Предварительные исследования показали, что сверхкритический углекислый газ под высоким давлением может оказаться полезным при работе с полимерами.

В этой связи была изготовлена усовершенствованная система экструзии, призванная доказать наличие пластифицирующего действия С02 при экструзии полимеров наряду с возможностью получения в таких условиях твердого экструдата без пены. В сочетании с непластифицированным ПВХ (uPVC) было доказано положительное влияние сверхкритического С02 (скС02) на такие технологические параметры, как давление расплава, ток двигателя, вязкость и интенсивность выходящего потока.

Кроме того, изучалось влияние длины калибрующей зоны форсунки и температуры на морфологию экструдата. Исследование образцов экструдата производилось тепловыми, механическими и спектроскопическими методами. Оказалось, что после газовой диффузии из полимера, эти факторы не оказывают долгосрочного влияния ни на структуру, ни на свойства полимера.

Одновременно с этим производилось другое автономное исследование системы С02/полимер с применением аппарата  высокого давления с тем, чтобы проверить влияние скС02 на механические свойства полимера. Детально изучалось влияние углекислого газа на такие свойства полимера как изменение веса, степень кристалличности, тепловые и механические свойства. Оказалось, что пластифицирующее действие С02 снижается по мере его выведения за счет диффузии и что конечные свойства полимера были близки к параметрам исходного материала. Целью проекта FlowFree является разработка технологии, пригодной для применения в промышленном масштабе в целях обеспечения экструзии/соэкструзии твердых листов и профилей на рентабельных основах. Проектом предусматриваются следующие основные стратегические задачи:

• получить прототип экструдера, позволяющего обеспечить полное промышленное и коммерческое воплощение данной технологии;
• внедрить технологию на промышленном уровне за счет ее испытания на различных малых и средних предприятиях с различными технологическими требованиями;
• продемонстрировать техническую и коммерческую жизнеспособность данной технологии на промышленном уровне;
• провести популяризацию результатов и обеспечить обучение в целях наиболее полного использования результатов наработок.

В результате были изготовлены модифицированные экструзионные системы, обеспечивающие включение С02 в состав расплавов полимеров. Для демонстрации снижения вязкости под действием сверхкритического С02 был выбран такой распространенный в промышленности полимер, как ПВХ со значением К порядка 65. При этом для определения изменения вязкости и энергопотребления применялись такие показатели, как давление, ток двигателя и производительность.

Пластификационное действие С02, полученное в ходе испытаний, показано на Рис. 1. Достигнуто снижение давления до 30%, сокращение тока двигателя до 10% и повышение производительности до 50%. Причем эти изменения зависят от количеств С02, включенных в состав полимера в ходе обработки. Среди изменений следует также отметить снижение вязкости и энергопотребления в ходе обработки. На Рис. 2 показаны различные сценарии достижения окупаемости при использовании технологии, основанной на применении С02. В малых экструзионных линиях при наихудшем раскладе окупаемость достигается через 10 лет. Однако, экструзионные линии средних размеров позволяют достичь окупаемости в сроки от 1 до 3 лет. Для крупных производственных линий окупаемость достигается за 2 года, или же в наилучшем случае даже через полгода. Преимущества технологии экструзии полимеров с использованием С02 сводятся к следующему. Снижение силы тока двигателя приводит к энергосбережению. Каждый процент снижения потребления энергии среди европейских экструдеров приводит к ежегодной экономии на 9 миллионов евро и снижению выбросов С02 на 43 тыс. тонн. Понижение энергетических расходов и повышение производительности выражаются в снижении производственных расходов. Понижение давления позволяет ускорить темпы производства, что дает прирост производительности. Снижение вязкости упрощает процесс переработки и повышает срок службы оборудования. Кроме того, появляются дополнительные преимущества при обработке материалов высокой вязкости. Работа при более низких температурах позволяет сокращать использование потенциально вредных и дорогостоящих добавок, таких как термостабилизаторы на основе тяжелых металлов или антиоксиданты.

www.polymery.ru