания преформ с использованием добавок, улучшающих скольжение
Предполагается, что для получения более эффективной упаковки в коробки, заполняемые путем бросания, используемые в конце линии производства преформ, требуется высокая скорость миграции. В теории скорость миграции должна повышаться с понижением смешиваемости. На этом основании можно предположить, что для получения большего снижения трения следует применять добавки, имеющие относительно низкую смешиваемость, например, такие как белое минеральное масло (WMO 68cSt). Однако это также может привести к матовости получаемой преформы вследствие разделения фаз. До некоторой степени этот эффект может быть смягчен путем смешивания минерального масла со сложными эфирами жирных кислот, которые имеют повышенную смешиваемость (MJ5.169.1, 4 и 5) или путем применения более смешиваемой добавки, добавляемой в более высоком процентном отношении (MJ5.169.6 и 7). Это предположение было проверено путем отливки преформ и измерения коэффициента трения незамедлительно после того, как процедура отливки была завершена. Для сравнения те же самые материалы были отлиты снова, с использованием таких же параметров самого процесса отливки, но с большим временем охлаждения. Это продлило время цикла и, таким образом, повысило время, в течение которого полимер и добавка, улучшающая скольжение, оставались в барабане экструдера.
Код
Степень добавления, %
Описание
Коэффициент трения
Время цикла 25 с
Время цикла 35 с
MJ5.169.1
0,25
75:25 RV5021:RV4900
1,12
1,23
MJ5.169.4
0,25
75:25 RV5021:RV2400
0,80
0,78
MJ5.169.5
0,25
75:25 RV5021:RV4055
0,84
1,32
MJ5.169.6
0,50
22:37:41RV5022:RA876:RV4900
0,82
1,05
MJ5.169.7
0,50
TA-189
0,66
1,02
Чистый ПЭТФ - контроль
1,77
1,73
Расшифровки: RV4900 - Очищенное рапсовое маслоRV5021 - Белое минеральное масло 68cSt при 40°СRV2400 - Триолеат сорбитаRV4055 - Монолаурат сорбитаRA876 - PEG-200 ДиолеатRV5022 - PEG-400 Дилаурат
ТА-189 - Ацетилированный триглицерид (Grinsted Acetem 90 00, бывш. Danisco)
Эти результаты, в графической форме представленные на Фиг.3, показывают, что все образцы, содержащие MJ5.169.4, 5, 6 и 7 при цикле в 25 с действуют сходным образом, но более высокая смешиваемость снижает действие добавки при более длительных временах цикла. Для преформ, изготавливаемых в промышленных масштабах, времена цикла отливки обычно меньше, чем 25 с, и это значит, что все эти образцы с наибольшей вероятностью дадут более благоприятные результаты, чем показано здесь. Это обусловлено тем, что в промышленном процессе производства добавка имеет меньше времени для того, чтобы встроиться в полимерную матрицу.
Предполагается, что образцы, имеющие низкую смешиваемость, добавляемые в низких соотношениях, были бы предпочтительны для добавки, улучшающей скольжение, поскольку это обеспечивает огромные преимущества в стоимостном отношении. Однако многие машины для производства преформ из полиэтилентерефталата характеризуются низкими параметрами сдвига в барабане при использовании очень короткого времени цикла. Это ведет к вероятности помутнения в случае, если смешиваемость добавки, улучшающей скольжение, недостаточно высока. В этой ситуации можно использовать материалы, имеющие более высокую смешиваемость, в то время как требуемая доля вводимой добавки будет экономически более благоприятной.
Измерение цвета участков стенок бутылки
Для проверки влияния добавок, улучшающих скольжение, на качество неокрашенных преформ из полиэтилентерефталата, из преформ, изготовленных так, как описано выше, были выдуты бутылки. Цвет измерялся с использованием спектрофотометра марки Minolta CM3700d в режиме пропускания. Цвет выражали в цветовых координатах L*, а* и b*, что обозначает соответственно светлоту (низкие значения - темный, высокие значения - светлый) и хроматические составляющие «красный-зеленый» (высокие значения - красный, низкие значения - зеленый) и «синий-желтый» (низкие значения - синий, высокие значения - желтый). Значения «дельта» (Δ), представляющие собой разницу между образцом и стандартом, в данном случае представляющим собой чистый полиэтилентерефталат, являющийся контролем, выражаются следующим образом:
2
2
2
1/2
ΔЕ=(ΔL*+Δа*+Δb*)
Образец
Данные колориметрии по отношению к чистому ПЭТФ
ΔL*
Δа*
Δb*
ΔЕ
MJ5.169.1
-0,21
0,01
0,18
0,28
MJ5.169.4
-0,24
0,01
0,24
0,34
MJ5.169.5
-0,03
0,00
0,02
0,04
MJ5.169.6
0,01
-0,01
0,01
0,02
MJ5.169.7
0,00
-0,01
0,01
0,01
Различия в цвете бутылок, полученных выдуванием, очень малы. Обычно значения величины цветового отличия ΔЕ ниже 0,5 незаметны человеку, имеющему нормальное цветовое зрение, а все полученные величины были ниже 0,5. Уменьшение желтизны и увеличение ΔL* между первыми двумя образцами и последними тремя может быть результатом более высокой термостабильности и смешиваемости этих добавок.