ПВХ-КОМПОЗИЦИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

ПВХ-КОМПОЗИЦИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Научная статья

Шаравара А.М.^1, *, Христофорова И.А.²

¹ ORCID: 0000-0002-5957-0468;

² ORCID: 0000-0002-4768-4425;

^{1, 2} Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия

* Корреспондирующий автор (ipadanastasiii[at]mail.ru)

Аннотация

Поливинилхлоридные композиции являются полупродуктами для получения различного вида изделий. В зависимости от состава делятся на мягкие и жесткие композиции. ПВХ композиции всегда содержат термостабилизаторы и смазки, а  так же  модификаторы ударной прочности, предназначенные для абсорбции энергии удара за счет возникновения пластической деформации.  Наиболее широкое применение они нашли в  производстве шлангов, мебели и плиток. Целью работы является анализ ПВХ-композиций, а так же их применение.

Ключевые слова: ПВХ-композиции, стабилизаторы, пластификаторы, древесно-полимерный композит. 

PVC COMPOSITIONS AND THEIR APPLICATION

Research article

Sharavara A.M.^1, *, Khristoforova I.A

¹ ORCID: 0000-0002-5957-0468;

² ORCID: 0000-0002-4768-4425;

^{1, 2} Vladimir State University named after Alexander Grigorievich and Nikolai Grigorievich Stoletovs, Vladimir, Russia

* Corresponding author (ipadanastasiii[at]mail.ru)

Abstract

Polyvinyl chloride compositions are intermediates for the production of various types of products. Depending on their composition, they are divided into soft and hard ones. PVC compositions always contain heat stabilizers and lubricants, as well as impact modifiers, which are designed to absorb impact energy of plastic deformation. They are most widely used in the manufacture of hoses, furniture and tiles. The aim of the work is to analyze PVC compositions and their application.

Keywords: PVC compositions, stabilizers, plasticizers, wood-polymer composite. 

Поливинилхлорид - бесцветная, прозрачная пластмасса, термопластичный полимер винилхлорида. Он является устойчивым к кислотам, не растворимым в воде и морозостойким. Поливинилхлорид выделяется в виде порошка и используется во многих отраслях, таких как медицина, транспорт, строительство, упаковка, игрушки и так далее.[1, С. 2]

ПВХ - это нетермостойкий и довольно хрупкий материал, под влиянием высокой  температуры активно деструктирует с распространением хлористого водорода и иных соединений.  Поливинилхлорид применяют в композициях, находящихся в составе полимера и различных примесей,  создающих полимер практичным к переработке.

ПВХ-композиции состоят из стабилизаторов 4-6%, модификаторов 4-5%, смазки 1-2%, пластификаторов 8-30%, диоксида титана 2-4% и ПВХ смолы 60-80%. Их принято подразделять на пластифицированные  и непластифицированные.

ПВХ-композиции имеют 70 частей пластификатора, который называют «мягкими»  или пластифицированными. Мягкость и гибкость полимерам придают пластификаторы. ПВХ-композиции так же состоят из термостабилизаторов, смазок, различных наполнителей, красителей, антиоксидантов, биоцидов, огнезащитных добавок, антистатиков, модификаторов ударопрочности и перерабатываемости. Пластифицированные ПВХ-композиции обрабатывают при больших температурах, обычно намного выше температуры разложения ПВХ. Они делятся на кабельные и бескабельные пластикаты. [2, С. 4].

В жестких  ПВХ-композициях  используют  наполнители вязкости и формоустойчивости расплавов, различные стабилизаторы для увеличения способности материала к переработке при высоких температурах, модификаторы, красители и смазки. Эти композиции применяются в изготовления труб, плинтусов и панелей и многих отделочных материалов строительного назначения

В ПВХ-композициях существует несколько видов деструктивных процессов. Первый  из них - дегидрохлорирование. Полимеризация винилхлорида оказывает образование линейных молекул, а в конечных реакциях полимеризации получая третичный углерод и олефиновые группы. Последние группы обычно неустойчивые, ведут себя, как активные центры полимерной цепочки. [3, С. 2].

Второй вид деструктивных процессов - это окисление. Выделение соляной кислоты выше в окислительной среде при одной и той же температуре, нежели в инертной. Значит, что насыщение полимера достигается в реакции окисления на аллиловых позициях, из-за чего нестабильность полимера увеличивается  благодаря появлению карбоксильных групп. Этот процесс происходит через предварительное формирование цикличных пероксидов или гидропероксидов. Что касается критерия экономичность и условия использования конечного продукта, то необходимо выбрать правильный стабилизатор и обратить внимание на токсичность, наличие источников света, органолептические характеристики и другие факторы. Стабилизаторы действуют как ингибиторы реакции, поэтом их добавляют в относительно небольших дозах. Они не должны влиять на цвет конечного продукта, а так же  не должны содержать летучие вещества и запах. [4, С. 5].

Антиоксиданты обычно мешают окислению пластификаторов.

Особенно активную стабилизацию можно определить  методом переработки, рецептурой, собственной стабильностью полимера  и областью использования готового изделия. Как правило, используемые фталаты и полиэфирные пластификаторы не сказываются на стабильности ПВХ, а фосфиты и хлорированные парафины понижают термо- и светостойкость. Светостойкость лучше всего проходит с  ди-2-этилгексилфталата. Доказано, что минимальная  добавка 2-этилгексилдифенилфосфата к довольно известному пластификатору ди-2-этилгексилфталату заметнее повышает атмосферостойкость пластифицированного ПВХ, в частности,  тонких пленок из композиций ПВХ. [5, С. 2.].

Модификаторы перерабатываемости или,  как их еще называют, процессинговые добавки — это сополимеры метилметакрилата с полимерами, совместимыми с ПВХ . При добавлении в ПВХ-композицию высокомолекулярных соединений улучшаются  реологические свойства расплава.

Исследованы высоконаполненные композиции жесткого ПВХ и древесной муки,  модифицированные кремнезолем со степенью наполнения до 60 масс.% , следовательно  повышается  показатель текучести расплавов на 20-25%, прочность при растяжении на 15-25% , а так же и  термостабильность увеличивается  на 10-20%.[6, C. 10]

Высоконаполненные ПВХ-композиции предполагают несколько условий: 1. Обеспечение легкости расплава для выполнения процессов организации и уплотнения. Этот процесс должен совершаться  в интервале с наибольшим напряжением. 2.  Свойства композиционных материалов и небольшое количество наполнителя в ПВХ-композиции в существенной мере должны подчиняться степени взаимодействия на границе раздела фаз «полимерной матрицы-наполнителя». [7, C. 10]

Технология изготовления композитов следующая: эмульсионный поливинилхлорид и пластификатор перемешивают, получая пасту. Выдержав определенный период времени при температуре, которая выше 160°С, паста высыхает, образовывая при этом пленку. Увеличивая температуру, гранулы поливинилхлорида в композиции ПВХ набухают,  и  в конце получается  твердая композиция. Такая температура называется температурой желатинизации поливинилхлоридной композиции. Понятие плавление  применяется для получения  механической или физической прочность готового изделия. Температура плавления  располагается в промежутке от 160 до 190°С. [8, C. 63]

Наличие пластификаторов вызывает высокую точность материала к появлению пятен, поэтому необходимо снижать количество пластификаторов, которые находится в верхней части покрытия, а так же увеличивать стойкость против появления пятен, чтобы  улучшить свойства износостойкости. Если концентрация пластификатора уменьшается, то вязкость пасты композиции ПВХ увеличивается, поэтому осуществляется применение в композициях больших концентраций добавок, понижающие вязкость. Композиции твердого ПВХ обладают  не очень хорошей термостойкостью, что  является также плохим фактором в получение качественной поверхности. [9, C. 23]

Низкая термическая стабильность поливинилхлорида является важным недостатком, поэтому одним из главных компонентов ПВХ-композиции является термостабилизатор. Он помогает перерабатывать ПВХ при температуре выше 140°С, при которой начинается деструкция этого полимера.

При перемалыванием кристаллического известняка получают карбонат кальция, который и используют в ПВХ-композициях. Затем полученный порошок обрабатывают стеариновой кислотой для придания гидрофобности. Качество будет выше, если частица будет меньше. В ПВХ-композициях используют мел, получаемый в результате химической реакции, который называется синтетическим или химически осажденным. [10, C 55]

Если готовить о значение рассыпчатости ПВХ-композиций, например, смолы, то оно определяется показателем относительной легкости, с которой зерна распадаются на агломераты, а потом на первичные частицы. Один из методов испытаний заключается в том,  что определенное количество смолы помещается в ступку и измельчается с помощью  пестика. Чем лучше  сыпучесть, тем легче частицы смолы будут распадаться. Так же используют метод экструзионных применений и инжекционный метод литья сшитых ПВХ-композиций. Выбор правильной смолы, то есть имеющей правильную степень рассыпчатости, определяют количеством сдвига, которому подвергаются частицы смолы во время обработки, и это может быть легко определено простыми экспериментами для данного процесса. [11, C. 23]

Одной из характеристик матовой поверхности ПВХ-композиций является то, что  используют меньший блеск на поверхности. Например, зеркало имеет теоретический блеск 100%, хотя идеальный 100% получить сложно, изделия из ПВХ-композиций могут иметь значения около 93%.

Если говорить о применении, то известно, что ПВХ-композиции предназначены для производства строительных и мебельных профилей и панелей, используются в производстве профиля оконных и дверных блоков.

ПВХ-композиции нашли широкое применение в производстве тротуарной плитки, черепицы, плитки для напольных покрытий животноводческих ферм, химических цехов и автозаправок.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Поливинилхлорид (ПВХ) : основные свойства, область применения. [Электронный ресурс] // ЦОП Профессия.- N1(1).-С.1-4.-URL:https://plastinfo.ru/information/articles/38 (дата обращения: 02.10.2018).
2. Готовые жесткие ПВХ композиции: за и против.[Электронный ресурс] // Статья предоставлена Академией Конъюнктуры Промышленных Рынков .-2016. - N1(1).-С.1-9.- URL: http://www.vashdom.ru/articles/akprhtm (дата обращения:03.10.2018).
3. ПВХ композиции : составы и приготовление.[Электронный ресурс], N1(1).-С.1-3.- URL: https://plastinfo.ru/information/articles/152(дата обращения:05.10.2018).
4. Бурнашев А. И. Высоконаполненные поливинилхлоридные строительные материалы на основе наномодифицированной древесной муки диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.05 / Бурнашев Айрат Ильдарович; [Место защиты: Казан. гос. архитектур.-строит. ун-т].- Казань, 2011.- 5 с.
5. Пат. 2401847 Российская Федерация МПК C08K5/101 (2006.01) C08L   27/06   (2006.01)C08J9/30   (2006.01)B32B   27/22  (2006.01) Усовершенствования, касающиеся пластификаторных композиций/ Годуин А.Д., Наерт Д. ; заявитель и патентообладатель Москва "ЕВРОМАРКПАТ".-№2007131502/04; заяв. 27.02.2009; опубл. 10.2010 Бюл. №29. - 2с.
6. Обзор рынка ПВХ-композиций в СНГ [Электронный ресурс] //Объединение независимых консультантов и экспертов в области минеральных ресурсов, металлургии и химической промышленности.-2005. -N1(1).-С.1-11.-URL:https://www.marketing services.ru/imgs/goods/891/rynok_PVH.pdf (дата обращения: 07.10.2018).
7. Гузеев В.В. Рациональный выбор добавок для композиций ПВХ [Электронный ресурс] / В. В. Гузеев// модифицированные и наполненные ПМ. .-2010. -N1(1).-С.1-11.- URL:   http://www.polymerbranch.com/3d779cae2d46cf6a8a99a35ba4167977/ d6070225570b1a5d2b4ca01d9df29a83/magazineclause.pdf (дата обращения: 07.10.2018).
8. Нифталиев С. И. Изучение влияния дисперсности химически осажденного карбоната кальция на основе пвх-композиций[Электронный ресурс] / С. И. Нифталиев // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология.—2012.—№2.—С.62-64.— https://rucont.ru/efd/421929 (дата обращения: 07.10.2018).
9. Низамов Р. К. Древесно-полимерные композиты на основе поливинилхлорида [Электронный ресурс]/ Р. К. Низамов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века .— 2013 .— №2 .— С. 22-25 . https://rucont.ru/efd/425290 (дата обращения: 07.10.2018).
10. Шихалев К. С. Физико-механические свойства пластифицированного сшитого непредельными эпоксисоединениями пвх [Электронный ресурс] / К. С. Шихалев -2017 № 12(73). – Новосибирск., Изд. АНС «СибАК», 2017. – С. 54-58. //sibac.info/journal/innovation/73/82954(дата обращения: 07.10.2018).
11. Ross James Cozens. Rigid thermoplastic compositions capable of forming articles with matte surface / Ross James Cozens// European patent application. -1988. - Vol. 23(1) - P. 9-14. doi:19890103015

Список литературы на английском языке / References in English

1. Polyvinyl chloride (PVC) : basic properties, scope. [Electronic resource] // TSOP Profession.- H1 (1).- P. 1-4.- URL: https: / / plastinfo.ru/info/articles/38 (accessed: 02.10.2018).
2. Ready-made rigid PVC composition: for and against. [Electronic resource] / / Article provided by the Academy of industrial Markets .-2016. - N1 (1).- P. 1-9.- URL: http://www.vashdom.ru/articles/akpr_9.htm (date accessed:03.10.2018).
3. PVC compositions: compositions and preparation.[Electronic resource], N1 (1).- P. 1-3.- URL: https://plastinfo.ru/information/articles/152(date accessed:05.10.2018).
4. Burnashev A. I. highly Filled PVC building materials based on wood flour nanomodification thesis ... candidate of technical Sciences : 05.23.05 / Burnashev Airat ildarovich; [a protection Place: Kazan. state architectures.-builds. UN-t].- Kazan, 2011.- 5 p.
5. 2401847 Russian Federation IPC C08K5/101 (2006.01) C08L 27/06 (2006.01)C08J9/30 (2006.01)B32B 27/22 (2006.01) Improvements plastyfikatory songs/ Godwin A. D., Naert D. ; applicant and patent owner Moscow "EUROMARKPAT". No 2007131502/04; stated. 27.02.2009; publ. 20.10.2010 Bul. No. 29. - 2C.
6. Overview of the market of PVC compositions in the CIS [Electronic resource] / / Association of independent consultants and experts in the field of mineral resources, metallurgy and chemical industry.-2005. - N1 (1).- P. 1-11.- URL: https: / / www.marketing services.ru/imgs/goods/891/rynok_PVH.pdf (date accessed: 07.10.2018).
7. Guzeev V. V. Rational choice of additives for PVC compositions [Electronic resource], / V. V. Guzeev/ / modified and filled with PM. .-2010. - N1 (1).- P. 1-11.- URL: http://www.polymerbranch.com/3d779cae2d46cf6a8a99a35ba4167977/ d6070225570b1a5d2b4ca01d9df29a83/magazineclause.pdf (date accessed: 07.10.2018).
8. With Niftaliyev.I. Study of the influence of dispersion of chemically precipitated calcium carbonate based on PVC compositions[Electronic resource],/ Niftaliev // proceedings of higher educational institutions. Chemistry and chemical technology.-2012.- №2.- P. 62-64.— https://rucont.ru/efd/421929 (date accessed: 07.10.2018).
9. Nizamov R. K. Wood-polymer composites based on polyvinyl chloride [Electronic resource] / Abdrakhmanov, Nizamov / / Construction materials, equipment, technologies of the XXI century .- 2013 .- №2 .- P. 22-25 . https://rucont.ru/efd/425290 (date accessed: 07.10.2018).
10. To Shikhalev.C. Physical and mechanical properties of PVC cross-linked plasticized by unsaturated epoxy compounds [Electronic resource], -2017 No. 12(73). – Novosibirsk., Ed. ANS "Sibak" 2017,. - P. 54-58. //sibac.info/journal/innovation/73/82954(date accessed: 07.10.2018).
11. Ross James Cozens. Solid thermoplastic compositions capable of forming articles with matte surface / James Cosens / Ross / European patent application. -1988. - Thom. 23 (1) - P.9-14. doi: 19890103015