Síťování a stárnutí etylen-vinyl silanových kopolymerů

Ing. Miroslav PASTOREK

Doctoral thesis

Crosslinking and Ageing of Ethylene-vinyl Silane Copolymers

Abstract:

Polyetylen je jeden z nejvíce používaných polymerů v dnešní době, zejména z důvodu jeho nízké ceny a využitelných vlastností. Je jedním z nejstarších syntetických polymerů a vývoj jeho struktury a vlastností je úzce spojen s významnými objevy v oblasti syntézy a modifikace polymerů. Síťování polyetylenu je jedna z modifikací, která umožňuje významnou změnu tepelných a mechanických vlastností, nutných v náročnějších aplikacích. Bez úpravy síťováním nemá polyetylen dostatečné tepelné a mechanické vlastnosti a odolnost vůči stárnutí, které jsou vyžadovány pro bezpečnost určitých výrobků, jako jsou např. izolace kabelů a teplovodní trubky. Z tohoto důvodu je důležitý i výzkum v oblasti síťování polyetylenu, zejména vliv různých podmínek síťování na morfologii, mechanické a tepelné vlastnosti. Tato práce zkoumá chování a vývoj vlastností etylen-vinyl trimetoxysilanových kopolymerů při síťování a tepelném stárnutí v sušárně při dvou různých teplotách. Byl posuzován vliv aditiv (katalyzátor síťování a antioxidant) a teploty na chemickou strukturu, morfologii a mechanické vlastnosti. Silanem síťované kopolymery použité v této práci mají podobné vlastnosti jako LDPE a obvykle se používají pro výrobu kabelových izolací. Bylo zjištěno, že dva paralelní procesy ovlivňují konečné vlastnosti: (1) síťovací reakce a (2) morfologické změny. Tyto dva procesy hrají různou roli v závislosti na tom, zda stárnutí probíhá pod teplotou tání nebo nad teplotou tání. Chemická struktura EVTMS kopolymerů má dopad na uspořádání molekul a změny v morfologii v důsledku roztavení a síťování pak výrazně ovlivňují konečné mechanické vlastnosti. Chování EVTMS kopolymerů za těchto podmínek můžou vážně ovlivnit bezpečnost a životnost výrobků.

Abstract:

Nowadays, polyethylene is one of the most produced polymers due to its low price and useful properties. It is one of the oldest synthetic polymers and the development of its structure and properties is closely connected with important discoveries in the field of polymer synthesis and modification. Crosslinking of polyethylene is a modification allowing significant improvement of thermal and mechanical properties that are necessary for advanced applications. Without crosslinking, polyethylene does not have sufficient thermal, mechanical and weather resistance required for the safety of products, such as wire insulation, hot water pipes and others. For this reason, research of crosslinked polyethylene is important, particularly the study of the influence of crosslinking performed at different conditions on the morphology, mechanical and thermal properties of the polymer. This work investigates the behavior and property evolution of ethylene-vinyl trimethoxysilane copolymers upon crosslinking and thermal ageing in the oven at two different temperatures. The influence of additives (crosslinking catalyst and antioxidant) and temperature on the chemical structure, morphology and mechanical properties was investigated. The silane crosslinked copolymers used in this work have properties similar to LDPE and is usually used for the production of cable insulation. It was found that two parallel processes influence the final properties: (1) crosslinking reactions and (2) improvement of crystalline order. These two processes play different role depending either the ageing proceed below melting temperature or above melting temperature. Chemical structure of EVTMS copolymers has an impact on molecular arrangement and changes of morphology due to melting and crosslinking then significantly influence the final mechanical properties. Behavior of EVTMS copolymers under these conditions can seriously affect the safety and durability of the products.

Keywords

Silanem síťovaný polyetylen, etylen-viny trimetoxysilanový kopolymer, tepelné stárnutí, síťování silany, morfologie, chemické změny, kabelové izolace.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 7. 2014

Accessible from:: 1. 7. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 28. 8. 2014
• Supervisor: doc. Ing. Roman Čermák, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Chemistry and Materials Technology / Technology of Macromolecular Compounds