Полимерный материал для ротационного формования

Полимерный материал для ротационного формования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое техническое решение относится к составам полимерного материала для ротационного формования и к способам производства полимерных изделий ротационным формованием.

Термин ротационное формование или ротомолдинг относят к технологии производства полых бесшовных изделий из термопластичных полимеров и эта технология включает четыре ступени: 1) Загрузка твердого полимерного материала в виде гранул и/или сыпучего порошка в полую форму. 2) Нагрев указанной формы в печи до температуры формования с одновременным вращением вокруг двух осей. Во время нагрева формы полимер прилипает к внутренней поверхности формы и полностью расплавляется. 3) На следующем этапе полую форму охлаждают струями воздуха или воды, раскрывают ее и разгружают готовое изделие. Подробнее уровень техники в технологии ротационного формования описан в следующей литературе: [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]. Ротомолдинг имеет следующие преимущества по сравнению с другими технологиями формования полимеров: 1) Возможность формовать полимерные изделия большого размера. 2) Невысокая цена изготовления приспособлений и форм. 3) Возможность формования небольшого количества изделий-прототипов с невысокой стоимостью по сравнению с другими способами формования полимеров. 4) Формование изделий с более толстыми внешними ребрами и углами, что увеличивает механическую прочность и структурную стабильность изделий. 5) Возможность формования больших и малых изделий сложной формы как одно целое. Примеры изделий произведенных по технологии ротомолдинга: 1) Дорожные барьеры и демпферы. 2) Сигнальные конусы для ограничения дорожного движения. 3) Пластмассовые контейнеры, сосуды и бочки. 4) Части для автомобилей. 5) Оборудование для спорта и хобби. 6) Детские игрушки и площадки для игр. 7) Садовая мебель и уличные скамейки. Ротомолдинг - это самый быстрорастущий сегмент полимерной индустрии. За последние 6 лет общий тоннаж полимерных материалов для ротомолдинга удвоился (годовой прирост более 10%), что значительно превышает рост потребления полимерных материалов для других технологий формования.

Полиэтилен включает следующие полимеры: полиэтилен высокой плотности (HDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) и полиэтилен низкой плотности (LDPE). Объем полиэтиленовых полимеров, производимых промышленностью, составляет около 38% от всех основных термопластических материалов. Полипропилен - второй по распространенности и его доля составляет около 24%. Для ротомолдинга используются разнообразные полимерные материалы: Полиэтилен, Поливинилхлорид, Фторированные полимеры, Полипропилен, Нейлон и Поликарбонат, но именно Полиэтилен доминирует по объему использования для ротомолдинга (85% от всех полимеров). Полиэтилен можно легко и быстро измельчить в порошок с размерами частиц менее 500 микрон. Полиэтилен с добавками антиоксидантов стабилен при нагревании и может быть отформован при высокой температуре с использованием высокопроизводительного оборудования для формования. Прекрасные физические свойства полимеров при низкой температуре, такие как ударная прочность, позволяют использовать изделия в широком интервале температур. Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) имеет более высокую ударную прочность и трещиностойкость по сравнению с другими полиэтиленами. В общем, для ротационного формования используется приблизительно 5% от общего потребления LLDPE. LLDPE, изготовленный с использованием металлоценовых катализаторов, широко используется для ротационного формования, поскольку он обеспечивает следующие преимущества: 1) Укороченное время формования. 2) Более широкий температурный интервал для формования. 3) Сниженное потребление энергии при формовании. 4) Более высокая ударная прочность по сравнению с полиэтиленами, изготовленными с обычными катализаторами.

Составы полимерного материала на основе полиолефинов, включающие воск и металлические соли высокомолекулярных жирных кислот были предложены чтобы улучшить переработку полиолефинов уже в 40-х годах, см. [8]. Chaudhary с сотрудниками предложил составы полимерного материала, которые особенно рекомендуются для ротационного формования, см. [9] и [10]. Эти полимерные составы включают по крайней мере 94% по весу одного или нескольких термопластичных полимеров и не более 6% по весу одной или нескольких процессинговых добавок. По определению процессинговая добавка уменьшает вязкость и/или упругость полимера на низких частотах деформаций, что позволяет сократить время спекания полимерных частиц и/или уменьшить температуру формования. Список рекомендуемых процессинговых добавок включает: ароматические или алифатические углеводородные масла, эфиры, амиды, спирты, кислоты и их органические и неорганические соли, например стеараты металлов, а также силиконовые масла, полиоли на основе простых полиэфиров, моностеарат глицерина и другие органические соединения.

Pick с сотрудниками показал корреляцию между числом пузырей в отформованном изделии и его ударной прочностью, а именно с увеличением числа пузырей ударная прочность снижается, см. [11]. Дополнительно, большое количество пузырей в отформованном изделии снижает привлекательность изделия для потребителя. Gogos исследовал растворение пузырей в типичных полимерных расплавах для ротационного формования, см. [12]. Он указал на то, что резкое увеличение давления внутри полой формы приводит к увеличению градиента концентрации растворенного в расплаве газа вблизи поверхности пузыря и к быстрому исчезновению пузырей. Fried и Rottman раскрыли в своем патенте метод формования изделий из гранулированного полимерного материала, который может включать использование вакуума или повышенного давления для удаления пузырей из расплава, см. [13]. Использование вакуума или повышенного давления при ротационном формовании усложняет технологию и удорожает стоимость изготовления металлических форм, способных выдержать перепады давления без деформирования.

Добавки для удаления пузырей из расплава были недавно предложены Maziers, см. [14] и [15]. Одна добавка для удаления пузырей содержит фторполимер как основной компонент, а как дополнительный компонент содержит химические соединения, которые выбирают из списка, включающего блок-сополимер простого полиэфира и полиамида, термопластичный полиуретан, сополимер простого и сложного полиэфиров, а также полиэтиленгликоль. Другая добавка для удаления пузырей из расплава содержит сополимер простого и сложного полиэфиров или смесь на основе этого сополимера или содержит указанный сополимер в качестве основного компонента в смеси с другими химическими соединениями, которые выбирают из списка, содержащего блок-сополимер простого полиэфира и полиамида, термопластичного полиуретана, полиэтиленгликоля, фторированного полимера. Что касается сополимера простого и сложного полиэфиров, то это блок-сополимер, который состоит из гибких звеньев простого полиэфира (полигликоля) и жестких сегментов из блоков сложного полиэфира. Полиэтиленгликоль, который упоминается в указанных изобретениях, предложено выбирать со средним молекулярным весом в диапазоне от 100 до 2000 Дальтон, а преимущественно от 150 до 700 Дальтон. Недостатком использования известных добавок для удаления пузырей из расплава является их относительная дороговизна.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является состав полимерного материала (принятый за прототип), предложенный Needham [16] и который включает добавки некоторых химических соединений, которые остаются твердыми при температуре формования полимера, например сульфаты и карбонаты металлов второй группы, а также сажа и окислы металлов, включая окислы тяжелых металлов. Согласно этому предложению добавки используют в концентрации от 0,1 до 3%, а преимущественно в количестве от 1 до 2% по весу для того, чтобы улучшить стойкость отформованных изделий к проколам и переломам. Примеры предлагаемых добавок: сульфат и карбонат кальция, сульфат бария, окись цинка, минеральные пигменты. Добавки используют в виде мелкодисперсного порошка с размерами частиц от 0,05 до 20 микрон, а преимущественно от 0,1 до 10 микрон. В описании патента указано, что силикаты, то есть химические соединения, содержащие окись кремния, такие как: глина, тальк, силикат-алюминия и магния, не обеспечивают улучшения свойств отформованных изделий и поэтому не рекомендованы для использования в качестве предлагаемых добавок. Недостатком предложенного состава полимерного материала является большая концентрация добавок и необходимость смешивания этих добавок с расплавом полимерного материала, что усложняет технологию и удорожает стоимость полимерного материала.

Существует потребность в изделиях с улучшенными механическими свойствами, в частности с улучшенной ударной прочностью и трещиностойкостью, и потребность в улучшении технологии ротационного формования для получения таких изделий. В технической литературе показана обратная корреляция количества пузырей в отформованном изделии с механической прочностью изделий. Перегрев расплава при формовании изделий для удаления пузырей из расплава приводит к снижению механической прочности отформованных изделий из-за термического разложения полимерного материала, поэтому существует потребность в изготовлении изделий по технологии ротационного формования с уменьшенным количеством пузырей в отформованном изделии без значительного перегрева расплава от температуры плавления полимерного материала. Существует также потребность в том, чтобы сократить время формования при одновременном удалении пузырей из изделий.

Заявляемое изобретение предлагает такие составы полимерного материала, которые обеспечивают удаление пузырей из отформованного изделия без значительного перегрева при формовании. Заявляемое изобретение также предлагает такие составы полимерного материала, которые обеспечивают быстрое спекание гранул и/или порошка полимерного материала по технологии ротационного формования с уменьшенным количеством пузырей в отформованном изделии без значительного перегрева расплава от температуры плавления полимерного материала. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы уменьшить количество пузырей в отформованном изделии без значительного перегрева при формовании, а в частности в том, чтобы предложить такие составы полимерного материала, которые обеспечивают удаление пузырей из отформованного изделия без значительного перегрева при формовании. Задача настоящего изобретения также состоит в том, чтобы улучшить спекание гранул и/или порошка полимерного материала и сократить временя формования изделий по технологии ротационного формования при одновременном удалении пузырей из отформованного изделия.

Полимерный материал для ротационного формования, содержащий частицы термопластичного полимера или смеси термопластичных полимеров, отличается тем, что он дополнительно содержит в количестве от 0,001 до 0,1% от общей массы полимерного материала высокодисперсную окись кремния с размерами частиц от 1 до 1000 нм, причем эти частицы распределены по поверхности частиц полимерного материала.

Поставленная задача достигается также тем, что термопластичный полимер представляет собой, по меньшей мере, один полиэтилен.

Поставленная задача достигается также тем, что термопластичный полимерный материал дополнительно содержит в количестве от 0,01 до 1 мас.% от общей массы полимерного материала процессинговую добавку, имеющую температуру плавления не выше 150°С и температуру кипения не ниже 250°С и выбранную из группы, включающей:

A) по меньшей мере, один полиол, представляющий собой простой линейный или разветвленный алифатический полиэфир с молекулярной массой от 150 до 10000 Дальтон,

Б) по меньшей мере, один полиол (А) и реагирующий компонент, выбранный из группы, включающей, по меньшей мере, одну многоосновную органическую кислоту, или, по меньшей мере, один ангидрид многоосновной органической кислоты, или, по меньшей мере, одну борную кислоту, или окись бора, или, по меньшей мере, одну жирную кислоту, или их смеси,

B) форполимер, полученный из реагирующей смеси компонентов (Б),

Г) композиция, включающая смесь компонентов (Б) и форполимер (В),

Д) композиция, включающая форполимер (В) и реагирующий компонент, который выбирают из группы, включающей, по меньшей мере, один полиол (А), или, по меньшей мере, одну многоосновную органическую кислоту, или, по меньшей мере, один ангидрид многоосновной органической кислоты, или, по меньшей мере, одну борную кислоту, или окись бора, или, по меньшей мере, одну жирную кислоту, или их смеси,

Е) сложный полиэфир, полученный из реагирующей смеси компонентов (Б).

Поставленная задача достигается также тем, что термопластичный полимерный материал дополнительно содержит в количестве от 0,01 до 1 мас.% от общей массы полимерного материала процессинговую добавку, имеющую температуру плавления не выше 150°С и температуру кипения не ниже 250°С, и выбранную из группы, включающей:

A) по меньшей мере, один полиэтиленгликоль с молекулярным весом от 150 до 10000 Дальтон,

Б) по меньшей мере, один полиэтиленгликоль (А) и реагирующий компонент, выбранный из группы, включающей, по меньшей мере, одну многоосновную органическую кислоту, или, по меньшей мере, один ангидрид многоосновной органической кислоты, или, по меньшей мере, одну борную кислоту, или окись бора, или, по меньшей мере, одну жирную кислоту, или их смеси,

B) форполимер, полученный из реагирующей смеси компонентов (Б),

Г) композиция, включающая смесь компонентов (Б) и форполимер (В),

Д) композиция, включающая форполимер (В) и реагирующий компонент, который выбирают из группы, включающей, по меньшей мере, один полиэтиленгликоль (А), или, по меньшей мере, одну многоосновную органическую кислоту, или, по меньшей мере, один ангидрид многоосновной органической кислоты, или, по меньшей мере, одну борную кислоту, или окись бора, или, по меньшей мере, одну жирную кислоту, или их смеси,

Е) сложный полиэфир, полученный из реагирующей смеси компонентов (Б).

Поставленная задача достигается также тем, что высокодисперсная окись кремния с размерами частиц от 1 до 1000 нм либо обработана парами органосилана в присутствии паров воды, либо представляет собой твердый продукт сжигания в кислороде или смеси нейтральных газов с кислородом паров органосиликона, или органосилана, или органосилоксана и горючего газа, включающего водород, метан, пары метанола или их смеси.

Термин "термопластичный полимер" или для краткости "термопласт" означает полимер, который размягчается и приобретает способность к пластической деформации при нагреве до температуры меньше температуры его термического разложения, а при понижении температуры становится твердым. Термин "пластическая деформация" означает необратимую деформацию без разрушения под действием многократной или долговременной нагрузки. Термин "полимер", используемый здесь, относится к макромолекулярным соединениям, приготовленных полимеризацией мономеров одного и того же или другого типа. Термин "полимер" относится к гомогенным полимерам, сополимерам, тройным сополимерам, смешанным сополимерам, и так далее.

Термопластичные органические полимеры, имеющие отношение к предлагаемому техническому решению, включают полиолефины, фторированные полимеры, винилы, полистирол, полиакрил и полиметакрил, диеновые эластомеры, термопластические эластомеры и полиацетаты. Другая важная группа полимеров включает сложные полиэфиры, полиамиды, поликарбонаты, полисульфоны и полиуретаны. Третья важная группа полимеров - термопластичные эфиры целлюлозы, а также эластомеры, если они могут быть переработаны по технологии ротационного формования. Наиболее предпочтительная группа полимеров - полиолефины, сополимеры, терполимеры и смеси полиолефинов. Примеры полиэтиленов: HDPE (полиэтилен высокой плотности), LLDPE (линейный полиэтилен низкой плотности), РР (изотактический полипропилен), EPR (эластомер на основе сополимера этилена/пропилена), EPDM (сополимер этилена/пропилена/диена), ЕВА (сополимер ацетат этилена/винила), ЕЕА (сополимер акрилат этилена/этила) и ЕАА (сополимер этилена/акриловой кислоты) и т.п. Термопластический полимер может также быть сополимером двух или более полимеров из указанного списка. Вышеупомянутые полимеры и сополимеры известны и доступны коммерчески, поэтому их подробное описание мы считаем ненужным. Выбор полимера определяется требованиями к изделию или к его части, изготовленным по технологии ротационного формования.

Известно из технической литературы, что смесь термопластичных полимеров с отличающимися характеристиками может быть использована в технологии ротационного формования для получения изделий с качеством, которое превосходит качество изделий изготовленых из одного полимера. Составы из термопластичных полимеров, включающие полиолефины, например полиэтилен и полипропилен, оказались востребованы для изготовления изделий ротомолдингом, а смеси на основе различных полиэтиленов наиболее часто используются в промышленности для изготовления изделий по технологии ротационного формования. Для целей заявляемого изобретения смешивание полимеров может быть произведено любым известным способом, включая последовательное использование двух химических реакторов, а преимущественно смешиванием расплавов полимеров и смешиванием твердых частиц полимеров. Необходимо использовать совместимые компоненты полимерной смеси. Предпочтительное значение индекса текучести расплава смеси полимеров для целей заявляемого изобретения должно быть в диапазоне от 3 до 10 г за 10 минут.

Для целей заявляемого изобретения может быть использована смесь частиц термопластичных полимеров существенно разного размера. В частности, если два полимера с существенно разными размерами частиц используются в смеси, то можно определить, что первый полимер приготовлен с частицами большего размера, а второй полимер приготовлен с частицами меньшего размера. По технологии ротационного формования первый полимер формирует внутренний слой изделия, а второй полимер формирует внешний слой изделия. Например, для вспененного внутреннего слоя или сердцевины изделия первый полимер может быть приготовлен со вспенивающими добавками в виде гранул большего размера, а второй полимер формирует внешний слой изделий. Использование добавок высокодисперсной окиси кремния к таким составам полимерного материала обеспечивает эффективное удаление пузырей из внешнего слоя отформованного изделия. Аналогично, если необходимо формовать изделия со внутренним слоем, содержащим наполнитель, то первый полимер может быть приготовлен как смесь термопластичного полимера с подходящим наполнителем и отформован в виде гранул большего размера. Полимерный материал может, в частности, содержать смесь гранул (от 50 до 80%) и меньшего количества по весу (от 20 до 50%) мелкозернистого сыпучего порошка одного и того же термопластичного полимера. Полимерный материал может содержать несколько различных полимеров с частицами различного размера. Например, состав полимерного материала может включать три различных полиэтилена с различающимся размером частиц.

Термин "высокодисперсная окись кремния" означает окись кремния в виде наночастиц с размерами от 1 до 1000 нм.

Термин "реагент" или "реагирующий компонент", используемый здесь, относится к химическому веществу, которое присутствует в начале химических реакций и реагирует с одним или несколькими другими веществами или катализатором или появляется в ходе химической реакции.

Термин "смесь", используемый здесь, относится к смеси двух или более компонентов, выбранных произвольно из определенной группы, если не указано иное. Списки альтернативных ингредиентов включают смеси таких ингредиентов, если не оговорено иное. Что касается всех численных диапазонов, раскрытых в заявляемом документе, следует понимать, что каждый более широкий числовой интервал (диапазон значений) включает и каждый узкий диапазон значений и каждое индивидуальное значение, которое находится в указанном числовом интервале.

Для заявляемого изобретения может быть использована окись кремния с примесями окислов металлов, например алюминия, олова или титана. Изготовление высокодисперсных порошков из частиц окислов металлов и металоидов путем гидролиза галогенидов хорошо известно и широко применяется в промышленности. Изготовление высокодисперсной окиси кремния включает реакцию тетрахлорида кремния (SiCl.sub.4) в пламени горения водорода, так что тетрахлорид кремния реагирует с водой и превращается в окись кремния (SiO.sub.2) с выделением хлористого водорода (HCl) в качестве побочного продукта. Образующийся хлористый водород может быть легко отделен, поскольку это газ, а окись кремния - это твердое вещество. Получаемый продукт высокодисперсной окиси кремния характеризуется очень низкой кажущейся плотностью. Обращение с высокодисперсной окисью кремния затруднено тем, что этот материал создает медленно оседающие взвеси в воздухе. Вдыхание воздушной взвеси высокодисперской окиси кремния в воздухе опасно для здоровья человека, поэтому транспортировка и перегрузка этого высокодисперсного порошка требует специальных приспособлений. Из-за этих сложностей использование готового высокодисперсного порошка окиси кремния от производителя в приготовлении составов полимерного материала для ротационного формования удорожает производство.

Для заявляемого изобретения проще получать взвесь высокодисперной окиси кремния в продуктах горения паров органосиликонов и некоторых горючих газов (например, водорода, метана или метанола), которые реагируют с кислородом с образованием паров воды, и после охлаждения смешивать продукты горения с гранулированным термопластичным полимером. В процессе смешивания твердые продукты горения (окись кремния) оседает на поверхности гранулированного термопластичного полимера. Известно, что частицы высокодисперсной окиси кремния с гидрофильной поверхностью агломерируют в кластеры с размерами, которые превышают оптимальные значения для целей заявляемого изобретения. Kratel с сотрудниками предложил способ уменьшения размеров кластеров наночастиц и получения высокодисперсной окиси кремния с гидрофобной поверхностью, см. [17]. Предложенный способ включает реакцию пиролитической окиси кремния с органосиликонами, например с триэтоксисиланом, в присутствии паров воды в шаровой мельнице. Rohr с сотрудниками предложил более простой способ получения высокодисперсного порошка окиси кремния с малым размером кластеров, который не требует механической воздействия на порошок окиси кремния, см. [18].

Дисперсии частиц окиси кремния в гранулированном полимерном материале могут быть приготовлены различными способами, известными для специалистов по переработке полимеров, например смешиванием посредством ленточного блендера, барабанного блендера, смешиванием в шаровой мельнице или смешиванием порошков в мельнице для дробления гранул полимера. Добавки высокодисперсной окиси кремния могут быть смешаны сначала только с частью порошка полимерного материала, а затем этот концентрат может быть использован для смешивания с основной частью полимерного материала. Из уровня техники известно, что смешивание порошков высокодисперсной окиси кремния с гидрофильной поверхностью с порошком полимерного материала в условиях нагрева и в присутствии паров воды и органосилана и при механическом воздействии на смесь, например, в шаровой мельнице, позволяет модифицировать поверхность частиц окиси кремния, т.е. сделать их поверхность гидрофобной, и одновременно уменьшить размер кластеров частиц окиси кремния.

Для задач заявляемого изобретения желательно приготавливать дисперсию высокодисперсной окиси кремния в полимерном материале по технологии, включающей следующие операции: а) сжигание в воздухе или кислороде газообразной горючий смеси, которая состоит из низкомолекулярных соединений кремния, таких, как силан, органосилан, органосилоксан и их смеси, а также газообразного топлива, которое выбирают из группы: водород, метан, метанол и их смеси, б) охлаждение дыма этого пламени холодным воздухом, или нейтральным газом, или газообразной смесью указанных газов с парами низкомолекулярных органосиликонов, с) смешивание полученных наночастиц окиси кремния с полимерным материалом.

Неожиданно нами было обнаружено, что высокодисперсная окись кремния может быть использована в составах полимерного материала в концентрации от 0,001 до 1% от общего веса полимерного материала для уменьшения количества пузырей в изделиях, полученных по технологии ротационного формования. Преимущественно добавки высокодисперсной окиси кремния с размерами частиц от 1 до 1000 нм используются в концентрации от 0,01 до 0,1% весу полимерного материала. Дополнительно было обнаружено, что высокодисперсная окись кремния, обработанная парами органосиланов в присутствии паров воды, то есть имеющая гидрофобную поверхность, может эффективно быть использована для улучшения технологии ротационного формования.

Полиэтилен во время размалывания гранул в сыпучий порошок подвергается воздействию температур, близких к температуре плавления в присутствии кислорода и значительным сдвиговым нагрузкам, которые разрывают полимерный материал. После измельчения порошок полиэтилена может длительно храниться в присутствии кислорода и окислительная деградация поверхностного слоя гранул порошка продолжается. Хорошо известно, что для качественной сварки полиэтиленовых пленок необходима комбинация нагрева с давлением. В технологии ротационного формования спекание полимерных порошков происходит в условиях отсутствия давления, когда только капиллярные силы определяют течение расплава. Поэтому сваривание (спекание) гранул полимерного материала характеризуется пониженным сцеплением молекул вдоль границ гранул. Поверхность гранул полиэтилена обогащена компонентами с малым молекулярным весом. Такие компоненты мигрируют из объема гранул на их поверхность, а также образуются на поверхности при окислении молекул полиэтилена. Присутствие низкомолекулярных компонентов существенно снижает когезионную прочность отформованного материала вдоль границ спкания гранул.

Не ограничивая себя теорией, мы можем предложить следующее качественное объяснение наблюдаемому улучшению в технологии ротационного формования. Наночастицы высокодисперсной окиси кремния на поверхности гранул полиэтилена задерживают во времени слияние гранул при расплавлении и удерживают их на некотором расстоянии друг от друга так, что воздух может выйти вдоль промежутков между деформирующимися гранулами. Когда гранулы полиэтилена сплавляются, то наночастицы окиси кремния оказываются впаянными в полимерный расплав контактирующих гранул, и таким образом они упрочняют сварной шов между гранулами. Если наночастицы окиси кремния имеют гидрофобную поверхность, то они не агломерируют в большие кластеры. Поэтому зазоры между плавящимися гранулами характеризуются меньшей толщиной, а следовательно требуется более короткое время для спекания порошков. Дополнительно, гранулы гидрофобных полимеров, таких как полиэтилен, будут более надежно скреплены между собой частицами окиси кремния с гидрофобной поверхностью. В отличие от известных из уровня техники нанокомпозитов, которые содержат значительное количество высокодисперсного наполнителя, улучшения в технологии ротационного формования согласно настоящему изобретению достигаются при концентрациях добавки от 0,001 до 0,1% и при распределении частиц окиси кремния по поверхности полимерных частиц. Оптимальная концентрация окиси кремния в полимерном материала определяется размерами частиц полимерного материала и окиси кремния. Использование концентрации добавки от 0,1 до 1% является избыточным и экономически нецелесообразным. Если количество высокодисперсной окиси кремния в составе полимерного материала превышает 1% по весу, то время формования изделия увеличивается. Если количество высокодисперсной окиси кремния выбирают менее 0,001%, то удаление пузырей из отформованного изделия недостаточно.

Полиоли с молекулярным весом от 150 до 10000 Дальтон, а преимущественно полиэтиленгликоли, также как и сложные эфиры органических кислот, в частности жирных кислот и многоосновных органических кислот, или ангидридов органических кислот, и указанных полиолей показывают хорошее смачивание поверхности гранул и металлов и значительно ускоряют сваривание (спекание) смеси гранул и/или порошка полиэтилена. Для специалистов в области переработки полимеров и органической химии должно быть понятно, что без ограничения общности предлагаемого технического решения, полиэтиленгликоли, реагирующие смеси на их основе или форполимеры и сложные эфиры, приготовленные из этих реагирующих смесей, могут содержать добавки низкомолекулярных спиртов, например из списка: глицерин, ксилол, сорбитол, манитол, и их комбинации, и моноэфиры, такие как моностеарат глицерина, если средний молекулярный вес всех компонентов многоатомных спиртов составляет не менее 150 Дальтон.

Термин полиоли относится к многоатомным спиртам, содержащим несколько гидроксильных групп. Полигликоли - простейшие из полиолей, поскольку содержат две гидроксильные группы. Полиоли включают простые и сложные полиэфиры. Термин простые полиэфиры означает гетероцепные полимеры, содержащие регулярно повторяющиеся группировки С-О-С в основной цепи. Простые эфиры получают реакцией поликонденсации многоатомных спиртов (полиолей) с полиалкиленоксидами, например реакцией этиленгликоля с этиленоксидом в присутствии катализатора: едкой щелочи. Простые эфиры могут быть линейными или разветвленными. Полиэтиленгликоль (ПЭГ) - простой алифатический линейный полиэфир. Полиэтиленгликоль с молекулярным весом менее 600 Дальтон находится в жидком агрегатном состоянии при комнатной температуре. Температура плавления ПЭГ с молекулярным весом 600 Дальтон - около 23°С, для ПЭГ 1000 - в интервале от 35 до 40°С, а для ПЭГ 1500 - в интервале от 44 до 48°С. Температура плавления ПЭГ растет с увеличением молекулярного веса и достигает значения 67°С, см. [19] и [20]. Температура кипения полиэтиленгликолей также растет с молекулярным весом. Диэтиленгликоль (106 Дальтон) кипит при 245°С, а триэтиленгликоль (150 Дальтон) кипит при 285°С.

Сложный полиэфир - это категория полиолей, которая содержит функциональную группу эфира карбоновой кислоты -С(=O)O- в своей основной молекулярной цепи. Сложные полиэфиры получают реакцией поликонденсации между многоатомным спиртом (полиолем) и карбоновой кислотой. Например, в реакции между диолем и дикарбоновой кислотой получают линейные сложные полиэфиры. Карбоновые кислоты - класс органических соединений, молекулы которого содержат одну или несколько функциональных карбоксильных групп -C(=O)OH. Сложные эфиры, полученные в реакции между многоатомным спиртом и многоосновной органической или неорганической кислотой, например из списка: щавелевая кислота; янтарная кислота; яблочная кислота; винная кислота; адипиновая кислота; глутаровая кислота; лимонная кислота; малеиновая кислота; полиакриловая кислота, аскорбиновая кислота могут быть первичными, вторичными и третичными, то есть с замещением одного, двух или трех атомов водорода. Сложные эфиры могут быть линейными или разветвленными.

Для целей заявляемого изобретения рекомендуются использовать простые алифатические полиэфиры, которые предпочтительно содержат по крайней мере две гидроксилгруппы в молекуле. Гидроксилгруппы могут быть расположены в концах молекулы, они могут быть распределены вдоль молекулы, или они могут быть расположены и на концах и вдоль молекулы. Когда гидроксилгруппы расположены только вдоль цепи, то концевые группы могут быть любой нереактивной группой, например метилгруппой. Дополнительно, предпочтительно использовать гидрофильные алифатические полиэфиры, и наиболее предпочтительно использовать полиэтиленгликоли с молекулярной массой от 150 до 10000 Дальтон, а преимущественно с молекулярной массой от 150 до 4000 Дальтон. Использование полиэтиленгликолей с молекулярным весом от 150 (триэтиленгликоль) до 4000 Дальтон имеет то преимущество, что они относительно дешевы и характеризуются малой вязкостью в расплавленном виде, поэтому их легко перемешать с порошком полимерного материала. Полиэтиленгликоли с молекулярным весом от 150 до 600 Дальтон при комнатной температуре жидкие, поэтому они могут быть легко перемешаны с порошком или гранулами полимерного материала при комнатной температуре.

Для целей заявляемого изобретения могут быть использованы смеси на основе таких полиэтиленгликолей, а также смесь, включающая низкомолекулярные полигидроксильные соединения с температурой кипения не ниже максимальной температуры формования термопластического материала, например глицерин, сорбит, гидрохинон, при условии, что усредненный молекулярный вес смеси не менее 150 Дальтон. Для заявляемого изобретения при использовании в качестве процессинговой добавки реагирующие смеси полиолей и многоосновных карбоновых кислот, или жирных кислот или борной кислоты, или форполимеров или сложных эфиров на основе таких смесей, рекомендуется выбирать такой состав добавки, в котором количество реакционноспособных гидроксильных групп превышает количество активного водорода упомянутых кислот в смеси. Ограничения выбора полимерной композиции с температурой плавления не выше 150°C и температурой кипения не ниже 250°С определяется тем, что процессинговая добавка должна быть жидкой при температуре формования полимерного состава на основе полиэтиленов. Дополнительно для заявляемого изобретения полиоли или реакционные смеси на основе полиолей или форполимеры или сложные эфиры, приготовленные на основе реагирующих смесей, могут дополнительно содержать антиоксиданты.

Примеры рекомендуемых органических многоосновных кислот: щавелевая кислота, янтарная кислота, адипиновая кислота, яблочная кислота, винная кислота, глутаровая кислота, лимонная кислота, малеиновая кислота, полиакриловая кислота, тримезиновая кислота, аскорбиновая кислота. Примеры рекомендуемых ангидридов органических многоосновных кислот: ангидрид янтарной кислоты, ангидрид малеиновой кислоты, ангидрид тримезиновой кислоты, фталевый ангидрид. Также в составе процессинговой добавки могут быть использованы кислые эфиры низкомолекулярных спиртов и многоосновных органических кислот. Жирные кислоты, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, выбирают из насыщенных и ненасыщенных жирных кислот с количеством атомов углерода от 8 до 18. Примеры рекомендуемых жирных кислот: стеариновая кислота, лауриновая (додекановая) кислота, каприловая кислота и рицинолеиновая кислота. Понятие "борные кислоты" относится к 3 составам: ортоборная кислота (также борная кислота, H.sub.3BO.sub.3), метаборная кислота (HBO.sub.2) и тетраборная кислота (также пироборная кислота, H.sub.4B.sub.40.sub.7).

Дисперсии полиоля, сложных эфиров полиоля, форполимеров и реагирующих смесей на основе полиолей и указанных органических кислот и ангидридов органических кислот в гранулированном полимерном материале могут быть приготовлены различными способами, известными для специалистов по переработке полимеров, например смешиванием посредством ленточного блендера, барабанного блендера, смешиванием расплавов и/или порошков компонентов в экструдере, а преимущественно смешиванием в мельнице для дробления гранул полимера. Предлагаемые добавки используют в количестве от 0,01 до 1% от общего веса полимерного материала химическую композицию, а преимущественно в количестве от 0,01 до 0,1% от общего веса полимерного материала. Процессинговые добавки могут быть смешаны сначала только с частью полимерного материала, а затем этот концентрат может быть использован для смешивания с основной частью полимерного материала. Использование концентратов процессинговой добавки позволяет удешевить производство полимерного материала для ротомол