Изучение влияния дисперсности химически осажденного карбоната кальция на свойства ПВХ-композиций Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 678-1

С.И. Нифталиев*, Л.В. Лыгина*, Ю.С Перегудов*, С.И. Богунов**, В.В. Хрипушин*, Ю.В. Бакаева**

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИСПЕРСНОСТИ ХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ НА СВОЙСТВА ПВХ-КОМПОЗИЦИЙ

(*Воронежская государственная технологическая академия, **ОАО «Минудобрения»)

e-mail: [email protected]

Изучена возможность применения мелкодисперсного карбоната кальция как наполнителя в композициях на основе пластифицированного ПВХ. Исследовано влияние дисперсности карбоната кальция и его массовой доли на основные физико-механические параметры разработанных композиций.

Ключевые слова: карбонат кальция химически осажденный, композиции на основе пластифицированного ПВХ, наполнитель, дисперсность

Актуальной является проблема комплексной утилизации крупнотоннажных отходов производства минеральных удобрений, к числу которых относится химически осажденный мел (карбонат кальция) - побочный продукт производства нитроаммофоски на ОАО «Минудобрения» (г. Рос-сошь, Воронежская обл.)[1].

Химически осажденный карбонат кальция обладает степенью дисперсности около 90 мкм (ТУ 2144-028-00206486-2000, марки А) и содержит примеси и воду в количестве 0,3 %. Для уменьшения этих параметров мел подвергали предварительной обработке, состоящей из нескольких этапов:

- сушку карбоната кальция проводили при 200°С в течение 2 часов, что позволило снизить содержание остаточной влаги до значения 0,1 % и практически полностью (на 99,5 %) удалить из его состава аммиак;

- отсев примесей кремнезема и силикатов;

- измельчение химически осажденного мела.

Карбонат кальция в мелкодисперсную форму приводили в шаровой мельнице объемом 7850 см3. В барабанную мельницу периодического действия измельчаемый материал (мел) загружается через люк, который используется также для выгрузки готового продукта. Рабочими органами этих мельниц является барабан и мелющие тела - шары.

Изучено влияние времени воздействия рабочих органов шаровой мельницы на изменение дисперсности во времени, для этого отбирали пробы через каждый час в течение 8 часов. О дисперсности судили по насыпной плотности и размерам частиц, снятых с помощью увеличительной приставки MYSCOPE 300 М (кратность х200) на компьютере. С течением времени поверхностное состояние частиц карбоната кальция существенно различается. Например, образцы, взятые через 6 часов измельчения, имеют более округлую форму

и намного меньший размер, чем мел, подвергшийся воздействию в течение 1 часа (рис. 1). шц . вЯ а

I . ^ Чг - * а ^римяса

. -! г - -

.-•■.ж.-»*'

|j<) о * Ч"» * ■

• •

-

Го 11'

А 9 « 300 МКМ *V

i

О. *

Л--'' '

Рис. 1. Фото проб мела, взятых после 1, 3 и 6 часов (а, б, в

соответственно) измельчения Fig. 1. Photos of chalk samples taken after 1, 3 and 6 hours of grinding (a, b, c)

После измельчения мела в шаровой мельнице минимальная дисперсность частиц составила 30-40 мкм. Было изучено влияние времени измельчения на насыпную плотность карбоната кальция. Установлено, что с увеличением времени измельчения насыпная плотность мела возрастает (рис. 2).

Время измельчения, час Рис. 2. Влияние времени измельчения на насыпную плотность карбоната кальция химически осажденного Fig. 2. The influence of grinding time on a packed density of chemically precipitated calcium carbonate

Для сравнительной оценки физико -механических свойств композиций с различным содержанием наполнителя (карбоната кальция химически осажденного) была использована следующая рецептура: ПВХ Е-66 - 51 г, ЭСМ (эпок-сидированное соевое масло) - 2,6 г, стеарат кальция (СпЩСОО^Са - 0,43 г, ДОФ (диоктилфта-лат) - 45,4 г.

Карбонат кальция был взят в количестве 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 масс. ч. от общей массы композиции [2]. Образцы по данной рецептуре изготавливались при температуре 110°С и скорости смешения 1500 об./мин по ГОСТ 11262-80 в виде двойной лопатки (тип 2). Определение свойств эластичной пластмассы проводили по методике ГОСТ 11262-80 на машине типа 2038Р-0,05.

При испытании на растяжение образец в виде двойной лопатки закрепляли в плоских зажимах разрывной машины и растягивали при постоянной скорости (10 мм/мин) взаимного перемещения захватов. Образец подвергали действию плавно возрастающего растягивающего усилия. При достижении предельного значения происходил разрыв образца.

Предварительно на образцы наносили метки, определяющие положение кромок захватов и замеряли размеры образца с помощью штангенциркуля. Разрушающее напряжение при разрыве, ор, МПа определяли по формуле [3]: ар = F/S,

где F - усилие при разрыве, Н; S - площадь поперечного сечения, см2.

Одновременно с разрушающим напряжением определяли относительное удлинение при разрыве, е, %. Расчет проводили по формуле:

s = (Al/l)-100, где l - свободная (между зажимами) длина образца до приложения нагрузки, мм; Al - абсолютное удлинение образца в момент, предшествующий разрыву, мм.

Эластичность по отскоку проводили на маятниковом упругомере УМР-2 на образцах в виде лопатки [3], твердость по Шору - на твердомере ТШ-2 по ГОСТ 263-75 [4]. Полученные данные приведены в таблице.

Таблица

Физико-механические показатели композиций в зависимости от процентного содержания наполнителя Table. Physical-chemical parameters of compositions vs % content of filler

№ п/п Содержание наполнителя, % Эластичность по отскоку, Ео, % Твердость по Шору, Нш Относительное удлинение при разрыве, e, % Разрушающее напряжение при разрыве, аР, МПа

1 Без наполнителя 8 50 90 90,44

2 10 8 56 69 25,6

3 20 8 62 58 25,5

4 30 8 70 60 23,8

5 40 9 64 53 22,9

6 50 9 66 47 22,1

7 60 7 70 35 21,8

8 70 6 76 30 14,3

Таким образом, из полученных физико-механических параметров следует, что с увеличением содержания мела прочность на разрыв снижается. Это связано с ослаблением адгезионного взаимодействия между частицами наполнителя и полимерной матрицей. Следует отметить, что в процессе формирования образцов в условиях термического воздействия происходит осаждение частиц мела, поэтому плотность верхних слоев в большинстве случаев характеризуется свойствами пластиката. По мере наполнения происходит более равномерное распределение частиц в объеме композиции [4].

Проведенные нами исследования показали, что химически осажденный мел должен быть мелкодисперсным, чтобы его можно было использовать в качестве наполнителя в производстве пластических масс. Измельченный в течение 6 часов карбонат кальция имеет лучшие показатели по фракционному составу и имеет наиболее округлую форму частиц, что позволяет частицам мела наиболее равномерно распределяться по объему получаемой полимерной композиции и

лучше совмещаться с другими компонентами смеси. Твердость по Шору полученных композиций, наполненных измельченным химически осажденным мелом, превосходит значение твердости не-наполненных композиций в 1,5 раза.

Таким образом, применение химически осажденного мела в качестве наполнителя полимерных композиций целесообразно как по экономическим, так и экологическим (применение отходов производства нитроаммофоски в качестве сырья для производства пластических масс) составляющим, несмотря на необходимость предварительного измельчения, сушки и очистки от механических примесей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чаусов Ф.Ф., Закирова Р.М., Кузькина С.П. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т. 51. Вып. 6. С. 56-60;

Chausov F.F., Zakirova R.M., Kuzkina S.P. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Technol. 2008. V. 51. N 5. P. 56-60 (in Russian).

2. Шварц О., Эбелинг Ф-В., Фурт Б. Переработка пластмасс. М.: Профессия. 2005. 320 с;

Shvarts O., Ebeling F.V., Furt B. Plastics Processing. M.: Professiya. 2005. 320 c. (in Russian).

3. Крыжановский В.К. Инженерный выбор и идентификация пластмасс. М.: Научные основы и технологии. 2009. 204 с.;

Kryzhanovskiy V.K. Engineering selection and identification of plastics. M.: Nauchnye osnovy i nekhnologii. 2009. 204 c. (in Russian).

4. Ксантос М. Функциональные наполнители для пластмасс. М.: Научные основы и технологии. 2010. 576 с.; Ksantos M. Functional fillers for plastics. M.: Nauchnye osnovy i nekhnologii. 2010. 576 c. (in Russian).

Кафедра неорганической химии и химической технологии

УДК 677.014.2

В.Г. Стокозенко, М.В. Конычева, Ю.В. Неманова, А.П. Морыганов

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ СОВМЕЩЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ ПЕНЬКОВЫХ И ДЖУТОВЫХ ВОЛОКОН И ИХ КРАШЕНИЯ КУБОВЫМИ И СЕРНИСТЫМИ

КРАСИТЕЛЯМИ

(Институт химии растворов РАН) e-mail: [email protected]

На основании исследования восстановительных свойств систем, образующихся при щелочных обработках пеньковых и джутовых волокон, дано обоснование возможности совмещения в одну стадию процесса их химической модификации и крашения кубовыми и сернистыми красителями

Ключевые слова: пеньковое волокно, джутовое волокно, химическая модификация, кубовые красители, сернистые красители

В Институте химии растворов РАН разработана совмещенная технология химической модификации короткого льноволокна и крашения его кубовыми красителями [1, 2]. Ее особенность заключается в использовании для восстановления кубовых красителей не традиционных серосодержащих восстановителей (гидросульфит натрия и ронгалит), а комплекса продуктов щелочной дест-

рукции полиуглеводных компонентов самого льноволокна и вводимых в систему аминоспиртов.

Полученные результаты, а также цикл исследований, посвященных разработке технологии химической модификации пенькового и джутового волокон [3-5], послужили основанием для поиска возможности совмещения в одну стадию процесса модификации с окрашиванием красите-