Screening the effect of impact modifier content to the properties of heterophasic polypropylene

Abstract

Opinnäytetyön aiheena on teräsputkien saumakohtien pinnoituksessa käytettävän polypropeenilaadun lisäainepitoisuuden tarkastelu uusissa raaka-aineissa sekä jo käytössä olevassa. Työn toimeksiantajan toimii muovin raaka-aineita valmistava Borealis Polymers Oy. Tutkimus sisältää luottamuksellista tietoa, joka on rajattu pois julkisesta versiosta. Tutkittava lisäaine on tärkeä tuotteessa, jonka kuuluu kestää pudotusta sekä kovaa painetta. Toimeksiantajalla on tulevaisuudessa tarkoitus ottaa käyttöön uusia lisäainelaatuja tuotannossa, minkä vuoksi reseptit oli tarpeen tarkistaa. Myös käytössä olevan reseptin toimivuutta kaupallisessa tuotteessa tarkasteltiin.

Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia, kuinka uudet raaka-aineet vaikuttavat polymeerituotteen kemiallisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Tarkastelun lähtökohtana oli siis selvittää optimaalinen sekoitussuhde polymeerin sekä lisäaineen välillä siten, että laatuvaatimukset täyttyvät, mutta raaka-ainetta käytettäisiin mahdollisimman vähän. Tavoitteena oli myös kartoittaa näytemateriaalien välisiä laatueroja ja ehdottaa saadun tiedon perusteella jatkotutkimusvaihtoehtoja toimeksiantajalle. Osasyy reseptien tarkastelulle on myös raaka-ainekustannuksissa, jotka ovat vuositasolla huomattavan korkeita nykyisellä sekoitussuhteella.

Tutkimuksissa näytteille tehtiin kemiallisiin omaisuuksiin liittyviä perustestejä sekä mekaanista kestävyyttä mittaavia kokeita. Kokonaisuudessaan tutkimuksen aikana tutkittiin kahta uutta lisäainelaatua sekä jo käytössä olevaa raaka-ainetta. Tarkoituksena oli valmistaa lisäaineista ja tutkittavasta polymeeristä viittä erilaista sekoitusta, joita tutkittiin muoville tyypillisin analyysimenetelmin. Saatuja tuloksia verrattiin referenssimateriaalina toimivaan kaupalliseen versioon kyseisestä polypropeenituotteesta.

Tavoitteet saavutettiin toivotulla tasolla, sillä lisäainelaatujen väliset laatuerot saatiin näkyviin ja analyyseista kerätyn datan perusteella voitiin tehdä johtopäätöksiä jatkoa varten. Yksi tutkittavista lisäaineista erottui laatuominaisuuksillaan ylitse muiden. Tulevaisuudessa raaka-ainetta testataan tuotantomittakaavassa koeajoin ja se tulee mahdollisesti korvaamaan tällä hetkellä käytössä olevan raaka-aineen. Näytteiden reologisia ominaisuuksia sekä morfologiaa tullaan tutkimaan tulevaisuudessa pohjautuen tässä opinnäytetyössä tehtyihin havaintoihin.

The objective of this thesis was to examine the effect of new impact modifier grades in polypropylene product, which is used as an adhesive material when coating joints of steel pipes. The impact modifier plays a major role in the PP product due to its physical requirements, and the coating material must cope with high pressure and stress during usage. When the impact modifier material changes, the product recipe must be examined and optimised again for each substance to make the quality parameters meet its specification.

The subject for this thesis arose from the need for Borealis Polymers Oy to find the optimal mixing ratio between the impact modifier and polypropylene material. This examination was necessary because the product must maintain its physical properties and quality parameters.

The purpose of this thesis was to inspect the effect of new impact modifiers when screening the product's properties. The examinations focused on the product's chemical and physical properties in different concentrations. This study also had a financial object as the impact modifier material is valuable, and with recipe modification, the annual costs of the material can be significantly decreased.

Furthermore, the objective of this thesis was to examine the effect of new impact modifier grades in polypropylene product and recognise differences between materials. The aim is to sort out material options, find the most potential ones for further examinations, and propose the most suitable impact modifier concentrations for the commissioner.

The samples were subjected to tests focusing on chemical and physical properties. Results were compared to the quality parameters of the product, the commercial reference material, and each other to perceive differences between substances. All in all, three impact modifier grades were investigated, including two new compounds and the in-use material.

The object of this study was mainly accomplished. One of the materials exceeded expectations with its physical properties. As a result of the examinations, Borealis Polymers Oy may proceed to the test run phase with the new material.