CC BY
29
УДК 678.743.22
Пачина А.Н., Кассин А.С., Тихонов Н.Н., Комиссаров Д.М.
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ АТМОСФЕРНОЙ СТОЙКОСТИ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА
Пачина Анжелика Николаевна, магистрант 2 года кафедры технологии переработки пластмасс; Кассин Артем Сергеевич, аспирант кафедры технологии переработки пластмасс;
Тихонов Николай Николаевич, к.х.н., - доцент кафедры переработки пластмасс, email: [email protected]; Комиссаров Дмитрий Михайлович, студент 4 курса бакалавриата кафедры переработки пластмасс. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125190, Москва, Миусская площадь, д. 9
В настоящей работе изучено влияние наноразмерных модификаторов различной химической природы и геометрической формы на процессы старения поливинилхлорида. В качестве модификаторов были использованы слоистые алюмосиликаты, углеродные нанотрубки и нанопластины. В результате проведенных испытаний было показано, что наноразмерные углеродные частицы дают возможность увеличения атмосферостойкости и сроков эксплуатации готовых изделий.
Ключевые слова: поливинилхлорид, углеродные нанотрубки, слоистые алюмосиликаты,
углеродные нанопластины, атмосферостойкость, модификация.
METHODS OF INCREASING THE ATMOSPHERIC RESISTANCE OF POLYVINYLCHLORIDE
Pachina A.N., Kassin A.S., Tikhonov N.N., Komissarov D.M.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The effect of nanomodifiers of various shemical nature and geometric shapes on the aging process of PVC has been studied in this work. We used layered alumosilicates, carbon nanotubes and nanoplasts as modifiers. As a result of the experiments, it was shown that nanoscale carbon particles allow to increase the weather resistance and, consequently, the operational properties of the product.
Keywords: Polyvinylchloride, carbon nanotubes, layered aluminosilicates, carbon nanoplasts, weather resistance, modification.
Профили и изделия на основе поливинилхлорида (ПВХ) для наружного применения подвергаются разнообразным атмосферным воздействиям. Солнце, циклическое изменение температуры, дождь, снег и жара - все эти факторы воздействуют на долгосрочные характеристики изделий,
изготовленных из ПВХ. С течением времени белые смеси на основе ПВХ желтеют, а затем выцветают практически до начального цвета, в то время как окрашенные составы блекнут.
Атмосферостойкость определяется как способность полимерного материала противостоять одновременному или раздельному воздействию солнечного света и атмосферных факторов, таких как влажность, атмосферный кислород, промышленные загрязнения. Для обеспечения приемлемых характеристик при долгосрочной эксплуатации изделий из ПВХ вне помещений требуется хорошее понимание механизмов разрушения ПВХ и влияния добавок в смеси на сохранение свойств материала.
Наиболее распространенное тестирование устойчивости к воздействию атмосферных явлений, применяемое к ПВХ, проводится в естественных условиях в соответствии с ASTM D1435. Однако проведение таких испытаний является долговременным процессом. Поэтому широкое распространение получили лабораторные испытания
по ускоренной методике. Наиболее часто применяемым лабораторным способом тестирования изделий из ПВХ, предназначенных для наружной эксплуатации, является метод QUV-ускоренного разрушения в результате атмосферных воздействий (ASTM G53). В этом испытании используются лампы дневного света и влажность, имитирующие экспозицию в естественных природных условиях.
В настоящей работе изучено влияние на процессы старения ПВХ наноразмерных модификаторов различной химической природы и геометрической формы. В качестве модификаторов были использованы слоистые алюмосиликаты, углеродные нанотрубки и нанопластины. Содержание модификатора варьировалось от 0 до 0,2 м.ч./100 м.ч. ПВХ. Модификатор вводили в полимерные компаунды по специально разработанной методике.
Ускоренное старение образцов компаундов в виде плёнок проводили по методу ASTM G154 на везерометре QUV/se в течение 1000часов (цикл -8часов UVA при 60оС и 4 часа - конденсация при 50оС, при мощности излучения - 095 Вт/м2). Результаты испытаний представлены в виде графических зависимостей изменения
фотометрических характеристик плёнок ПВХ от времени экспозиции, вида и содержания модификатора на рисунках 1-4.
Рис. 1. Зависимость показателя Ь ПВХ, модифицированного углеродными нанотрубками, от времени и содержания
модификатора (м.ч. на 100 м.ч. ПВХ)
Рис. 2. Зависимость показателя Ь ПВХ, модифицированного углеродными наночешуйками, от времени и содержания модификатора (м.ч. на 100 м.ч. ПВХ)
Сравнительный анализ результатов тестирования показывает, что модификация ПВХ
наноразмерными улеродными структурами позволяет значительноповысить атмосферостойкость компаундов на его основе: величина, характеризующая степень пожелтения плёнок в процессе старения - Ь, для компаундовПВХ, модифицированного углеродными н анотрубками и нанопластинами, значительно уменьшается, а прогрессия её изменения во времени при старении плёнок заметно меньше по сравнению с не модифицированным полимером. Аналогичные выводы позволяет сделать также анализ влияния модифицирующих систем на изменение величины полного цветового контраста - G пленок ПВХ. G, L, Ь - показатели изменения цвета ПВХ при деструкции по метрической шкале цвета.
Полученные экспериментальные результаты указывают на то, что модификация матрицы ПВХ наноуглеродными частицами приводит к тому, что в процессе переработки полимера формируется более подвижная равновесная структура, в которой уменьшается количество локальных дефектов с образованием неустойчивых полиеновых цепочек, появление которых приводит к изменению окраски
ПВХ и сопровождается пожелтением, где могут быть инициированы процессы деструкции.
Увеличение содержания наномодификатора в
исследуемом интервале концентраций приводит к увеличению эффекта.
Сравнительная оценка изменения величины яркости - L в процессе старения ПВХ-компаундов показывает, что для не модифицированных образцов этот показатель через 1000 часов старения уменьшается более чем на 3 единицы. Уменьшение яркости может свидетельствовать о появлении на поверхности дефектов, а снижение степени белизны -о том, что в поверхностных слоях полимера в процессе старения в результате действия УФ произошёл переход фосфита свинца в двуокись, имеющую чёрную окраску. В то же время, яркость плёнок из компаундов на основе ПВХ,
модифицированного углеродными наносистемами, либо не изменяется в процессе старения, либо имеет некоторую тенденцию к увеличению.
Модификация ПВХ наносистемами на основе слоистых алюмосиликатов не оказывает заметного влияния на его атмосферостойкость.
Рис. 4. Зависимость яркости и одновременного контраста ПВХ, модифицированного углеродными наночешуйками, от времени и содержания модификатора (м.ч. на 100 м.ч. ПВХ)
Таким образом, проведенные исследования показывают возможность
увеличения атмосферостойкости и, соответственно, сроков эксплуатации изделий из ПВХ при модификации
полимера наноразмерными углеродными системами (трубками и пластинами).
Список литературы
1. Гроссман Р. Руководство по разработке композиции на основе ПВХ. - СПб.: Научные основы и технологии, 2009. - 608 с.
2. Уилки Ч., Саммерс Дж., Даниэлс Ч. Поливинилхлорид.- СПб.: Профессия, 2007. - 728 с.
3. Шиллер М. Добавки к ПВХ. Состав, свойства, применение: пер. с анг. яз. под ред. Н.Н.Тихонова. -СПб.: Профессия, 2017. - 400 с.
