Способ формования термопластичного материала

Способ формования термопластичного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к переработке расплавов термопластичных органических полимеров и может применяться при формовании экструзией, инжекционным формованием и раздуванием полимерного рукава. В частности, заявляемое техническое предложение направлено на улучшение переработки расплава полиолефинов с высокой молекулярной массой, а преимущественно на улучшение переработки полиэтилена с высокой молекулярной массой и полиэтиленов, полученных с металлоценновыми катализаторами.

Полиолефины представляют более 60% от объема всех органических термопластичных полимеров, произведенных в мире. Полиолефины преимущественно используются для производства полимерной пленки, труб и волокон методом экструзии. Объем полиэтиленовых полимеров, производимых промышленностью, составляет около 38% от всех основных термопластических материалов. Полипропилен - второй по распространенности и его доля составляет около 24%. Полиэтилен включает следующие полимеры: полиэтилен высокой плотности (HDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), линейный полиэтилен средней плотности (MDPE) и полиэтилен низкой плотности (LDPE), а также сополимеры этилена: эластомер на основе сополимера этилена/пропилена (EPR), сополимер этилена/пропилена/диена (EPDM), сополимер ацетат этилена/винила (ЕВА), сополимер акрилат этилена/этила (ЕЕА), сополимер этилена/акриловой кислоты (ЕАА) и т.п.

Показатель текучести расплава полимерного материала - это масса полимера в граммах, выдавливаемая через капилляр при определенной температуре и определенном перепаде давления за 10 минут, см. [1]. Полимерный материал с высокой молекулярной массой характеризуется низкими значениями показателя текучести расплава (от 0,05 до 2). Изделия, изготовленные из высокомолекулярных полимеров, характеризуются высокой механической прочностью и могут длительное время эксплуатироваться под механической нагрузкой в агрессивной среде. Расплавы высокомолекулярных полимеров характеризуются высокой вязкостью и скорость течения этих расплавов через каналы и отверстия затруднена большими потерями на внутреннее трение, то есть на вязкие потери. Переработка высокомолекулярных полимеров при повышенной температуре позволяет снизить давление формования, но одновременно увеличиваются затраты на нагрев оборудования и его обслуживание, а охлаждение отформованного изделия занимает дольше времени, что снижает скорость переработки или требует более сложного и дорогого оборудования для ускоренного охлаждения расплава полимера. Дополнительно, переработка высокомолекулярных полимеров при повышенной температуре приводит к термическому разложению полимера и к снижению механической прочности изделий. В промышленности существует потребность увеличить производительность переработки полимеров. В промышленности существует потребность снизить температуру формования при переработке высокомолекулярных полимеров.

Оборудование для переработки полимеров стоит дорого и используется многие годы без замены на более новое оборудование. Промышленность переработки полимеров обладает значительным количеством старого оборудования, которое было разработано для переработки полимера с широким распределением молекулярной массы. Течение расплавов таких полимеров характеризуется снижением кажущейся вязкости материала при течении в узких каналах под давлением, поэтому для переработки полимеров с широким распределением молекулярной массы можно применять экструдеры простой конструкции, которые не обеспечивают большого давления для формования. Современные полимеры, а в частности полиолефины, полученные с металлоценовых катализаторов, характеризуются узким распределением молекулярной массы. Такие полимеры чище, прочнее и дешевле полиолефинов, приготовленных по устаревшим технологиям. При переработке полимеров, полученных с металлоценовых катализаторов, снижение кажущейся вязкости расплава проявляется в незначительной степени, и скорость переработки такого полимера на старом оборудовании неприемлемо снижается. Поэтому в промышленности необходимо обеспечить возможность переработки современных полимеров без замены старого оборудования на новое.

Когда полимеры, полученные с металлоценовых катализаторов и которые характеризуются высокой молекулярной массой, формуют экструзией, то изделие с гладкой поверхностью может быть получено только ниже определенной скорости формования. Выше этого предела начинает появляться шероховатость поверхности ("акулья кожа"). Появление поверхностной шероховатости, известной специалистам как дробление расплава или "акулья кожа", ограничивает производительность формования полимеров в промышленности и прежде всего формования полиэтиленовой пленки из линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE) и высокой плотности (HDPE). В промышленности существует значительная потребность в переработке полимеров, полученных с металлоценовых катализаторов и характеризующихся низким значением показателя текучести расплава, с использованием недорогих и эффективных добавок, обеспечивающих получение продукта без перегрева расплава, т.е. без ухудшения его механических и органолептических свойств. Особенно это касается изготовления пленок для упаковки продуктов питания из LLDPE и труб для питьевой воды из HDPE.

Известен способ и устройство для переработки термопластического материала экструзией, см. [2], в котором, с целью увеличения производительности оборудования по переработке полимерного материала экструзией, нагревают только поверхностный слой полимера в мундштуке. Известно также техническое предложение, в котором внешний слой полимера на выходе из мундштука охлаждают, см. [3]. Fields и Wolf предложили в своем патенте [4] способ бездефектного формования с высокой производительностью таких полимерных изделий, как полимерная пленка и оболочка кабеля. Суть предложения в переработке полимеров в условиях скольжения расплава вдоль металлической поверхности в режиме супер-экструзии. Режим супер-экструзии нестабилен и может осуществляться только в узком интервале скорости экструзии материала и узком температурном диапазоне. Недостатки указанных технических предложений, которые связанны с точным регулированием температуры и скорости формования термопластичного полимерного материала, состоят в использовании более сложного оборудования (конструкции мундштука и оборудования для управления температурой) и в нестабильности процесса переработки.

Известно техническое предложение Slattery и Giacomin, которое направлено на устранение дефектов при экструзии путем обезгаживания полимера в вакууме, см. [5]. Известно другое техническое предложение, в котором для устранения дефектов формования мундштук изготавливают из сплава, содержащего медь и цинк, см. [6] и [7]. Person и Denn показали, что улучшение формования с таким мундштуком достигается только при удалении кислорода из газов, попадающих из атмосферы в экструдер, см. [8]. Недостатки указанных технических предложений, которые связаны с удалением газов из расплава, состоят в недостаточном увеличении скорости бездефектной экструзии и в усложнении технологии формования.

Переработка чистых полимеров экструзией или инжекционным формованием в промышленности, как правило, не производится. На практике перерабатывают "составы полимерных материалов", содержащие разнообразные компоненты в относительно небольших, но часто критических количествах. Эти компоненты могут быть отнесены к двум классам, а именно:

- добавки для улучшения свойств полимерных изделий;

- добавки для улучшения формования расплава полимеров, см. подробнее в следующих источниках информации: [9], [10] и [11].

Добавки для улучшения формования полимеров, или процессинговые добавки, облегчают переработку полимеров [12]. Часто переработка без них не была бы возможной. Особенно важные среди этих добавок - это смазки, иногда называемые "антиадгезивы", которые предотвращают накопление расплавленного термопластического полимера на поверхности оборудования, например на поверхности винта экструдера, мундштука, роликов, формы для инжекционного формования и т.п. Как исключение из правила, некоторые добавки для улучшения свойств полимерных изделий являются одновременно и добавками для улучшения формования полимеров. Например, стеарат цинка - это одновременно смазка и ингибитор химического разложения полимеров при повышенной температуре.

Известно применение процессинговых добавок, которые снижают вязкость полиолефинов, например восков и парафинов, но применение таких добавок малоэффективно и приводит к нежелательному снижению механической прочности полимерных изделий. Некоторые фторированные полимеры, например Viton от DuPont, Dynamar от 3М, Kynar от Atofina и т.д., см. подробнее в [13], подавляют дробление расплава и появление дефектов типа "акулья кожа". Их применение в качестве добавок обеспечивает более высокую производительность формования экструзией. Фторированные добавки обычно используют в количестве от 0,025 до 0,3%

от веса термопластичного полимерного материала. Главная проблема, возникающая в коммерческом использовании этих добавок, - это накопление продуктов разложения фторированных полимеров на металлических поверхностях, например на винте экструдера и/или на мундштуке. Накопление продуктов разложения фторированных полимеров происходит настолько интенсивно, что необходимо периодически останавливать оборудование для очистки с использованием абразивных порошков. Применение этих добавок также ограничено их высокой стоимостью. Фторированные полимеры - это гидрофобные вещества, поэтому их применение увеличивает гидрофобность поверхности полимерной пленки. Согласно оценкам, сделанным Slattery и Giacomin в их патенте [5], затраты на фторированные процессинговые добавки для подавления дефектов формования "акулья кожа" и для увеличения производительности формования полиэтилена составляют около 2% от стоимости самого полимерного материала.

Таким образом, недостатками применения фторированных процессинговых добавок является высокая стоимость и миграция гидрофобных полимеров на поверхность, что затрудняет сварку полимерных изделий нагревом, снижает адгезию краски и клея к полимерной поверхности и приводит к накоплению статического электрического заряда на поверхности пленки. Изготовление и использование фторированных полимеров приводит к выбросу в атмосферу фторсодержащих газов, которые разрушают озоновый слой нашей планеты и, возможно, провоцируют заболевания раком, поэтому использование процессинговых добавок на основе фторированных полимеров нежелательно.

Полиэтиленгликоли и их производные используются в промышленности в качестве компонентов смазки, тормозной и охлаждающей жидкости, разделительных составов для обработки металлов прессованием и резкой, например см. [14], [15]. Известно использование полиэтиленгликоля (ПЭГ), эфиров ПЭГ и высокомолекулярного полиэтиленоксида (ПО) в качестве антиадгезива и процессинговой добавки. DeJuneas с сотр. сообщили в своем патенте [16], что добавление ПЭГ с молекулярной массой от 600 до 20000 Дальтон, а преимущественно от 1300 до 7500 Дальтон, в количестве от 0,02 до 0,05% от веса полимерного материала при производстве полиэтиленовой пленки уменьшает число остановок оборудования для очистки при стандартных условиях работы. В этом патенте также упоминается использование полиэтиленгликолей в количестве от 1 до 3 мас.% в качестве добавки-антистатика для полиэтиленовой пленки. Wolinski сообщил в своем патенте [17], что ПЭГ с молекулярной массой от 1000 до 6500 Дальтон могут быть использованы в количестве от 0,1 до 10 мас.% как добавки в полиэтилен для улучшения качества печати на поверхности полимерной пленки и улучшения качества сварки полимерной пленки нагревом. Известно предложение использовать высокомолекулярный ПЭГ с молекулярной массой от 10000 до 50000 Дальтон в качестве добавки для улучшения формования полиолефинов, см. [18]. Использование полиэтиленгликолей с молекулярной массой менее 10000, согласно Duchesne, см. [19], не обеспечивает улучшения качества формования полиолефинов, в частности не обеспечивает подавления дефектов при экструзии полиолефинов с узким распределением молекулярной массы. Недостатком использования высокомолекулярного ПЭГ в качестве добавки для улучшения формования является его высокая стоимость и низкая эффективность в улучшении переработки полиолефинов экструзией, т.е. необходимость использования значительного количества ПЭГ при формовании.

Blong и Lavallee предложили использовать ПЭГ и полиэтиленоксид (ПО) как добавку в количестве до 20% по весу при переработке фторированного полимера экструзией, см. [20]. В патенте отмечается, что формование фторированного полимера с добавками ПЭГ может проводиться при невысоких температурах и без дефектов формования. Недостатком использования полиэтиленгликоля и полиэтиленоксида при формовании фторированных полимеров является малая эффективность добавки, т.е. необходимость использования значительного количества ПЭГ при формовании.

Использование эфиров гликолей с количеством атомов углерода в молекуле от 2 до 6 и насыщенных жирных кислот как процессинговой добавки для переработки линейного полиэтилена низкой плотности описано в [21]. Bauer с сотрудниками предлагает использование сложных полиэфиров, полученных реакцией поликонденсации многоосновных карбоксильных кислот и низкомолекулярных многоатомных спиртов, содержащих от 2 до 10 атомов углерода, с температурой плавления этих полиэфиров не выше 150°С, как процессинговой добавки для экструзии полиэтилена, см. [22]. Компания Dover Chemical недавно объявила о своем новом продукте с торговой маркой Doverlube FL-599, которые представляет собой эфир гликолей и жирной кислоты. Продукт предназначен для использования в качестве процессинговой добавки для переработки ряда полимеров: ударопрочного полистирола (HIPS), полистирола (PS), полиэтилена (РЕ), полипропилена (РР), акрило-бутадиен-стирола (ABS) и поливинилхлорида (PVC). Отмечено также, что он увеличивает прозрачность полипропилена и может быть использован как компонент чистящих смесей для экструдеров при смене цвета полимерного материала и для уменьшения разложения полимера внутри экструдера, см. [23].

Известно использование смесей простых полиэфиров с неорганическим порошком с размером частиц от 3,5 до 12 микрон в качестве процессинговой добавки. Corwin с сотрудниками в своем патенте [24] сообщают, что накопление продуктов термического разложения полиолефинов внутри горячего экструдера снижается, если используется процессинговая добавка, приготовленная смешиванием ПЭГ или полипропиленгликоля (ППГ) с молекулярной массой в диапазоне от 200 до 4000000 Дальтон в комбинации с фенольным антиоксидантом и неорганической антиблоковой добавкой с размерами частиц от 0,5 до 10 микрон. Li с сотрудниками описали использование бинарных смесей ПЭГ и диатомовой земли, которая обычно используется в качестве антиблоковой добавки, в соотношении 1 часть ПЭГ к 2 частям диатомовой земли и при концентрации бинарной смеси от 0,5 до 3 мас.% для улучшения переработки полиэтилена и подавления дефектов экструзии типа "акулья кожа", см. [25], [26], [27]. Отмечено, что добавление только диатомовой земли или только ПЭГ к полиэтилену дает незначительный эффект и кажущаяся вязкость расплава полиэтилена меняется мало, в противоположность синергетическому эффекту от использования бинарной смеси. Диатомовая земля (кристаллический кварц), которая используется как антиблоковая добавка в производстве полимерной пленки, характеризуется нерегулярной угловатой формой частиц со средним размером от 3,5 до 12 микрон, см. [28]. Недостатком использования бинарной смеси ПЭГ с минеральными порошками с размером частиц от 0,5 до 12 мкм является их низкая эффективность.

Известно использование эфиров борной кислоты, ПЭГ и/или пропиленгликоля как антиадгезива для обработки металлических форм, предназначенных для инжекционного формования термопластичных полимерных материалов, и для очистки экструдера, см. [29] и [30]. Существенно, что полиэфир борной кислоты, предложенный для использования в качестве антиадгезива, характеризуется молекулярной массой от 280 до 4600 Дальтон, то есть этот продукт приготовлен с использованием ПЭГ или ППГ (полипропиленгликоля) со значениями молекулярной массы менее 1500 Дальтон, а молярное отношение атомов бора к молекулам полиэфиров не превышает 1/3. Из описания следует, что покрытие форм производят кистью, распылением или погружением формы при комнатной температуре в жидкий антиадгезив, т.е. указанный полиэфир борной кислоты характеризуется температурой плавления ниже комнатной и не предназначен для использования в качестве процессинговой добавки. Для использования в оборудовании для формования расплавов полимеров указанный жидкий полиэфир борной кислоты используют как добавку в соотношении от 0,1 до 10 частей на 100 частей термопластичного полимера.

Известно использование в качестве процессинговой добавки реагирующей смеси полигидроксильных соединений, например полиолей и силанолов, и борной кислоты или окиси бора, см. [31]. В описании этого технического решения отмечается, что эффективность использования процессинговой добавки на основе реагирующих смесей, содержащих соединения бора и кислорода в качестве отвердителя полимерных жидкостей, может быть улучшена путем добавления составов, содержащих фосфор и кислород, а также составов, содержащих алюминий и кислород. Эффективность использования процессинговой добавки также улучшается, если продукт реакции компонентов процессинговой добавки характеризуется эластичностью, более высокой, чем эластичность формуемого термопластичного полимерного материала, причем эластичность измеряют при максимальной температуре формования на частоте 10 Гц. Недостатком известной процессинговой добавки является продолжительное время индукции, которое необходимо для подавления дефектов формования после подачи полимерного материала с комплексной процессинговой добавки в экструдер для формования.

Обобщая анализ известных аналогов предлагаемого технического решения, связанных с использованием полигликолей и их производных, можно отметить, что известные добавки для улучшения формования на основе полигликолей либо дороги, либо недостаточно эффективны.

Использование комплексных добавок, относящихся к комбинации фторированных полимеров и ПЭГ, в качестве процессинговой добавки широко известно из технической литературы, см. список источников информации: [19], [32], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45], [46]. В патенте [47] Chapman с сотрудниками отмечают, что применение ПЭГ (молекулярный вес 8000; концентрация 0,0480%) без фторированных добавок не приводит к снижению давления формования или подавлению дефектов формования за время наблюдения около 60 минут. Комбинация ПЭГ с фторированными полимерами для использования в качестве процессинговой добавки коммерчески доступна под торговыми марками Kynar и Dynamar. При использовании комбинации ПЭГ и фторированных полимеров снижаются накопление статического разряда на поверхности полимерной пленки и потери на трение.

Обобщая анализ аналогов предлагаемого технического решения, связанных с использованием смесей полигликолей и фторированных полимеров, можно отметить, что их недостатком является дороговизна фторированных полимеров и вредное воздействие фторированных полимеров на окружающую среду.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое предложение [48] о составе термопластичного полимерного материала, включающего органический термопластичный полимер в качестве основного компонента и комплексную добавку для улучшения формования, где в качестве комплексной добавки используют композицию, содержащую один или несколько полиэфиров, выбранных из группы простых и сложных, линейных и разветвленных алифатических полиэфиров с температурой плавления в диапазоне от 35 до 120°С и с молекулярной массой от 1000 до 10000 Дальтон, и один или несколько загустителей, при содержании загустителей от 0,01 до 20 мас.%, где загустители выбирают из следующей группы:

растворимые в полиэфирах полимеры с молекулярной массой от 100000 до 20000000 Дальтон,

высокодисперсные порошки оксидов кремния и титана с размерами частиц от 1 до 1000 нанометров,

химические соединения, содержащие фосфор и кислород из следующей группы: окислы фосфора в степенях окисления фосфора +3 или +5, кислородные кислоты фосфора в степенях окисления фосфора +3 или +5, сложные эфиры указанных кислот фосфора, кислые соли указанных кислот фосфора, а также смеси указанных химических соединений.

Недостатком этого технического решения является продолжительное время индукции, которое необходимо для подавления дефектов формования после подачи комплексной процессинговой добавки. В целом, при использовании этих составов полимерного материала время индукции дольше, чем время индукции при использовании фторированной процессинговой добавки, которая в настоящее время является стандартной процессинговой добавкой в промышленности.

Заявляемое изобретение направлено на то, чтобы сократить время индукции, увеличить скорость бездефектного формования полиолефинов с узким распределением молекулярной массы, уменьшить расход энергии и температуру формования, снизить давление в оборудовании при формовании высокомолекулярных полимеров, а также на то, чтобы упростить и удешевить формование изделий из термопластичных полимерных материалов.

Указанный результат достигается тем, что в способе формования термопластичного полимерного материала, включающем нагрев термопластичного материала выше температуры плавления, продавливание полученного расплава через мундштук при температуре на 10-100°С выше температуры его плавления и охлаждение продукта до температуры ниже температуры плавления, в качестве термопластичного материала используют термопластичный полимер, содержащий комплексную добавку для улучшения формования при следующем соотношении компонентов, мас.%:

комплексная добавка	0,02-1
термопластичный полимер	остальное

при этом в качестве комплексной добавки используют реагирующую композицию, содержащую, по крайней мере, один полиэфирный полиол, который выбирают из группы линейных и разветвленных алифатических полиэфиров с молекулярной массой от 250 до 10000 Дальтон и температурой плавления ниже температуры плавления термопластичного полимера, и, по крайней мере, один компонент-загуститель, который выбирают из группы, включающей многоосновные органические кислоты, ангидриды многоосновных органических кислот, жирные кислоты, содержащие от 8 до 18 атомов углерода, а также их смеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

загуститель	0,1-20
полиол	остальное

Указанный результат достигается также тем, что полиэфирный полиол выбирают из группы линейных и разветвленных алифатических полиэфиров с молекулярной массой от 2000 до 10000 Дальтон.

Указанный результат достигается также тем, что полиэфирный полиол выбирают из группы полиэтиленгликолей с молекулярной массой от 250 до 10000 Дальтон.

Указанный результат достигается также тем, что полиэтиленгликоль выбирают с молекулярной массой от 2000 до 10000 Дальтон.

Указанный результат достигается также тем, что термопластичный полимер выбирают из полиолефинов или смеси полиолефинов.

Указанный результат достигается также тем, что термопластичный полимер выбирают из полиолефинов или смеси полиолефинов, полученных с металлоценовым катализатором.

Указанный результат достигается также тем, что термопластичный полимер выбирают из полиэтиленов или смеси полиэтиленов.

Указанный результат достигается также тем, что термопластичный полимер выбирают из полиэтиленов или смеси полиэтиленов, полученных с металлоценовым катализатором.

Указанный результат достигается также тем, что многоосновные органические кислоты выбирают из следующей группы: щавелевая кислота, янтарная кислота, адипиновая кислота, яблочная кислота, винная кислота, глутаровая кислота, лимонная кислота, малеиновая кислота, полиакриловая кислота, тримезиновая кислота, тримеллитовая кислота, пиромеллитовая кислота и их смеси.

Указанный результат достигается также тем, что ангидриды органических много-основных кислот выбирают из следующей группы: ангидрид янтарной кислоты, ангидрид малеиновой кислоты, ангидрид тримезиновой кислоты, фталевый ангидрид, тримеллитовый ангидрид, ангидрид пиромеллитовой кислоты и их смеси.

Указанный результат достигается также тем, что жирные кислоты выбирают из следующей группы: стеариновая кислота, лауриновая кислота, каприловая кислота, рицинолеиновая кислота, олеиновая кислота, линолевая кислота и их смеси.

Указанный результат достигается также тем, что комплексная добавка дополнительно содержит в качестве загустителя химические соединения, которые выбирают из следующей группы: окислы фосфора в степенях окисления фосфора +3 или +5, кислородные кислоты фосфора в степенях окисления фосфора +3 или +5, сложные эфиры указанных кислот фосфора, кислые соли указанных кислот фосфора, а также их смеси.

Заявляемое изобретение предлагает такие способы формования полимерного материала, которые по сравнению с прототипом обеспечивают укороченное время индукции, которое необходимо для подавления дефектов формования после подачи процессинговой добавки. Заявляемое изобретение также предлагает такие способы формования полимерного материала, которые обеспечивают снижение давления формования и снижение расхода энергии и температуры формования. Заявляемое изобретение предлагает способы формования полимерного материала, которые обеспечивают увеличение скорости переработки полимера и удешевление производства полимерных изделий. Заявляемое изобретение предлагает такие способы формования полимерного материала, которые обеспечивают удешевление и упрощение приготовления процессинговой добавки.

Термин "термопластичный полимерный материал" или для краткости "термопласт" означает материал на основе органического полимера, который размягчается и приобретает способность к пластической деформации при нагреве до температуры меньше температуры его термического разложения. Термин "пластическая деформация" означает необратимую деформацию без разрушения под действием многократной или долговременной нагрузки. Термопластичные органические полимеры, имеющие отношение к предлагаемому техническому решению, включают полиолефины, фторированные полимеры, винилы, полистирол, полиакрил и полиметаакрил, диеновые эластомеры, термопластические эластомеры и полиацетаты. Другая важная группа полимеров включает полиэстеры, полиамиды, поликарбонаты, полисульфоны и полиуретаны. Третья важная группа полимеров - термопластичные эфиры целлюлозы и сложные эфиры, а также эластомеры, если они могут быть переработаны подобно стандартным термопластам.

Преимущественно заявляемое изобретение используется для формования полимерных материалов на основе полиолефинов, сополимеров, терполимеров и смесей полиолефинов. Полиолефин - это термопластичный полимерный материал, полученный монополимеризацией или сополимеризацией мономеров олефинов и до 30% других мономеров, которые могут полимеризоваться с олефинами. Олефины характеризуются химической формулой CH.sub.2=CHR, где R - водород или алкильный радикал, содержащий не более 10 атомов углерода, а предпочтительно от 1 до 6 атомов углерода (1-octene). Примеры полиолефинов, имеющих отношение к заявляемому изобретению: 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. Вышеупомянутые полимеры и сополимеры известны и доступны коммерчески, поэтому их подробное описание мы считаем ненужным.

Примеры смесей двух или более полиолефинов: смеси различных полиэтиленов, смеси полиэтилена и полипропилена, смеси полиэтилена и сополимеров полиолефинов с другими мономерами, например из тех, которые упомянуты выше. Термин "смесь", используемый в описании заявляемого изобретения, относится к смеси двух или более компонентов, выбранных произвольно из определенной группы, если не указано иное.

Полимерный материал помимо термопластичного органического полимера или смеси термопластичных полимеров может содержать антиоксиданты, органические и неорганические наполнители, антиблоковые добавки, органические и неорганические пигменты, смазки, УФ-стабилизаторы и другие добавки. Термопластичный полимерный материал может быть использован в форме мелкодисперсного или крупнозернистого порошка, гранул различной формы и размера, смеси порошка и гранул.

Списки альтернативных компонентов включают и смеси таких компонентов, 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.

Определение термина "добавка для улучшения формования полимеров", или процессинговая добавка, было дано выше.

Вопрос применения добавок для улучшения формования решается из оценки экономической целесообразности. При переработке высокомолекулярных полимеров, например полиолефинов, приготовленных с металлоценовыми катализаторами, улучшение формования при использовании предлагаемых составов полимерного материала проявляется в уменьшении давления формования, увеличении скорости и качества формования и дает большой положительный экономический эффект, так как указанные полимеры с добавками могут быть переработаны при меньших температурах, на более простом и дешевом оборудовании и с большой производительностью. Поскольку стоимость некоторых полиэфиров, например полиэтиленгликолей, с загустителями сравнима или меньше стоимости перечисленных выше органических полимеров, то предлагаемые способы формования полимерного материала с процессинговой добавкой могут быть также рекомендованы для использования с полимерами с широким распределением молекулярной массы. Например, разветвленный полиэтилен низкой плотности (LDPE, полиэтилен высокого давления) характеризуется широким распределением молекулярной массы и резким уменьшением кажущейся вязкости при течении расплава в узких каналах под давлением. Для переработки такого полиэтилена промышленность не использует дорогие добавки для улучшения формования.

Применение предлагаемых составов полимерного материала на основе такого полиэтилена показывает малое снижение давления формования и соответственно дает небольшой положительный экономический эффект. Однако при низкой стоимости процессинговой добавки предлагаемые способы формования полимерного материала могут быть рекомендованы для использования. Предлагаемые составы полимерного материала обеспечивают не только уменьшение давления формования и увеличение скорости экструзии, но и другие положительные эффекты, упомянутые выше, например, для снижения термического разложения такого полиэтилена внутри оборудования при формовании. Снижение термического разложения обусловлено скольжением полимерного материала с процессинговой добавкой вдоль стенки внутри оборудования для формования. Расплав полимерного материала без процессинговой добавки, как правило, прилипает к стенке и при длительном воздействии высокой температуры разлагается. В целом, улучшение качества формования полимерного материала с широким распределением молекулярной массы вытекает из факта формирования разделительного слоя между стенками оборудования для переработки полимеров и расплавом полимерного материала. Это понятно специалистам и не требует подтверждения в примерах реализации.

Ограничение выбора для использования в качестве комплексной процессинговой добавки полимерной композиции с температурой плавления не выше температуры плавления органического полимера определяется тем, что процессинговая добавка должна течь при температуре формования полимерного состава на основе полиолефинов.

Скорость осаждения добавок растет пропорционально их количеству в термопластичном полимерном материале. Скорость износа разделительного слоя на поверхности оборудования для формования определяется скоростью скольжения расплава полимерного материала вдоль границы разделительного слоя, наличием абразивных частиц в термопласте, адгезией разделительного слоя к поверхности оборудования для формования и механическими свойствами материала этого слоя. Количество добавок подбирают для выполнения баланса между скоростью износа и скоростью осаждения для восстановления разделительного слоя. Для целей предлагаемого технического решения используется такой состав термопластичного полимерного материала, который содержит комплексную добавку для улучшения формования (процессинговую добавку) в количестве от 0,02 до 1 мас.%. Преимущественно добавку используют в количестве от 0,05 до 0,5%. Использование добавки в количестве от 0,5 до 1 мас.% допускается для ускоренного снижения потерь на трение при формовании и для ускоренного подавления дефектов экструзии, т.е. для сокращения времени индукции.

Использование добавки в количестве свыше 1% допускается при формовании термопластичного полимерного материала, содержащего органические и неорганические наполнители, например, из списка: древесная мука, глина, молотый кварц, карбонат кальция, доломит и другие минеральные порошки, но при формовании органического полимера без наполнителей высокое содержание процессинговой добавки экономически не оправдано. Состав полимерного материала, содержащий от 1 до 10 мас.% комплексной добавки может быть использован для приготовления концентрата добавки. Концентрат добавки используется в промышленности для смешивания с основным материалом и для более равномерного распределения указанной добавки в полимерном материале, но дополнительная операция приготовления концентрата удорожает производство. Применение комплексной добавки в количестве менее 0,02 мас.% не обеспечивает необходимого снижения давления при формовании полимерного материала и подавления дефектов формования полимеров с узким распределением молекулярной массы.

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 является катализатором, или появляется в ходе химической реакции как промежуточный продукт.

Термины: "реагент-загуститель", "реагирующий компонент-загуститель", "активный загуститель", используемые здесь, относятся к химическому веществу, которое увеличивает вязкость и упругость полимерной жидкости или расплава полимера при смешивании, но так, что сохраняется способность жидкости или расплава течь под нагрузкой.

Понятие "отверждение" соответствует изменению свойств полимерной системы и образованию химических связей в ходе реакции, которая, например, может быть поликонденсацией, полимеризацией или вулканизацией. Термин "реагент-отвердитель" относится к химическому веществу, которое реагирует с полимерной жидкостью с образованием трехмерной сетки полимера. Реагент-отвердитель может реагировать с частью маловязкой полимерной жидкости с образованием не сплошной пространственной сетки, а блок-сополимера, растворенного в этой жидкости. Например, смешивание полиолей и многоосновных карбоксильных кислот при условии, что количество карбоксильных групп меньше количества гидроксильных групп, может приводить к образованию в объеме полиоля высокомолекулярного разветвленного блок-сополимера, но при стехиометрическом соотношении реаге