CC BY
20
УДК 544.421.42:536.755
Мусина А.Р., Тихонов Н.Н., Кассин А.С., Пессяникова Е.Д.
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОРАЗМЕРНОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕПЛАСТИФИЦИРОВАННОГО ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА
Мусина Алина Расимовна, студентка магистратуры 2 курса кафедры технологии переработки пластмасс; Пессяникова Елизавета Дмитриевна, студентка 4 курса бакалавриата кафедры технологии переработки пластмасс;
Кассин Артём Сергеевич, аспирант кафедры технологии переработки пластмасс; Тихонов Николай Николаевич, к.х.н., доцент кафедры технологии переработки пластмасс, e-mail: [email protected];
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125190, Москва, Миусская площадь, д. 9
В работе было изучено влияние наноразмерного карбоната кальция на технологические свойства непластифицированного суспензионного ПВХ. В результате проведённых испытаний было показано, что наноразмерный мел оказывает значительное влияние на технологические свойства ПВХ.
Ключевые слова: поливинилхлорид, карбонат кальция, наноразмерность, технологические свойства, термостабильность
APPLICATION OF NANO CALCIUM CARBONATE FOR THE REGULATION OF TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF NONPLASTIFIED POLYVINYLCHLORIDE
Musina A.R., Tikhonov N.N., Kassin A.S., Pessyanikova E.D. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this work, the influence of nano-sized calcium carbonate on the technological properties of unpaid suspension PVC was studied. As a result of the tests, it was shown that nanoscale chalk has a significant impact on the technological properties of PVC.
Keywords: polyvinyl chloride, calcium carbonate, nanoscale, technological properties thermal stability
На сегодняшний день поливинилхлорид (ПВХ) является одним из наиболее востребованных на рынке полимерных продуктов. Такая популярность ПВХ обусловлена доступностью и низкой стоимостью сырья, сочетанием ценных эксплуатационных характеристик с возможностью получения на его основе полимерных материалов с необходимым диапазоном свойств.
Но, наряду с неоспоримыми достоинствами данного полимерного материала, он не перерабатывается в чистом виде в силу низкой устойчивости к действию высоких температур, температура его разложения значительно ниже температуры течения. Поэтому для получения на его основе материалов, пригодных к переработке высокопроизводительными методами экструзии и литья под давлением, разработан целый ряд методов регулирования этих характеристик. Одним из таких методов является введение различных по своей природе модификаторов.
К числу наиболее перспективных методов регулирования свойств полимеров можно отнести использование наполнителей с чрезвычайно малым размером частиц и большой удельной поверхностью. В данном исследовании в качестве модификатора ПВХ использовали наноразмерный карбонат кальция.
При работе с высокодисперсными наполнителями возникают трудности, связанные с приготовлением композиции: наночастицы карбоната кальция стремятся агломерировать в более крупные агрегаты, что сводит на нет эффект от использования этого вещества. Поэтому частицы карбоната кальция диспергировали при помощи ультразвука в среде
промежуточного носителя, а затем полученную суспензию непосредственно смешивали с ПВХ в высокоскоростном смесителе.
Технологические свойства ПВХ,
модифицированного наноразмерным мелом, оценивали методами капиллярной вискозиметрии по величине показателя текучести расплава (ПТР) и ротационной пластометриии на пластометре "Brabender". По результатам проведенного исследования установлено, что введение в ПВХ наноразмерного карбоната кальция в исследуемом диапазоне концентраций мела приводит практически к монотонному увеличению текучести
модифицированных материалов (рис. 1).
о,;
од о
0 0,2 0А 0,6 0,8 1
Концентрация н-СаСОЗ м.ч. на ЮОм.ч. ПВХ
Рис. 1. Зависимость показателя текучести расплава ПВХ от содержания наноразмерного карбоната кальция
Обнаруженный эффект увеличения текучести поливинилхлорида, модифицированного
наноразмерным мелом, можно связать с особенностями надмолекулярной организации суспензионного поливинилхлорида и структурным
характером его течения. Ограничение подвижности полярных проходных цепей в зоне действия высокоэнергетической поверхности наночастиц приводит к некоторому ограничению подвижности связываемых ими первичных глобул (основных структурных единиц полимера). Это сопровождается увеличением когезионной прочности полимера, что приводит к росту составляющей течения, связанной с пристенным скольжением расплава, и увеличению текучести расплавов модифицированного
поливинилхлорида в целом.
При изучении технологических свойств ПВХ, модифицированного наноразмерным карбонатом кальция, методом ротационной пластометрии было установлено, что пластикация модифицированных материалов осуществляется за значительно более короткие интервалы времени (рис.2).
о 02 0,1 0,0 о,я 1
Концентрация н-СаСОЗ м.ч. на 100 м.ч. ПВХ
Рис. 2. Влияние наномела на время пластикации расплава ПВХ
Время пластикации расплава определяет длину зоны пластикации шнека. Снижение этого показателя приводит к увеличению производительности, а также позволяет уменьшить общее время нахождения композиции в экструзионном оборудовании, что снижает риск деструкции полимера в результате технологического процесса.
При этом величина установившегося крутящего момента на роторе при введении в ПВХ наноразмерного мела практически не изменяется.
Другим важным эффектом модификации суспензионного поливинилхлорида наноразмерным карбонатом кальция является увеличение термостабильности полимера, что является предпосылкой для уменьшения содержания в составе материалов на его основе высокотоксичных солей металлов: свинца, цинка, олова, которые используются в настоящее время для того, чтобы обеспечить его переработку при высоких температурах.
Изучение термостабильности поливинилхлорида методом "Конго" (ГОСТ 14041-91) показало, что введение в полимер наноразмерного мела сопровождается заметным увеличением его термостабильности (рис.3). Этот эффект может быть связан со способностью наномела сорбировать и химически связывать выделяющийся хлороводород на своей высокоразвитой поверхности. Оценка термостабильности ПВХ методом капиллярной вискозиметрии по изменению величины ПТР при термостатировании полимера при температурах переработки показала, что характер изменения ПТР во времени при термостарении полимера имеет менее
ярко выраженную тенденцию к снижению текучести в результате формирования трехмерной
пространственной сетки при деструкции и длительное время сохраняется на уровне, превышающем значения ПТР для немодифицированного полимера (рис.4).
60
с
о 10
о. Ш
0 '
0 0,2 0,1 '|.Г. :!Н 1
кои центр да ил и СэСОЗ м.ч на I и г ч I И"
Рис. 3. Влияние наноразмерного карбоната кальция на термостабильность ПВХ
1
о,? -
0.8 О,'
1 (Ч
о
^ 0,5 ^^
о.э о,? 0,1 о
О 5 10
—»^ЧМСТЫЙ —■——--1
Рис. 4. Зависимость изменения показателя текучести расплава во времени при модификации наноразмерным карбонатом кальция
Эти результаты хорошо коррелируют с приведенными выше данными по изучению термостабильности ПВХ по методу ГОСТ 14041-91. Выводы
1. Изучено влияние наноразмерного карбоната кальция на технологические свойства суспензионного поливинилхлорида.
2. Установлено, что модификация суспензионного поливинилхлорида наноразмерным карбонатом кальция позволяет значительно улучшить его технологические свойства: повысить текучесть, термостабильность полимера и ускорить процессы его пластикации.
3. Показано, что на основе поливинилхлорида, модифицированного наноразмерным карбонатом кальция, можно создавать новые высокотехнологичные материалы для переработки методами экструзии и литья под давлением.
Литература
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. Ульянов В. М. Поливинилхлорид. - М.: Химия, 1992. - 288 с.
