Научная статья на тему 'Твердофазная модификация поливинилхлорида сэвиленом'

Твердофазная модификация поливинилхлорида сэвиленом Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
227
47
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Ахметханов Р. М., Кадыров Р. Г., Нагуманова Э. И., Колесов С. В., Минскер К. С.

The capability of increase of modifying efficiency of copolymers ethylene-vinyl-acetate in polymer composite on the basis PVC is combination of components in conditions of intensive power pressure such as pressure with shift.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Ахметханов Р. М., Кадыров Р. Г., Нагуманова Э. И., Колесов С. В., Минскер К. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODIFICATION OF POLYVINYL CHLORIDE BY COPOLYMERS ETHYLENE-VINYL-ACETATE IN SOLID PHASE

The capability of increase of modifying efficiency of copolymers ethylene-vinyl-acetate in polymer composite on the basis PVC is combination of components in conditions of intensive power pressure such as pressure with shift.

Текст научной работы на тему «Твердофазная модификация поливинилхлорида сэвиленом»

УДК 541.64:546.3 ББК 35.712+24.7

ТВЕРДОФАЗНАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА СЭВИЛЕНОМ

Ахметжанов Р.М., Кад ы ров Р.Г., Нагуманова Э.И., Колесов С.В., Минскер К.С.*

Для увеличения прочности, стойкости к ударным нагрузкам, формоустойчивости, способности свариваться токами высокой частоты и улучшения других ценных свойств композиционных материалов на основе ПВХ используют высокомолекулярные модификаторы, в частности, сэвилен (сополимер этилена с винилацетатом) [1-3]. Полимерные композиции на основе ПВХ, модифицированные высокомолекулярными соединениями, нашли применение при производстве конструкционных и упаковочных материалов в различных областях народного хозя йства.

Известно, что для получения высококачественных материалов при переработке смесевых полимерных композитов большое значение имеет степень совмещения компонентов [4]. В практике переработки полимерных композиций совмещение компонентов проводят смешением в тяжелых смесителях, экструдированием или вальцеванием. Однако, в силу конструктивных особенностей используемого оборудования совмещение компонентов в полимерной композиции с высокой степенью гомогенности явля ется не простой задачей. Одним из эффективных способов совмещения компонентов, обеспечивающих высокую степенью гомогенизации в смесевых полимерных композитах, явля ется метод интенсивных силовых воздействий типа давления со сдвигом (ИСВДС) в роторных диспергато-рах специальной конструкции, основанный на одновременном воздействии на перерабатываемый материал высокого давления с деформацией сдвига [5]. В этой свя зи представля ется интересным изучить процесс модификации ПВХ сэ-виленом в условия х ИСВДС.

Для модификации ПВХ использовали образцы сэвилена с содержанием винилацетата 14,8 и 28,0 % мас. (табл.1). Модификацию в условиях ИСВДС проводили в роторном дисперга-торе конструкции ИХФ РАН [6]. Показатели “ударная вя зкость”, “прочность на разрыв” и “относительное удлинение” определяли согласно ГОСТ 4647-80 и ГОСТ 14236-81 соответственно. Показатель текучести расплава оценивали в соответствии с ГОСТ 11645-73. Время термостабильности полимерных композиций определяли согласно ГОСТ 14041-91. Площадь удельной

поверхности полимерных порошков определяли методом низкотемпературной адсорбции азота [7]. Стабилизацию композиций на основе ПВХ проводили трехосновным сульфатом свинца (ТОСС) и стеаратом кальция.

При переработке ПВХ совместно с сэвиле-ном в условия х ИСВДС в роторном диспергаторе наблюдается известный процесс высокотемпературного сдвигового измельчения (ВТСИ) [5, 8], с образованием высокодисперсного однородного смесевого полимерного композита со средним размером частиц 43 мкм преимущественно сферической формы по данным микроскопических наблюдений, с удельной поверхностью 0,9-1,1 м2/г и узким распределением частиц по размерам. В процессе ВТСИ полимерной смеси на основе ПВХ сэвилен проявля ет свойства активатора высокотемпературного сдвигового измельчения трудно измельчаемого поливинилхлорида, улучшая технологичность процесса измельчения и значительно повышая степень дисперсности образующегося порошка (средний размер исходного порошка ПВХ составлял 140 мкм). Высокотемпературное сдвиговое измельчение ПВХ в присутствии сэвилена протекает достаточно легко при температуре в зонах пластикации и сжатия диспергатора равной температуре текучести активатора измельчения и температуре в камере измельчения ниже температуры текучести сополимера. При ВТСИ смесей ПВХ с сэвиленом с большим содержанием винилацетата, обладающим низкой температурой текучести необходимо следить за эффективным теплоотводом из камеры измельчения . В противном случае, из-за перегрева в кольцевом зазоре между мелющим ротором и внешним корпусом диспергатора возможно прекращение процесса измельчения полимерной смеси, сопровождающееся выходом материала в виде жгутов и рваной пленки.

Для полученных смесевых полимерных композитов на основе ПВХ изучено влияние процесса переработки в процессе ВТСИ и содержание полимерного модификатора на показатели “ударная вя зкость” (а), “прочность на разрыв” (у), “относительное удлинение” (е), показатель текучести расплава (ПТР), а также время термостабильности композиции (ф).

*Минскер Карл Самойлович - д. х.н., профессор, Заслуженн Ы1 * Деятель науки Российской Федерации и Республики Башкортостан.

Ахметжанов Ринат Маснавич - к.х.н., доцент кафедры! вьысокомолекпярн Ы1х соединений БашГУ Кад Ы1 ров Руслан Гизарович - аспирант химического факультета кафедры! в Ы1 сокомолеклярнЫ1 х соединений БашГУ Нагуманова Эльмира Ивановна - доцент кафедрьЫ технологии строительн Ы1 х материалов Казанской государственной архитектурно- строительной академии

Колесов Сергей Викторович - д.х.н., профессор кафедр Ы1 кафедр Ы1 в Ы1 сокомолеклярн Ы1 х соединений БашГУ

36

раздел ХИМИЯ

Совмещение поливинилхлорида с различными образцами сэвилена в режиме обычного экструдирования заметно повышает ударопрочность ПВХ, при этом, чем больше содержание в модифицирующем добавке винилацетатных звеньев, тем выше показатель «ударная вязкость» композиционного материала (табл. 2).

Введение в ПВХ изученных сополимеров повышает также эластичность материала, увеличение показателя «относительное удлинение» пропорционально количеству модификатора и содержанию в нем винилацетатных звеньев (табл. 2). Модификация ПВХ сополимерными добавками приводит к увеличению текучести расплава. Показатель текучести расплава ПВХ возрастает с увеличением содержания модификатора, при этом, чем больше содержание в модификаторе винилацетатного сомономера, тем выше ПТР расплава (табл. 2). Увеличение текучести расплава ПВХ, модифицированного сэви-леном позволяет перерабатывать полимерные композиции на основе ПВХ при более низких температурах, что весьма важно для полимера, обладающего аномально низкой термоустойчивостью.

В процессе переработки изученных бинарных полимерных композитов в роторном диспер-гаторе в условиях ИСВДС наблюдается увеличение модифицирующей эффективности сэвилена в отношении ПВХ по показателям «ударная вязкость», «относительное удлинение» и ПТР в сравнении с аналогичными показателями полимерного композита переработанного обычным экструдированием исходных компонентов (табл. 2).

При переработке стабилизированной полимерной композиции на основе ПВХ с модификатором сэвиленом в роторном диспергаторе в условиях ИСВДС также возрастает стабилизирующая эффективность используемых термостабилизаторов ТОСС и стеарата кальция по показателю «время термостабильности» (табл.2). Возможность возрастания стабилизирующей эффективности металлсодержащих термостабилизато-

ров в ПВХ композициях в условиях ИСВДС показана в работе [9].

Возрастание модифицирующей эффективности сэвилена по показателям «ударная вя з-кость», «относительное удлинение» и ПТР можно объя снить, улучшением распределения модификатора в полимерной матрице жесткого ПВХ, выполняющего роль структурного пластификатора. Повышение эффективности стабилизирующего действия термостабилизаторов в ПВХ - композициях в условиях ИСВДС, очевидно, также свя зано с улучшением распределения молекул термостабилизатора и соответствующим повышением доступности лабильных группировок для взаимодействия со стабилизирующей добавкой.

Однако, следует отметить, что переработка смесевых композитов в условия х ИСВДС, наря ду с улучшением реологических и деформационных характеристик, усиливает отрицательное влия -ние модификаторов на прочностные показатели композита, в частности, «прочность на разрыв» (табл. 2). Это может быть свя зано с тем, что в условиях ИСВДС в бинарных смесях термодинамически несовместимых полимеров формируются межфазные области, в которых исходные компоненты в результате взаимной окклюзии макромолекул находятся в неравновесных конформациях, создающих внутреннее напряжение [10]. Внутреннее напря жение в полимерной гетерогенной системе, вероятно, понижает барьер активации механического разрушения полимерного материала. В результате чего наблюдается ухудшение прочностных характеристик модифицированных композитов на основе ПВХ.

Таким образом, переработка ПВХ-композиций, модифицированных сэвиленом в условия х ИСВДС за счет повышения модифицирующей эффективности используемых сополимеров приводит к улучшению некоторых эксплуатационных показателей полимерного материала, что в свою очередь дает возможность снизить содержание модификатора в полимерной композиции.

Таблица 1

Характеристика образцов сэвилена

Показатели СЭВА-14,8 (11306-075) СЭВА-28,0 (11808-340)

Плотность, г/см3 0,93 0,95

Массовая доля винилаце-тата, % 14,8 28,0

ПТР, г/10 мин: при 125 °С при 190 °С 7,4 31,8

ТТек.,°С 96 79

Таблица 2

Некоторые эксплуатационные показатели ПВХ-композитов*, модифицированных сэвиленом в условиях ИСВДС

Компоненты, показатели 1 2 3 4 5 6 7

ПВХ С-6359М 100 100 100 100 100 100 100

СЭВА-14,8 - 5 10 15 - - -

СЭВА-28,0 - - - - 5 10 15

а, кДж/м2 24 27/31** 32/41 40/52 32/37 45/49 59/65

е, % 16 32/38 36/47 51/56 46/51 60/69 66/82

у, Мпа 74 66/58 54/49 47/35 55/48 49/34 34/30

ПТР, г/10 мин 0,9 1,5/1,8 2,2/3,0 3,4/4,3 2,2/2,6 3,7/4,7 5,4/6, 1

ф, 175и, мин 123 138/160 136/155 139/151 134/158 135/153 137/1 48

* - композиции содержат ТОСС (2 мас. ч.) и стеарат кальция (1 мас. ч.);

** - в числителе значение показателя до ИСВДС, в знаменателе значение показателя после ИСВДС.

ЛИТЕРАТУРА

1. Окухира Ю., Накабэ Ю. // Япон. заявка, Кл. 25 (1) С 121.83.(С081_27/06) №52-15295. РЖХим, 1978, 19Т138П.

2. Камияма Ф., Харамицу М. // Япон. Заявка. Кл. 25 (1) С 121.82. (С08 27/06). № 52-144050. РЖХим, 1978, 19Т137П.

3. Кулиш Е.И., Колесов С.В., Ахметханов Р.М., Минскер К.С.// Высокомол. соед. 1993. Б. Т. 35. № 4. С. 205-208.

4. Полимерные смеси. // Под ред. Пола Д., Ньюмена С. М.: Мир. 1981. 428 с.

5. Прут Э.В. // Высокомол. соед. 1994. Б. Т. 36. №4. Т. 601-607.

6. Акопян Е.А., Кармилов, А.Ю., Никольский, В.Г., Хачатрян, А.М., Ениколопян, Н.С. //Докл. АН СССР.

1986. Т. 291. № 1. С. 133-136.

7. Соминский Д.С., Ходаков Г.С. Приборы для определения удельной поверхности дисперсных материалов методом низкотемпературной адсорбции азота. // М.: Гостройиздат. 1957. 268 с.

8. Ахметханов Р.М., Минскер К.С. // 23 Межд. конф. Композиционные полимерные материалы в про-

мышленности. Славполиком -2003. Ялта. 2003. Тез. докл. С. 119-120.

9. Ахметханов Р.М., Кадыров Р.Г., Минскер К.С. //Третья Всерос. Каргинская конф. “Полимеры -2004”. Москва, 2004. Тез. докл. Т. 2. С. 297.

10. Колесов С.В., Кулиш Е.И., Коварский А.Л., Абалихина Т.М., Минскер К.С. //Доклады АН. 1994. Т. 334. № 3. С. 335-337.

Поступила в редакцию 16.03.04 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.