Polypropeenin sulahomogenisoinnin optimointi

Työssä käsiteltiin heterofaasisen kopolymeerin sulasekoitusta. Tavoitteina olivat kaksiruuviekstrunderin optimaaliset prosessointiolosuhteet homogeenisen iskunkestävän polypropeenin tuottamiseksi. Kokeellisessa osassa tutkittiin prosessiparametrien vuorovaikutusta sekä niiden ja tuoteominaisuuksien vastaavuutta, erityisesti korkean sekoitusenergian vaikutusta iskusitkeyteen, taivutusmoduliin sekä sulaindeksiin ja polymeerin hajoamiseen. Sulasekoitus tehtiin pienessä Prism-kaksiruuviekstruuderissa jonka sylinterin kansi voidaan avata välittömästi ajon päätyttyä. Polypropeenin käyttäytymistä, mm. sulamisen alkukohtaa ja täyttöastetta erilaissa ruuvikonfiguraatioissa voitiin tarkastella. Käytetyissä ruuvikonfiguraatioissa oli kaksi erillistä sekoitusvyöhykettä, joiden paikkaa ja pituutta ruuveissa vaihdeltiin ja niillä oli odotetusti suuri merkitys tuotteen iskusitkeyden kannalta. Kokeissa käytettiin pulverimaisia reaktiotuotteita, joiden sulaindeksi (2,16 kg, 230 °C) oli noin 3 ja 13, sekä komonomeeri- (C_(2)-) pitoisuus 5-7 paino-%. Saatujen tuotteiden sulaindeksit vaihtelivat vain vähän eikä muitakaan merkkejä hajoamisesta havaittu. Taivutusmoduuli vaihteli alle 5 % prosessiolosuhteiden vuoksi. Sekoitusenergia oli tärkein prosessiparametri. Parhaat iskulujuusominaisuudet saatiin sekoitustenergiaa kuvaavan SEI-arvon ylittäessä 0,2 ja jopa 0,3 kWh/kg. Liian korkeita sekoitusenergian arvoja ei edes saavutettu. Myös sekoitusvyöhykkeiden pituus ja sijainti ruuvikonfiguraatioissa osoittautui tärkeäksi. Matalan sulaindeksin polypropeeni tarvitsee suhteellisen pitkän ensimmäisen sekoitusvyöhykkeen kun taas korkeamman sulaindeksin polypropeeni hyötyy pitkästä toisesta sekoitusvyöhykkeestä. Myös sekoitusvyöhykkeen pituuden suhde sitä edeltävän kuljetusvyöhykkeen pituuteen on merkittävä. Sekoitusvyöhykkeen sijoittaminen kohtaan missä sulaminen alkaa sekä pitkä viipymäaika tällä kohdalla parantavat sekoitusta. Vertailuajoja tehtiin isommalla Berstorff-ekstruuderilla mittakaavavaikutusten tutkimiseksi. SEI-arvon ja sekoitusvyöhykkeiden pituuksien merkitys vahvistui. Vastakierrevaikutusta omaavalla sekoitusvyöhykkeellä ei havaittu erityistä merkitystä pienessä (D = 16 mm, L/D = 25) ekstruuderissa, mutta kylläkin isommassa (D = 25 mm, L/D = 39,5). Korkeat syöttönopeudet ja niissä kasvava sulapaine ovat kriittisiä sulasekoituksessa