Есть мнение Окна и двери Основные способы приготовления и компоненты смеси, влияющие на качество изделий из ПВХ

Основные способы приготовления и компоненты смеси, влияющие на качество изделий из ПВХ

Эффективность ПВХ, как конструкционного материала, может быть реализована только в результате использования комбинации соответствующих добавок, благодаря чему материал приобретает требуемые свойства.

Качество экструдируемого оконного ПВХ-профиля зависит от ряда взаимосвязанных факторов, в их числе: качество исходного сырья (ПВХ-смола); рецептура смеси (соотношение компонентов: ПВХ-смола и применяемые добавки-аддитивы); конструктивные особенности экстру-дера; технологическая дисциплина и др.

Одним из наиболее тонких технологических вопросов экструзии ПВХ-профиля являются колебания качества исходного сырья в различных партиях поставок, а тем более, переход на исходное сырье другого поставщика.

В настоящее время производители оконного ПВХ-профиля готовят смесь двумя способами:

• ПВХ-смола смешивается с так называемым компаундом «все в одном», в состав которого входят все необходимые аддитивы для стабилизации и переработки ПВХ;
• производят смешение всех компонентов смеси самостоятельно.

При первом способе качество готовой продукции можно изменять в достаточно ограниченном диапазоне, т.к. рецептура смеси определяется соотношением только 2-х компонентов: ПВХ-смолы и компаунда.

При втором способе качество готовой продукции можно изменять в более широком диапазоне, т.к. рецептура смеси определяется соотношением всех компонентов. В этом случае качество смеси в значительной степени определяется квалификацией и опытом химиков-технологов, которые в зависимости от качества исходного сырья принимают решение по рецептуре смеси.

Для повышения эффективности этого процесса на подготовительном этапе отрабатываются типовые рекомендации: для исходного сырья различного качества экспериментально для конкретной экструзионной линии определяют оптимальную рецептуру смеси (оценка производится по характеристикам экструдируемого ПВХ-профиля). В результате имеют набор стандартных решений для конкретных условий. Однако, даже имея типовые рекомендации, следует постоянно контролировать качество экструдируемого ПВХ-профиля, и, при необходимости, корректировать рецептуру смеси. По существу подбор рецептуры смеси производится методом «проб и ошибок», при этом, чем выше квалификация и опыт химиков-технологов, тем меньше отходы ПВХ в процессе перехода на исходное сырье другого поставщика.

При производстве и эксплуатации изделий из поливинилхлорида необходимо решить как минимум две задачи:

Все добавки могут поставляться также в виде так называемого all-in-компаун-да («все в одном»), содержащего полный набор компонентов рецептуры.

Поливинилхлорид (ПВХ)

Химическая формула [-CH₂CHCI-]_n. Синтетический полимер, продукт полимеризации мономера винилхлорида; твердое вещество белого цвета. Отличается хорошими механическими и электроизоляционными свойствами, сравнительно невысокой термо- и светостойкостью. На основе поливинилхлорида получают жесткие и мягкие пластмассы, пластизоли, поливинилхлоридное волокно и др.

Степень полимеризации СП — от 100 до 2500.

Плотность — 1,35-1,43 г/см³.

Разлагается при температуре в интервале от 110 до 120°С.

Стоек в воде (водопоглощение 0,4-0,6%), серной кислоте H₂S0₄ (90%), азотной кислоте HN0₃ (50%), соляной кислоте HCI (37%), плавиковой кислоте HF (40%), уксусной кислоте СН₃СООН (80%), муравьиной кислоте НСООН, натрия гидроксиде (едком натре) NaOH (60%), маслах, бензине, керосине, перекиси водорода Н₂0₂, окислителях.

Относительно стоек в H₂S0₄ (90%) при 60°С, сероуглероде CS₂, четыреххлористом углероде (тетрахлорметане) CCI₄.

Растворим в диметилформамиде, 1,2-дихлорэтане, тетрагидрофуране, нитробензоле. Негорюч.

В качестве основного компонента смеси для экструзии профилей используют суспензионный ПВХ, который получают в виде мелкого белого порошка (ПВХ-смолы). Не-модифицированные ПВХ-смолы не находят практического применения.

Важнейшие технологические характеристики порошкообразного ПВХ:

Значения К, сыпучести и насыпной плотности указываются в марочном обозначении ПВХ-смолы.

Стабилизаторы

Свинцовые стабилизаторы.

Переработку поливинилхлорида производят при повышенных температурах, в силу чего для предотвращения дегидрохлорирования необходимо вводить термостабилизаторы. Свинцовые стабилизаторы являются старейшей и крупнейшей группой соединений, которые применяются в качестве стабилизаторов ПВХ.

Однокомпонентные свинцовые стабилизаторы:

Эти свинцовые стабилизаторы в состоянии реагировать с HCI с образованием хлорида свинца. В отличие от хлоридов некоторых других металлов, хлорид свинца не оказывает дестабилизирующего действия на ПВХ. Хлорид свинца инертен.

Другим преимуществом основных солей свинца является способность к образованию комплексов, которые необходимы для стабилизации лабильных атомов хлора.

Нейтральный стеарат свинца имеет сильное смазывающее действие и его совместимость с ПВХ высока.

Двухосновной фосфит свинца имеет исключительное светостабилизирующее действие.

Свинецсодержащие («однопакетные») стабилизаторы-компаунды.

Использование в процессе переработки ПВХ «однопакетных» свинецсодержащих систем сделало возможным модифицировать важнейшие параметры процесса. «Однопакетные» стабилизаторы в мало- или непылящей форме объединяют в одном продукте стабилизирующее и смазывающее действие. Они обеспечивают оптимальные потребительские свойства на основе хорошо сбалансированной системы стабилизатор-смазка.

Переход к использованию в процессе переработки ПВХ «однопакетных» свинецсодержащих стабилизаторов-компаундов, сочетающих стабилизирующее и смазывающее действие, позволил оптимизировать технологию и улучшить условия труда персонала.

Достаточная стабилизация надежно обеспечивает устойчивость белого цвета экструдируемого профиля.

Оловоорганические стабилизаторы.

Оловоорганические стабилизаторы относятся к эффективным продуктам для стабилизации ПВХ. Они соединяют в себе хорошую длительную термостабильность с отличной стойкостью цвета. Для изделий с наивысшими требованиями к прозрачности и термостабильности предпочтительно применение оловоорганических термостабилизаторов. Наряду с высокой эффективностью, оловоорганические термостабилизаторы имеют хорошую совместимость с другими составными частями рецептуры.

Оловоорганические стабилизаторы можно разделить на два типа:

Оловоорганические меркаптиды.

Жидкие меркаптиды октилолова (серосодержащие стабилизаторы на основе октилолова) разрешены к применению во многих странах для нетоксичных упаковок пищевых продуктов, сделанных из жесткого ПВХ. Они обеспечивают отличную прозрачность и термостабильность.

Меркаптиды бутилолова (серосодержащие стабилизаторы на основе бутилолова) являются отличными термостабилизаторами для технического применения.

Оловоорганические карбоксилаты.

Стабилизаторы на основе карбоксилатов октилолова применяются для ПВХ-пленок, полученных экструзией с раздув-кой. Получаемые изделия нетоксичны и не обладают запахом.

Стабилизаторы на основе метилолова применяются при экструзии и литье под давлением, когда предъявляются повышенные требования к термостабильности.

Комбинированные оловоорганические стабилизаторы.

Смеси меркаптидов и карбоксилатов олова могут успешно заменить чистые карбоксилаты. Их предпочтительнее применять для экструзии жестких профилей и литья под давлением.

Кальций-цинксодержащие стабилизаторы.

Экологические соображения и продолжающее совершенствование технологии стабилизации подталкивают многих производителей изделий из ПВХ к использованию кальций-цинковых стабилизаторов.

Твердые кальций-цинксодержащие стабилизаторы.

Рекомендуются при экструзии оконных профилей, нетоксичных изделий, требующих отсутствия кадмия и свинца.

Пастообразные кальций-цинксодержащие стабилизаторы.

Нетоксичные кальций-цинковые стабилизаторы успешно используются в течение длительного времени для изготовления большого разнообразия пластифицированных изделий, разрешенных для пищевых целей, таких как детские игрушки, кровеносные сосуды, мешки, перчатки и упаковочная пленка, полученная раздувкой.

Жидкие кальций-цинксодержащие стабилизаторы.

Жидкие кальций-цинксодержащие стабилизаторы приобретают наиболее широкое распространение для применения в таких областях, как каландрирование или экструзия вместо барий-кадмийсодержащих стабилизаторов.

Кальций-цинковые стабилизаторы на основе стеарата кальция и стеарата цинка поставляются обычно в «пакетной» форме, в соединении с различными состабилизаторами, обеспечивающими хороший термостабилизирующий эффект. Выбор «пакетных» рецептур является ноу-хау различных изготовителей.

Барий-цинксодержащие стабилизаторы.

Жидкие, не содержащие кадмия, стабилизаторы пользуются возрастающим спросом во всем мире на сложившемся высококонкурентном рынке и стали одним из основных классов стабилизаторов, используемых для переработки ПВХ.

Широкий диапазон самосмазывающих жидких барий-цинксодержащих стабилизаторов (как содержащих, так и не содержащих фенол) используется при каландрировании, экструзии, литье под давлением, выдувании пленки полужесткого и пластифицированного ПВХ.

Со-стабилизаторы

Эпоксидные соединения.

Эпоксидные пластификаторы эффективны в качестве нетоксичных со-стабилизаторов, используемых в жестком и пластифицированном ПВХ и других хлорсодержащих полимерах.

Стабилизирующее действие эпоксидных пластификаторов основано на их способности связывать хлористый водород, они оказывают позитивный эффект на долговременную термостабильность, улучшают атмосферостойкость изделий из ПВХ.

Хелаторы.

Добавление фосфитов вместе с металлическими мылами (барий-цинк или кальций-цинк) повышает тепло- и атмосфероустойчивость, а также прозрачность изделий из ПВХ.

Стабилизаторы-киккеры.

Киккеры — стабилизаторы ПВХ, которые катализируют разложение газообра-зователя, заставляя его действовать при более низких температурах.

Смазки

Для нормального протекания процесса производства жестких и пластифицированных ПВХ необходимо тщательно подобрать и рассчитать количество смазки (лубрикантов). Внутренние лубриканты (например, стеараты кальция или свинца) улучшают текучесть расплава ПВХ, внешние лубриканты (стеариновая кислота или воск) предохраняют смесь от прилипания к горячим металлическим частям оборудования.

Добавки, способствующие улучшению эксплуатационных свойств

Служат для повышения погодоустойчивости и стабильности свойств изделий из ПВХ.

Поглотители УФ-лучей.

Поглотители ультрафиолетовых лучей необходимы для повышения светостойкости и атмосферостойкости изделий из жесткого и пластифицированного ПВХ.

Оптические отбеливатели.

Оптические отбеливатели используют для улучшения внешнего вида готовых изделий. Они позволяют производить белые блестящие изделия, улучшать часто слегка желтый цвет изделий из пластиков и повышать блеск окрашенных изделий.

Антистатики.

Поверхностное статическое электричество часто вызывает трудности при последующей обработке и использовании изделий из пластиков. Антистатики предупреждают образование такого статического электричества и снижают его за счет понижения поверхностного сопротивления.

Антиоксиданты.

Антиоксиданты используются в модифицированном жестком ПВХ для улучшения стойкости компонентов материала к окислению. В пластифицированном ПВХ они обуславливают в первую очередь защиту пластификаторов.

Диоксид титана.

Диоксид титана (двуокись титана, химическая формула Ti0₂ — это экономичный и универсальный пигмент, применяемый как в лакокрасочной промышленности, так и при производстве пластмасс, в т.ч. пластифицированного и непластифицированного ПВХ.

Диоксид титана — обязательный компонент в рецептурах смесей для экструзии ПВХ-профилей. От его качества и количества зависят такие показатели готовой продукции, как цвет, светостойкость и атмосфероустойчивость.

Диоксид титана существует в двух кристаллических структурах (формах): анатазной и рутильной. Эти две формы отличаются плотностью молекулярной структуры и расположением атомов внутри молекулы. Рутильная форма имеет значительно меньшее расстояние между атомами титана и кислорода. Рутильный диоксид титана обладает более высокой укрывистостью по сравнению с анатазным (укрывистость — способность пигмента при равномерном распределении в объеме пластмассы делать невидимой цвет последней).

Пигменты диоксида титана производятся по двум технологическим схемам: сульфатный и хлорный способы. Как анатазная, так и рутильная формы диоксида титана могут быть произведены любым из способов.

Для достижения наилучших результатов необходимо использовать марки диоксида титана с размером частиц от 0,2 до 0,3 мкм, при этом разброс в размере частиц должен быть минимален. В этом случае обеспечивается оптимальное рассеивание световых волн в оптическом диапазоне, что позволяет получать насыщенный белый с голубоватым оттенком цвет профиля.

Желательна обработка поверхности частиц Ti02 оксидами алюминия и кремния. Укрывистость должна быть достаточно высокой. Оптимальная форма для использования в производстве пластмасс — рутильная, полученная по хлорному способу.

Модификаторы

Модификатор ударопрочности.

Эффективным модификатором ударопрочности, повышающим ударную вязкость материала готовых изделий, для ПВХ является сополимер метилметакрилата, бутадиена и стирола.

Модификаторы ударопрочности представлены широкой гаммой продуктов, предназначенных для производства различной продукции: от прозрачных ПВХ до матовых ПВХ с суперударопрочностью, получаемых методами каландрирования, экструзии, выдува из расплава.

Акриловые вспомогательные добавки (модификаторы перерабатываемое^TM).

Основные функции вспомогательных добавок (модификаторов перерабатывае-мости): улучшают плавкость, благодаря их высокой молекулярной массе, продвигают слияние ПВХ, благодаря строению частиц, а также дает более высокую устойчивость на разрыв.

Большой выбор продуктов по молекулярной массе позволяет подобрать их для разного технологического назначения: каландрирование жестких или гибких ПВХ, экструзия листов и профилей, выдувное литье бутылок, термоформирование, инжекторное литье, экструзия жестких вспененных изделий.

Применение данных модификаторов дает возможность адаптироваться к широкому диапазону условий переработки и увеличить выход продукта.

Пластификаторы

Пластификаторы для переработки ПВХ можно разделить на две группы: мономерные и полимерные пластификаторы.

Это вещества, которые вводят в состав полимерных материалов для придания эластичности и пластичности при переработке и эксплуатации. Пластификаторы облегчают диспергирование ингредиентов, снижают температуру технологической обработки композиций, улучшают морозостойкость полимеров. Также могут повышать огне-, свето- и термостойкость полимеров.

Выбор пластификатора зависит от требований, предъявляемых к качественным характеристикам готовых изделий.

Наполнители

В качестве наполнителя обычно применяют специально обработанный мел (СаС0₃). Обработка заключается в покрытии (coating) частиц мела смазывающей пленкой, для чего используют стеариновую кислоту или стеарат кальция. Без этой обработки мел может действовать как абразивный материал, вызывая повышенный износ шнеков и цилиндра экструдера. Обработка частиц с помощью «скользящих» добавок способствует гид-рофобизации их поверхности и хорошей диспергируемости при смешивании.

При увеличении массовой доли наполнителя (мела) в смеси (более 8 весовых частей) необходимо изменение ее рецептуры.

Величина частиц мела не должна превышать 2 мкм.

При повышенных требованиях к глянцу поверхности профиля применяются синтетические наполнители, но они отличаются значительно более высокой стоимостью.

В целом, применение мела дает положительный эффект в отношении удельного веса, скорости охлаждения, жесткости и стоимости экструдируемого профиля, но отрицательный — в отношении износа рабочих органов экструдера и ударной вязкости профиля.

По материалам компаний «Волговятхимснаб», «Еврохим», Kaneca, Elnova, Chemson, «Техно-пласт» и материалам справочных изданий.