CC BY
74
УДК 621.316:678.175
А. К. Мазитова (д.х.н., проф.) 1, А. Р. Маскова (к.т.н., доц.) 1, Р. Ф. Нафикова (д.т.н., проф.) 2, Г. К. Аминова (д.т.н., проф.) 1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОБАВОК ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КАБЕЛЬНЫХ ПЛАСТИКАТОВ
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра прикладных и естественнонаучных дисциплин 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, 195; тел. (347) 2282511, e-mail: [email protected] 2 Уфимский государственный нефтяной технический университет, филиал в г. Стерлитамаке,
кафедра общей химической технологии 453118, г. Стерлитамак, пр. Октября, 2; тел. (3473)242408, e-mail: [email protected]
A. K. Mazitova, A. R. Maskova, R. F. Nafikova, G. K. Aminova
THE USE OF ADDITIVES IN THE PREPARATION OF CABLE PVC COMPOUNDS
1 Ufa State Petroleum Technological University 195, Mendeleeva Str, 450080, Ufa, Russia; ph. (347)2282511, e-mail: [email protected] 2 Ufa State Petroleum Technological University, Branch in the Sterlitamak 2, Prospekt Oktyabrya Str, 453110, Sterlitamak, Russia; ph. (3473)242408, e-mail: [email protected]
Проведено исследование влияния специальных добавок — вторичных стабилизаторов на технологические свойства ПВХ-материалов. Показано, что вторичные стабилизаторы: тринонилфе-нилфосфит (фосфит НФ), дипентаэритрит (ДПЭТ) и эпоксидированное соевое масло (ЭСМ) значительно повышают эффективность многофункционального стабилизатора в обеспечении термостабильности ПВХ-композиций. Проведены результаты испытания многофункционального стабилизатора, содержащего 0.02 мас. ч. фосфита НФ, 0.03 мас.ч ДПЭТ, 0.05 мас.ч. ЭСМ на 100 мас.ч. ПВХ в рецептуре кабельного пластиката марки 0-40 рец. 0М-40 (черный). Показано, что введение в кабельный пластикат специальных добавок способствует улучшению таких показателей, как удельное объемное электрическое сопротивление, потери в массе при 160 оС в течение 6 ч и водопоглощение. Время термостабильности и индекс текучести расплава при использовании многофункционального стабилизатора, содержащего специальные добавки, также заметно повышены, что свидетельствует об облегчении переработки соответствующих ПВХ-композиций.
Ключевые слова: вторичные стабилизаторы; дипентаэритрит; кабельный пластикат; многофункциональный стабилизатор; ПВХ-рецепту-ра; термостабильность; фосфит НФ; эпоксиди-рованное соевое масло.
The influence of special additives — secondary stabilizers on processing properties of PVC-materials was investigated. It is shown that the secondary stabilizers: trinonyl phenyl phosphite (phosphite NF), dipentaerythritol (DPET) and epoxy soybean oil (EMS) can significantly improve the efficiency of the multifunctional stabilizer to ensure the thermal stability of PVC compositions. Conducted test results of multifunctional stabilizer with special additives in a dosage of 0.02 wt.h. — phosphite NF, 0.03 wt.h - DPET, 0.05 wt.h. - ESM 100 wt.h. PVC in the formulation of cable flexible PVC. It is shown that the introduction of cable plastic stamps 0-40 rec. 0M-40 (black) special additives contributes to the improvement of such indicators as «Specific volumetric electrical resistance at 20 0C, Ohm-cm», «Loss in mass at 160 0C for 6 hours, and water Absorption, %». It should also be noted that the time of thermal stability and melt flow index by using multifunctional stabilizer with special additives is significantly higher, indicating the facilitation of the processing of the corresponding PVC compositions.
Key words: cable compound; dipentaerythritol; epoxydized soybean oil; multifunctional stabilizer; PVC compounding; phosphite NF; secondary stabilizers; stability.
Дата поступления 28.06.17
На протяжении всего срока эксплуатации материалы и изделия из поливинилхлорида (ПВХ) подвергаются воздействию агрессивных сред различного происхождения. При этом происходит существенное изменение их механических и эксплуатационных свойств. Поэтому дальнейшее развитие производства ПВХ и постоянное расширение областей его применения, в первую очередь, определяется использованием специальных добавок, придающих полимерным композициям устойчивость к их воздействию 1-5.
На стадии эксплуатации добавки стабилизируют структуры материала, максимально тормозят неизбежную деструкцию, возникающую и развивающуюся в материале под влиянием внешней среды 6-9.
В последние годы все чаще используют специальные добавки для ПВХ, применяемые в незначительных количествах (0.01—12 % мас.), позволяющие максимально улучшить необходимые физико-механические и эксплуатационные свойства пластиката.
Данная работа посвящена изучению влияния специальных добавок на термостабилизи-рующую эффективность используемых в кабельных пластикатах многофункциональных стабилизаторов.
Материалы и методы исследования
В качестве добавок использовали вторичные стабилизаторы дипентаэритрит (ДПЭТ), эпоксидированное соевое масло (ЭСМ) и три-нонилфенилфосфит (фосфит НФ) введенные в состав ранее разработанного нами многофункционального стабилизатора на основе пальмитиновой и 2-этилгексановой кислот (молярное соотношение пальмитат кальция : пальми-тат цинка : моно-2-этилгексоат глицерина 1.5:0.5:1) 8,9. Характеристики исходного и модифицированного многофункциональных стабилизаторов приведены в табл. 1.
В качестве объекта исследования был выбран кабельный пластикат марки 0-40 рец. ОМ-40 (черный).
Приготовленные композиции вальцевали на лабораторных вальцах ПД 320 при температуре 160—162 оС в течение 10 мин, при вальцевании композиций затруднений не возникало, пленки не прилипали к валкам, полученные образцы пластиката не имеют отверстий, сколов, трещин.
Полученные образцы кабельного пластиката анализировали согласно ГОСТ 5960-72 с изм. 1—9 (Пластикат поливинилхлоридный для
изоляции и защитных оболочек проводов и кабелей).
Технологические показатели: показатель текучести расплава (ПТР) определяли по ГОСТ 11645-73; термостабильность — по ГОСТ 14041-91. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Результаты и их обсуждение
На рис. 1 представлены зависимости термостабильности ПВХ-композиции от содержания добавок в составе многофункционального стабилизатора.
165
160
155
150
145
140
0 1 2 3 4 5 6
Содержание добавок в многофункциональном стабилизаторе, масс. ч.
Рис. 1. Зависимость термостабильности ПВХ-ком-позиции от содержания добавок в многофункциональном стабилизаторе (Т = 160 °С): 1 — ДПЭТ;
2 - ЭСМ; 3 - фосфит НФ
На основе исходного многофункционального стабилизатора была разработана модифицированная рецептура стабилизатора, позволяющего достичь повышенных значений термостабильности кабельного пластиката (табл. 1).
Анализ представленных на рис. 1 данных показывает, что при введении в состав многофункционального стабилизатора специальных добавок термостабильность ПВХ-композиции повышается, причем наибольший эффект достигается при дозировке: 2 мас.ч. фосфита НФ,
3 мас.ч ДПЭТ, 5 мас.ч. ЭСМ на 100 мас.ч. многофункционального стабилизатора, что составляет в пересчете на рецептуру кабельного пластиката 0.02 мас.ч. фосфита НФ, 0.03 мас.ч ДПЭТ, 0.05 мас.ч. ЭСМ на 100 мас.ч. ПВХ.
Стабилизатор, модифицированный вышеупомянутыми компонентами в оптимальном соотношении, был испытан в ПВХ-рецептуре кабельного пластиката.
Анализ представленных в табл. 2 данных показывает, что введение в кабельный пластикат марки О-40 рец. ОМ-40 (черный) специальных добавок по сравнению с промышлен-
Таблица 1
Характеристики многофункционального стабилизатора
Наименование показателя Многофункциональный стабилизатор
без специальных добавок со специальными добавками
Массовая доля кальция, % 4.05 3.65
Массовая доля цинка, % 2.12 1.91
Плотность при 20 °С, г/см3 0.992 0.986
Температура вспышки, °С 196 197
Кислотное число, мг КОН/г 6.1 5.9
Массовая доля летучих веществ, % 1.3 1.3
Термостабильность ПВХ при 160 °С, мин 125 184
Таблица 2
Результаты испытаний кабельных пластикатов марки О-40 ОМ-40 (черный),
содержащих различные добавки
Наименование показателей Норма по ГОСТ 5960-72 (высший сорт) Контрольный образец Предложенный образец
Удельное объемное электр. сопротивление при 20 °С, Ом-см не менее 51010 1-1013 1 -1013
Прочность при разрыве, кгс/см2 не менее 120 147 151
Относительное удлинение при разрыве, % не менее 300 335 337
Температура хрупкости,°С не выше - 40 выдерживает выдерживает
Потери в массе при 160 °С, в течение 6 ч., % не более 3.0 2.2 1.7
Твердость, кгс/см2, при 20 °С при 70 °С 0.88-1.96 0.58-1.17 1.4 0.7 1.2 0.8
Водопоглощение, % не более 0.4 0.080 0.073
Температура размягчения, °С 170±10 169 169
Плотность, г/см3 не более 1.4 1.38 1.37
Технологические свойства
Термостабильность при 180 °С, ч. ГОСТ 14041-91 2 ч 45 мин 2 ч 53 мин
ПТР, г/10мин при 190 °С, Р= 10 кгс/см2 ГОСТ 11645-73 82.9 90.4
Рецептура, масс. ч.: Промышленный пластификатор диоктилфталат (ДОФ) — 50; стабилизатор — 50 (в контрольном образце — стеараты кальция-бария без специальных добавок, в разработанном образце — пальмитаты кальция-цинка : моно-2-этилгексаноат глицерина со специальными добавками)
ной рецептурой способствует улучшению таких показателей, как удельное объемное электрическое сопротивление при 20 °С, Ом-см, потери в массе при 160 оС в течение 6 ч, % и водопо-глощение, %. Также следует отметить, что вре мя термостабильности и индекс текучести расплава ПВХ-пластиката при использовании многофункционального стабилизатора, содержащего специальные добавки, заметно выше, что свидетельствует об облегчении переработки соответствующих ПВХ-композиций.
Таким образом, проведенные испытания многофункционального стабилизатора, содержащего специальные добавки в вышеуказанной дозировке показали, что он обеспечивает соответствие полимерного материала требованиям действующих стандартов по уровню физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств, обладает достаточно высокой эффективностью и рекомендуется для использования в кабельных пластикатах.
Литература
1. Уилки Ч., Саммерс Дж., Даниелс Ч. Поливи-нилхлорид.— СПб.: Профессия, 2007.— 728 с.
2. Минскер К.С., Федосеева Г.Т. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида.— М. Химия, 1979.- 272 с.
3. Старение и стабилизация полимеров / под ред. М. Н.Левантовской.- М.: Химия, 1964.- 347с.
4. Горбунов Б.Н., Гуревич Я.М., Маслова И. П. Химия и технология стабилизаторов полимерных материалов.- М.: Химия, 1984.- 367 с.
5. Мазитова А.К., Аминова Г.К., Нафикова Р.Ф., Дебердеев Р. Я. Основные поливинилхлорид-ные композиции строительного назначения.-Уфа, 2013.- 130 с.
6. Karimov F.Ch., Mazitova A.K., Khamaev V.Kh., Minsker K.S., Zaikov G.E. Stabilization of plasticized polyvinyl chloride by 3-mercapto-1,2,4-triazine-5-one derivatives // Oxidation Communications.- 1997.- Т. 20.- №2.- Pp.286289.
7. Аминова Г.К., Нафикова Р.Ф., Маскова А.Р., Степанова Л.Б., Буйлова Е.А. Стабилизаторы поливинилхлорида / Наука и эпоха. Под общей редакцией проф. О.И. Кирикова.- Москва; Воронеж, 2012.- С.277-297.
8. Мазитова А.К., Степанова Л.Б., Аминова Г.Ф., Маскова А.Р. Разработка функциональных добавок для поливинилхлоридных композиций строительного назначения // Промышленное производство и использование эластомеров.-2015.- № 2.- С.27-31.
9. Маскова А.Р., Степанова Л.Б., Аминова Г.Ф., Рольник Л.З., Абдрахманова Л.К. Испытание рецептур ПВХ-композиций строительного назначения на основе новых добавок // Промышленное производство и использование эластомеров.- 2015.- №3.- С.11-15.
References
1. Uilki Ch., Sammers Dzh., Daniels Ch. Polivinilkhlorid [Polyvinylchloride]. St. Petersburg, Professiya Publ., 2007, 728 p.
2. Minsker K.S., Fedoseeva G.T. Destruktsiya i stabilizatsiya polivinilkhlorida [Destruction and stabilization of polyvinyl chloride]. Moscow, Khimiya Publ., 1979, 272 p.
3. Starenie i stabilizatsiya polimerov [Aging and stabilization of polymers]. Ed. M. N. Levantovskaya. Moscow, Khimiya, 1964, 347 p.
4. Gorbunov B.N., Gurevich Ya.M., Maslova I.P. Khimiya i tekhnologiya stabilizatorov polimernykh materialov [Chemistry and technology of stabilizers of polymeric materials]. Moscow, Khimiya, 1984, 367 p.
5. Mazitova A.K., Aminova G.K., Nafikova R.F., Deberdeev R.Ya. Osnovnye polivinilkhloridnye kompozitsii stroitel'nogo naznacheniya [Basic polyvinyl chloride compositions for construction purposes]. Ufa, 2013, 130 p.
6. Karimov F.Ch., Mazitova A.K., Khamaev V.Kh., Minsker K.S., Zaikov G.E. [Stabilization of plasticized polyvinyl chloride by 3-mercapto-1,2,4-triazine-5-one derivatives]. Oxidation Communications, 1997, vol.20, no.2, pp.286-289.
7. Aminova G.K., Nafikova R.F., Maskova A.R., Stepanova L.B., Builova E.A. Stabilizatory polivinilkhlorida [Stabilizers of polyvinyl chloride]. V kn. «Nauka i epokha». Pod obshhei redaktsiei professora O.I. Kirikova [In the book Science and time. Ed. O.I. Kirikov]. Moscow, Voronezh, 2012, pp.277-297.
8. Mazitova A.K., Stepanova L.B., Aminova G.F., Maskova A.R. Razrabotka funktsional'nykh dobavok dlya polivinilkhloridnykh kompozitsii stroitel'nogo naznacheniya [Development of functional additives for polyvinyl chloride compositions for construction purposes]. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol'zovanie elastomerov [Industrial production and use of elastomers], 2015, no.2, pp.27-31.
9. Maskova A.R., Stepanova L.B., Aminova G.F., Rol'nik L.Z., Abdrahmanova L.K. Ispytanie receptur PVH-kompozitsii stroitel' nogo naznacheniya na osnove novykh dobavok [Testing of PVC compound compositions for construction purposes based on new additives]. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol'zovanie elastomerov [Industrial production and use of elastomers], 2015, no.3, pp.11-15.
