Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Маскова Альбина Рафитовна
ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫЕ КОМПОЗИЦИИ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ, ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫЕ ФТАЛАТАМИ ОКСИАЛКИЛИРОВАННЫХ СПИРТОВ
Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Уфа - 2012
Работа выполнена на кафедре Строительные конструкции ФГБОУ ВПО
Уфимский государственный нефтяной технический университет
Научный руководитель | доктор технических наук Аминова Гулия Карамовна |
Официальные оппоненты: | Коренькова Софья Федоровна доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Самарский государственный архитектурно-строительный университет, профессор кафедры Строительные материалы Ханнанова Гульнур Талгатовна кандидат технических наук, ООО Инфодор-строй, заведующая техническим отделом |
Ведущая организация | ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства |
Защита состоится 25 мая 2012 года в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.289.02 при ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Автореферат разослан л____ ____________ 2012 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета, д.т.н. И.В. Недосеко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Пластифицированный поливинилхлорид (ПВХ) используется при получении материалов различного назначения с широким диапазоном механических и эксплуатационных характеристик, это - строительные отделочные материалы (линолеум, обои, лента липкая), материалы для кабелей, изоляции, прокладок, декоративная клеенка и др.
Увеличение объемов строительства, а также ремонтных и отделочных работ придает сегодня значительный потенциал развитию рынка напольных покрытий. Оценочный объем российского производства напольных покрытий составляет порядка 260-300 млн. м3, из которых на долю линолеума приходится порядка 35-45%.
Многослойный поливинилхлоридный линолеум является одним из основных видов покрытия для полов, выпускаемых в нашей стране. Это обусловлено низкими удельными капитальными затратами на организацию производства линолеумов, высоким качеством материала, возможностью индустриализации строительных работ, простотой в эксплуатации и низкой себестоимостью.
Достижения в области химии и технологии полимеров позволили создавать покрытия из искусственных материалов, обладающих основными свойствами натуральных. Линолеум одним из первых подвергся усовершенствованию в промышленном масштабе. Поливинилхлоридные линолеумы благодаря высокой прочности, износостойкости, биостойкости, малой теплопроводности, гигиеничности, художественной выразительности и фактуры поверхности могут применяться как в жилых помещениях, так и в офисах, аэропортах и даже промышленных цехах. В настоящее время свыше 80% всего выпускаемого в мире линолеума приходится именно на долю ПВХ-покрытий.
При изготовлении ПВХ-линолеума применяются связующие, пластификаторы, разбавители, наполнители и красители. В качестве связующего применяется ПВХ, который характеризуется термопластичностью и линейной структурой макромолекул. Для придания изделиям эластичности и для облегчения переработки ПВХ его обычно пластифицируют, при этом содержание пластификатора достигает 40%. К наиболее часто применяемым пластификаторам относятся диоктилфталат (ДОФ) и дибутилфталат (ДБФ). ДОФ считается международным стандартным пластификатором ПВХ, удовлетворяющим требованиям переработки, но он сравнительно дорог и дефицитен. Поэтому в составе ПВХ-рецептур линолеума широкое распространение находит ДБФ благодаря своей дешевизне, однако он не обеспечивает длительную эксплуатацию ПВХ-композиций. ДБФ обладает высокой летучестью, что приводит к интенсивным потерям пластификатора из пластиката, ухудшению физико-механических свойств и сокращению срока эксплуатации изделий, полученных на его основе.
Поэтому расширение ассортимента пластификаторов, улучшающих эксплуатационные свойства рецептур ПВХ-композиций, используемых для получения строительных материалов и изделий различного назначения, является актуальной и практически значимой задачей.
Целью работы является разработка отделочных и изоляционных ПВХ-композиций с использованием в качестве пластификаторов фталатов оксиалкилированных спиртов.
Рабочая гипотеза. Несимметричные и симметричные фталаты оксиалкилированного бутанола и 2-этилгексанола могут стать эффективными пластификаторами поливинилхлоридных композиций. Фталаты полученных оксиалкилированных спиртов, во-первых, имеют низкую летучесть, что во многом определяет сохранение пластифицированным материалом своих свойств во времени, во-вторых, проявляют необходимую гомогенизацию композиции, а в-третьих, дают необходимую совокупность прочностных и эксплуатационных свойств для использования в качестве пластификаторов поливинилхлоридных композиций, используемых в производстве изоляционных и отделочных строительных материалов.
Задачи исследований:
- Разработка новых видов пластификаторов для поливинилхлоридных композиций с использованием фталатов оксиалкилированных спиртов.
- Изучение основных механических и эксплуатационных показателей поливинилхлоридных композиций в сравнении с серийно выпускаемыми пластикатами.
- Исследование структуры и свойств пластифицированных поливинилхлоридных композиций и выявление механизма действия предложенных пластификаторов на физико-механические и технологические характеристики отделочных и изоляционных строительных материалов и изделий, получаемых на их основе.
- Разработка составов многослойного линолеума на ПВХ и ленты ПВХ липкой на основе полученных низколетучих пластификаторов - несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированного бутанола и 2-этилгексанола.
- Оценка возможности и эффективности применения поливинилхлоридных композиций в производстве полимерных отделочных и изоляционных материалов массового назначения - многослойного линолеума и ленты липкой.
Научная новизна работы.
Разработаны и определены физико-химические свойства 32 несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов, из них 16 получены впервые. Установлено, что полученные фталаты оксиалкилированного бутанола являются менее летучими соединениями, чем серийно выпускаемый пластификатор ДБФ, а полученные фталаты оксиалкилированного 2-этилгексанола по степени летучести соответствуют ДОФ. По остальным показателям разработанные пластификаторы также соответствуют уровню ДОФ.
Установлено, что фталаты оксиалкилированных спиртов обладают достаточно высокой эффективностью и близки по этим свойствам к ДОФ. ПВХ-композиции на основе фталатов оксиалкилированных спиртов обладают более высокой технологичностью (характеризуются высокими значениями ПТР), чем аналогичные компаунды, содержащие ДОФ, что позволяет производить их переработку при более низких температурах, существенно сокращая тем самым общие энергозатраты на их производство.
Установлено, что при введении полученных соединений существенно улучшаются физико-механические и эксплуатационные показатели отделочных (многослойного линолеума) и изоляционных (ленты липкой) поливинилхлоридных строительных материалов и изделий, а именно: прочность при разрыве, относительное удлинение, температура хрупкости, термостабильность, истираемость, изменение линейных размеров и абсолютная остаточная деформация.
Практическая значимость работы.
Разработаны новые составы и рецептуры поливинилхлоридных материалов и изделий многослойного линолеума и ленты липкой с использованием в качестве пластификаторов несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов.
ПВХ пластикаты, полученные с использованием разработанных соединений обладают более низкой стоимостью, энергоемкостью получения и полностью соответствуют требованиям действующих стандартов.
Апробация работы. Представленные в диссертации результаты были доложены на 60-й и 62-й Межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2009, 2011), Международной научно-технической конференции Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук (Уфа, 2010, 2011), Международной научно-технической конференции Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии (Уфа, 2009, 2011), II Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды (Уфа, 2011), V научно-практической конференции Промышленная безопасность на взрывопожарных и химически опасных производственных объектах (Уфа, 2011), XIII-XVI Международной научно-технической конференции при Международной специализированной выставке Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство, энергосбережение (Уфа, 2009 - 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликованы более 20 печатных работ, в том числе четыре статьи в ведущих рецензируемых журналах в соответствии с перечнем ВАК Минобразования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 143 страницах машинописного текста. Работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и списка литературы. Содержит 35 таблиц, 60 рисунков. Список литературы включает 196 источников.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы актуальность исследований, цель работы, задачи, научная новизна и дано краткое описание содержания работы.
В первой главе проведен анализ и обобщение литературных данных о методах получения, возможных областях применения и классификации пластификаторов, а также обзор по современному состоянию, производству и применению поливинилхлоридных композиций строительного назначения.
При получении отделочных и изоляционных ПВХ-композиций, а именно линолеума и ленты липкой, в качестве пластификаторов в основном используются ДОФ и ДБФ. ДОФ принят в качестве стандартного пластификатора, который используется как эталон при оценке пластифицирующего действия различных веществ. Требования к другим пластификаторам обычно согласуются с требованиями к ДОФ. Линолеум на основе ПВХ, полученный с добавлением ДОФ, обладает относительно низкими значениями истираемости, изменения линейных размеров и абсолютной остаточной деформации. Но ДОФ сравнительно дорог и дефицитен. Поэтому в составе ПВХ-рецептур линолеума широкое распространение находит ДБФ благодаря своей дешевизне. Однако ДБФ обладает высокой летучестью, что приводит к интенсивным потерям пластификатора из пластиката, ухудшению физико-механических свойств и сокращению срока эксплуатации изделий.
Поэтому в соответствии с предложенной гипотезой нами поставлена задача о разработке новых видов низколетучих пластификаторов для поливинилхлоридных композиций с использованием фталатов оксиалкилированных спиртов.
Во второй главе приведены характеристики исходных реагентов, методики проведения синтеза, анализа и испытаний целевых продуктов. Физико-химические показатели пластификаторов анализировали согласно ГОСТ 8728-88. Полученные образцы ленты ПВХ липкой анализировали согласно ТУ 2245-001-00203312-2003; термостабильность определяли по ГОСТ 14041-91; показатель текучести расплава (ПТР) по ГОСТ 11645-73. Полученные образцы пленок верхнего, среднего, нижнего слоев линолеума анализировали согласно СТП 00203312-100-2006; цветостабильность определяли по ГОСТ 11583-74; твердость по Шору (A) по ГОСТ 24621-91; температуру хрупкости по ГОСТ 16782-92. Полученные образцы многослойного линолеума анализировали согласно ГОСТ 7251-77.
В третьей главе приведены результаты получения и исследования свойств несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов, использованных в качестве пластификаторов при получении линолеума на основе ПВХ и ленты ПВХ липкой.
Взаимодействием расчетного количества бутанола и 2-этилгексанола различным количеством оксида этилена и оксида пропилена получены оксиалкилированный бутанол и 2-этилгексанол, которые в дальнейшем были использованы для разработки фталатов оксиалкилированных спиртов.
Несимметричные фталаты оксиалкилированных спиртов получали двухстадийной этерификацией фталевого ангидрида в одном реакционном объеме. При эквимолярном соотношении исходных реагентов синтезировали моноэфир в присутствии паратолуолсульфокислоты (ПТСК) при 110-1400С.
Не выделяя последний, проводили доэтерификацию 50%-ным избытком соответствующего спирта при температуре кипения реакционной массы. Для облегчения удаления воды синтез проводили в среде ксилола, реакционную массу барботировали инертным газом.
Симметричные фталаты оксиалкилированных спиртов получали этерификацией фталевого ангидрида соответствующим оксиалкилированным спиртом в присутствии ПТСК. При мольном соотношении исходных реагентов фталевый ангидрид: оксиалкилированный спирт 1:2,5 (25%-ный мольный избыток спиртового компонента) синтезировали моноэфир в присутствии ПТСК в количестве 1-2% (масс. от загрузки) при 120-1800С.
После начала реакции через определенные промежутки времени отбирали пробы этерификата и анализировали на содержание сложных эфиров. За начало реакции принимали момент начала выделения реакционной воды. Для облегчения удаления образующейся воды через реакционную смесь барботировали инертный газ.
Физико-химические свойства пластификаторов для поливинилхлоридных композиций представлены в таблицах 1 и 2.
Как показали проведенные исследования, полученные фталаты оксиалкилированного бутанола являются менее летучими соединениями, чем серийно выпускаемый пластификатор ДБФ, а полученные фталаты оксиалкилированного 2-этилгексанола по степени летучести соответствуют ДОФ. По другим показателям разработанные пластификаторы также соответствуют уровню ДОФ.
Важнейшими характеристиками сложноэфирных пластификаторов являются плотность и показатель преломления, во многом определяющие физико-механические показатели пластификаторов поливинилхлоридных композиций. Эти показатели зависят, прежде всего, от строения сложного эфира.
На основании результатов наших исследований физических свойств
Таблица 1 - Физико-химические свойства пластификаторов для поливинилхлоридных композиций
Показатели | Несимметричные фталаты оксиэтилированного бутанола | ДБФ | Несимметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола | ДОФ | ||||||
Степень оксиалкилирования, n | 1,4 | 2,0 | 2,5 | 2,9 | 0,0 | 1,5 | 2,0 | 2,4 | 3,0 | 0,0 |
Показатель преломления, n20D | 1,4890 | 1,4883 | 1,4876 | 1,4870 | 1,4904 | 1,4812 | 1,4790 | 1,4768 | 1,4748 | 1,4871 |
Плотность, d204 | 1,0554 | 1,0581 | 1,0619 | 1,0645 | 1,0432 | 0,9875 | 0,9930 | 0,9986 | 1,0097 | 0,9750 |
Кислотное число, мг КОН/г | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
Эфирное число, мг КОН/г | 325 | 302 | 285 | 272 | 401 | 242 | 231 | 222 | 213 | 287 |
Молекулярная масса, найдено | 345 | 371 | 393 | 412 | 279 | 463 | 485 | 505 | 526 | 397 |
Молекулярная масса, вычислено | 340 | 366 | 388 | 406 | 278 | 456 | 478 | 496 | 522 | 390 |
Температура застывания, 0С | -50 | -50 | -50 | -48 | -40 | -54 | -54 | -52 | -52 | -60 |
Массовая доля летучих веществ (100 0С, 6 час.),% | 0,20 | 0,28 | 0,20 | 0,20 | 0,30 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 |
Температура вспышки, 0С | 197 | 197 | 199 | 199 | 168 | 200 | 214 | 200 | 200 | 205 |
Таблица 2 - Физико-химические свойства пластификаторов для поливинилхлоридных композиций
Показатели | Симметричные фталаты оксипропилированного бутанола | ДБФ | Симметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола | ДОФ | ||||||
Степень оксиалкилирования, n | 1,7 | 2,2 | 2,8 | 3,5 | 0,0 | 1,3 | 1,9 | 2,3 | 2,7 | 0,0 |
Показатель преломления, n20D | 1,4771 | 1,4745 | 1,4710 | 1,4683 | 1,4904 | 1,4619 | 1,4607 | 1,4599 | 1,4594 | 1,4871 |
Плотность, d204 | 1,02865 | 1,02991 | 1,03100 | 1,03180 | 1,0432 | 0,9642 | 0,9978 | 1,0253 | 1,0429 | 0,9750 |
Кислотное число, мг КОН/г | 0,3 | 0,4 | 0,3 | 0,3 | 0,1 | 0,3 | 0,4 | 0,3 | 0,5 | 0,1 |
Эфирное число, мг КОН/г | 232 | 207 | 182 | 160 | 401 | 203 | 180 | 166 | 155 | 282 |
Молекулярная масса, найдено | 483 | 541 | 615 | 700 | 279 | 552 | 622 | 675 | 722 | 397 |
Молекулярная масса, вычислено | 475 | 533 | 603 | 684 | 278 | 541 | 610 | 657 | 703 | 390 |
Температура застывания, 0С | -46 | -44 | -42 | -40 | -40 | -49 | -47 | -43 | -43 | -60 |
Массовая доля летучих веществ (100 0С, 6 час.),% | - | 0,25 | 0,35 | 0,20 | 0,30 | 0,07 | 0,12 | 0,10 | 0,10 | 0,10 |
Температура вспышки, 0С | выше 200 | выше 200 | выше 200 | выше 200 | 168 | 200 | 200 | 200 | 200 | 205 |
разработанных пластификаторов можно получить непосредственные данные,
необходимые для идентификации и правильного применения пластификаторов в полимерной композиции. Наши эксперименты показали, что с возрастанием степени оксиалкилирования плотность сложных эфиров увеличивается, а показатель преломления снижается (рис. 1-4).
Несимметричные фталаты оксипропилированного бутанола (1) и 2-этилгексанола (2)
Рисунок 1 - Зависимость плотности от степени оксипропилирования | Рисунок 2 - Зависимость показателя преломления от степени оксипропилирования |
Симметричные фталаты оксиэтилированного бутанола (1) и 2-этилгексанола (2)
Рисунок 3 - Зависимость плотности от степени оксиэтилирования | Рисунок 4 - Зависимость показателя преломления от степени оксиэтилирования |
В четвертой главе приведены результаты испытаний разработанных несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов в качестве пластификаторов поливинилхлорида. Наименования опытных образцов пластификаторов представлены в таблице 3. Испытания проводили в ПВХ-рецептурах ленты липкой и верхнего, среднего, нижнего слоев линолеума. Опытные образцы пластификаторов, которые представляют собой маслянистые прозрачные жидкости желтоватого цвета, вводили в ПВХ-рецептуры взамен серийно выпускаемого аналога - ДОФ.
Таблица 3 - Опытные образцы пластификаторов
№ образца | Наименование пластификатора |
I | Симметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола |
II | Симметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола |
III | Несимметричные фталаты оксиэтилированного2-этилгексанола |
IV | Несимметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола |
V | Симметричные фталаты оксипропилированного бутанола |
VI | Несимметричные фталаты оксипропилированного бутанола |
По внешнему виду пленки лента не имела дефектов в виде включений, сквозных отверстий, разрывов.
Результаты испытаний приведены в таблице 4. Полученные образцы ленты ПВХ липкой по своим основным показателям - прочность и относительное удлинение при разрыве, температура хрупкости, термостабильность - соответствуют ТУ 2245-001-00203312-2003.
Нами были испытаны несимметричные и симметричные фталаты оксиалкилированных спиртов в ПВХ-рецептурах верхнего, среднего, нижнего слоев линолеума в качестве пластификатора. Результаты испытаний приведены в таблицах 5-7. Технологическая схема производства поливинилхлоридного линолеума представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Технологическая схема получения безосновного поливинилхлоридного линолеума вальцево-каландровым способом:
1, 3 - бункер для поливинилхлорида; 2 - вибрационное сито; 4 - бункер для
барита; 5 - дозатор пластификатора; 6 - дозатор трансформаторного масла;
7- сушильный барабан для барита; 8 - краскотерка; 9 - мешалка;
10 - смесительные вальцы; 11 - каландр; 12 - стол
Таблица 4 - Результаты испытаний ленты ПВХ липкой
Наименование показателя | Нормы ТУ 2245-001-00203312-2003 | Контрольный образец | Опытный образец | |||
I | II | III | IV | |||
Внешний вид пленки | ента не должна иметь дефектов в виде включений, сквозных отверстий, разрывов | Дефектов не имеет | Дефектов не имеют | |||
Прочность при разрыве, кгс/см2 | Не менее 50 | 73 | 65 | 71 | 69 | 73 |
Относительное удлинение, % | Не менее 80 | 277 | 258 | 262 | 281 | 276 |
Температура хрупкости,0С | Не выше - 30 | выдерживает | выдерживают | |||
Технологические свойства | ||||||
Термостабильность при 1700С, ч. | ГОСТ 14041-91 | 6 ч. 37 мин. | 6 ч. 15 мин. | 6 ч. 15 мин. | 6 ч. 59 мин. | 6 ч. 06 мин. |
ПТР, при Т=1800С, Н=16,6кгс, г/10мин. | ГОСТ 11645-73 | 10,5 | 14,8 | 12,5 | 14,2 | 12,8 |
Таблица 5 - Результаты испытаний разработанных пластификаторов в промышленной рецептуре верхнего
слоя линолеума (Пластикат ПВХ пластифицированный прозрачный с тисненой поверхностью и без тиснения)
Наименование показателя | Пластификатор | ||||||
Нормы СТП 00203312-100-2006 | I | II | III | IV | V | VI | |
Прочность при растяжении, кгс/см2 вдоль поперек | Не менее 175 175 | 279 241 | 294 221 | 285 254 | 290 227 | 284 258 | 287 232 |
Относительное удлинение при разрыве, % вдоль поперек | Не менее 100 100 | 297 253 | 318 301 | 249 266 | 263 253 | 249 258 | 275 269 |
Изменение линейных размеров, % | Не более 3,0 | 2,0 | 1,3 | 1,7 | 1,8 | 1,2 | 1,4 |
Технологические показатели | |||||||
Термостабильность при 1800С, мин | Контр. с ДОФ 1ч. 45 мин. | 1ч. 35 мин. | 1ч. 48 мин. | 1ч. 40 мин. | 1ч. 37 мин. | 1ч. 51 мин. | 1ч.43 мин. |
ПТР, г/10 мин Т=1700С, Р=16,6 кгс | 7,1 | 7,5 | 8,3 | 9,1 | 8,9 | 9,3 | 8,6 |
Таблица 6 - Результаты испытаний разработанных пластификаторов в промышленной рецептуре среднего
слоя линолеума (Пластикат ПВХ пластифицированный наполненный натурального цвета)
Наименование показателя | Пластификатор | ||||||
Нормы СТП 00203312-100-2006 | I | II | III | IV | V | VI | |
Прочность при растяжении, кгс/см2 вдоль поперек | Не менее 100 100 | 138 105 | 143 120 | 142 124 | 163 140 | 152 136 | 162 114 |
Относительное удлинение при разрыве, % вдоль поперек | Не менее 100 100 | 190 178 | 200 204 | 209 240 | 223 217 | 198 232 | 243 192 |
Изменение линейных размеров, % | Не более 3,0 | 1,5 | 1,0 | 1,4 | 1,3 | 1,3 | 1,2 |
Технологические показатели | |||||||
Термостабильность при 1800С, мин | Контр. с ДОФ 37 мин. | 30 мин. | 35 мин. | 33 мин. | 39 мин. | 32 мин. | 34 мин. |
ПТР, г/10мин Т=1700С, Р=16,6 кгс | 8,1 | 8,4 | 8,9 | 9,2 | 10,4 | 9,7 | 9,9 |
Таблица 7 - Результаты испытаний разработанных пластификаторов в промышленной рецептуре нижнего
слоя линолеума (Пластикат ПВХ пластифицированный наполненный)
Наименование показателя | Пластификатор | ||||||
Нормы СТП 00203312-100-2006 | I | II | III | IV | V | VI | |
Прочность при растяжении, кгс/см2 вдоль поперек | Не менее 75 75 | 117 85 | 133 103 | 131 100 | 129 99 | 127 91 | 136 118 |
Относительное удлинение при разрыве, % вдоль поперек | Не менее 100 100 | 208 157 | 231 219 | 256 245 | 245 252 | 233 208 | 223 163 |
Изменение линейных размеров, % | Не более 3,0 | 0,9 | 0,4 | 0,7 | 0,6 | 0,5 | 0,4 |
Технологические показатели | |||||||
Термостабильность при 1800С, мин | Контр. с ДОФ 28 мин. | 18 мин. | 27 мин. | 22 мин. | 21 мин. | 28 мин. | 25 мин. |
ПТР, г/10мин Т=1700С, Р=16,6 кгс | 4,3 | 4,0 | 4,5 | 5,1 | 4,8 | 5,4 | 4,6 |
Пленки верхнего, среднего и нижнего слоев линолеума, полученные с заменой серийно выпускаемого пластификатора ДОФ на опытные образцы пластификаторов, соответствуют техническим требованиям. По показателям термостабильности пленки верхнего слоя линолеума, полученные с заменой ДОФ на опытные образцы пластификаторов II и VI (см. табл. 3); пленки среднего слоя линолеума, полученные с заменой ДОФ на опытные образцы пластификаторов II и IV; а также пленки нижнего слоя линолеума, полученные с заменой ДОФ на опытные образцы пластификаторов II и V, соответствуют уровню ДОФ.
Таблица 8 - Цветостабильность ПВХ-пленок верхнего слоя линолеума при 1800С
Важнейшим параметром, определяющим технологичность ПВХ-композиций, является индекс или показатель текучести расплава (ПТР) композиции. Мы использовали модельные ПВХ-композиции, содержащие термостабилизатор (CaSt2 - 2 масс.ч. ПВХ/100 масс.ч. ПВХ) и пластификаторы - опытные образцы несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов или серийно выпускаемый аналог ДОФ. Из экспериментальных результатов (рис. 6) следует, что с увеличением температуры и количества вводимого пластификатора индекс расплава ПВХ-композиции возрастает.
Рисунок 6 Ц Влияние содержания фталатов оксиалкилированных спиртов и ДОФ на ПТР ПВХ-композиции. Содержание пластификатора, масс.ч. ПВХ: 1, 2 - 80; 3, 4 - 60; 5, 6 - 40. | Рисунок 7 Ц Зависимость температуры течения ПВХ-композиции от содержания пластификатора в смеси (1, 2 - фталаты оксиалкилированных спиртов; 3, 4 ЦДОФ) при постоянном значении ПТР, г/10 мин: 1, 3 - 5; 2, 4 - 10. |
Установлено, что для ПВХ-композиций, отличающимся количеством пластификатора, при одинаковом значении ПТР основные параметры, влияющие на реологические свойства композиции, а именно, температура и содержание пластификатора, связаны между собой линейной зависимостью (рис. 7). Для количественной оценки влияния пластификатора на текучесть расплава полимера использовали показатель эффективности θ, равный значению тангенса угла наклона полученных экспериментальных прямых к оси абсцисс. Значение показателя θ соответствует изменению температуры течения ПВХ-композиции при введении в ее состав 1 масс.ч. пластификатора при условии постоянства величины индекса расплава композиции. Из экспериментальных результатов (рис. 6) следует, что предложенные пластификаторы (θ=0,52±0,02) в большей степени, чем ДОФ (θ=0,45±0,02), повышает текучесть расплава ПВХ-композиции и снижает температуру ее переработки, что позволяет рекомендовать использование его в составе ПВХ-компаундов для повышения технологичности.
Для сравнения свойств различных пластификаторов необходимо иметь точку отсчета. Количество пластификатора обычно выбирают так, чтобы достичь определенной эластичности, поэтому на практике сравнивают пластификаторы при их одинаковом количестве или по степени эластичности пластифицированного полимера. Такое количество обычно устанавливают по концентрации пластификатора, необходимой для придания определенной твердости или определенного модуля упругости при 100% удлинении. На основании многочисленных измерений модуля упругости при растяжении и твердости по Шору ПВХ, пластифицированного разными пластификаторами, были найдены переходные коэффициенты для замены ДОФ другими соединениями (средние количества пластификатора, заменяющие 100 вес. ч. ДОФ при достижении тех же свойств пластиката).
На рис. 8 показано сравнение эффективности пластификаторов - фталатов оксиалкилированных спиртов и ДОФ в снижении твердости по Шору А в зависимости от концентрации пластификатора измеренной в частях на 100 частей ПВХ. По отношению количества фталатов оксиалкилированных спиртов, требуемых для достижения определенной
Рисунок 8 Ц Зависимость твердости по Шору от концентрации пластификатора | твердости, можно получить количественный фактор |
замещения (ФЗ) для фталатов оксиалкилированных спиртов в сравнении с ДОФ, при обеспечении определенной твердости гибкого ПВХ в комнатных условиях. Из графика видно, что для значения твердости по Шору А=80 требуется по сравнению с 52,9 ч. ДОФ: I - 56,6 ч., ФЗ = 1,07; V - 56,1 ч., ФЗ = 1,067; III - 55,6 ч., ФЗ = 1,05; VI - 55,0 ч., ФЗ = 1,04; IV - 54,5 ч., ФЗ = 1,03; II Ц 53,9 ч., ФЗ = 1,02. Это означает, что для данных значений твердости фталатов оксиалкилированных спиртов требуется на 2-7% больше, чем ДОФ. Опытные образцы II и IV очень схожи с ДОФ по пластифицирующей эффективности.
Температура хрупкости зависит от концентрации и вида пластификатора, как собственно и показано графически на рис. 8.
Рисунок 9 - Зависимость температуры хрупкости от концентрации пластификатора | Рисунок 10 - Зависимость температуры хрупкости от твердости по Шору А |
На графике предложенные пластификаторы схожи по уровню с ДОФ. Сравнивая данные рис. 9 с зависимостью твердости по Шору А от концентрации пластификатора, как показано на рис. 8, можно предсказать влияние этих пластификаторов на хрупкость при данной температуре. Это графически приведено на рис. 10. Чистым результатом является то, что если взять композиции с одинаковой твердостью и с концентрациями пластификатора, найденными с использованием ФЗ, то композиция, содержащая фталаты оксиалкилированных спиртов, обладает несколько лучшей температурной хрупкостью, чем композиция, пластифицированная ДОФ.
- Для изготовления многослойного безосновного линолеума, полученные поливинилхлоридные пленки: нижний, средний и верхний прозрачный слой дублировали на установке дублирования, состоящей из обогреваемых барабанов, обрезиненных прижимных валиков и транспортера охладителя.
Результаты испытаний приведены в таблице 9.
Таблица 9 - Результаты испытаний многослойного линолеума
Пластификаторы, используемые при получении полимерных пленок | Наименование показателей | |||
Изменение инейных размеров, % не более | Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не более | Абсолютная остаточная деформация, мм, не более | Истираемость, мкм, не более | |
Нормы по ГОСТ 7251-77 | 0,80 | 5,01015 | 0,45 | 90 |
ДБФ | 0,71 | 17,41012 | 0,42 | 86 |
Симметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола | 0,65 | 3,21012 | 0,39 | 82 |
Симметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола | 0,55 | 4,11012 | 0,30 | 52 |
Несимметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола | 0,45 | 3,61012 | 0,29 | 47 |
Несимметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола | 0,50 | 3,81012 | 0,27 | 54 |
Симметричные фталаты оксипропилированного бутанола | 0,47 | 4,21012 | 0,26 | 44 |
Несимметричные фталаты оксипропилированного бутанола | 0,42 | 4,11012 | 0,32 | 51 |
Использование симметричных и несимметричных фталатов оксиалкилированных спиртов в рецептурах ПВХ-пленок способствует улучшению эксплуатационных характеристик готового продукта, а именно снижаются истираемость, изменение линейных размеров и абсолютная остаточная деформация.
По результатам испытаний разработанные несимметричные и симметричные фталаты оксиалкилированных спиртов обладают достаточно высокой эффективностью как пластификаторы поливинилхлорида и рекомендуются для использования в вышеуказанных рецептурах промышленных ПВХ-материалов строительного назначения.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
- Разработано 32 новых пластификатора для поливинилхлоридных композиций с использованием фталатов оксиалкилированных спиртов, из которых 16 получены впервые.
- Выявлены закономерности изменения физико-химических свойств полученных сложноэфирных соединений от их строения. Установлено, что с возрастанием степени оксиалкилирования плотность полученных эфиров увеличивается, а показатель преломления снижается.
- Определены физико-химические свойства пластификаторов поливинилхлоридных композиций. Установлено, что полученные фталаты оксиалкилированного бутанола являются менее летучими соединениями, чем серийно выпускаемый пластификатор ДБФ, а полученные фталаты оксиалкилированного 2-этилгексанола по степени летучести соответствуют ДОФ. По другим показателям разработанные пластификаторы также соответствуют уровню ДОФ.
- Проведена сравнительная оценка свойств ПВХ-материалов строительного назначения на основе промышленных и предложенных новых пластификаторов. На основании анализа физико-механических показателей и высокой совместимости с ПВХ выбраны 6 образцов, которые рекомендованы для испытания в поливинилхлоридных композициях многослойного линолеума и ленты липкой и дали положительные результаты.
- Разработаны ПВХ-рецептуры многослойного линолеума и ленты липкой с использованием новых видов низколетучих пластификаторов - несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированного бутанола и 2-этилгексанола. Оптимизировано содержание фталатов оксиалкилированных спиртов в поливинилхлоридных композициях.
- Установлено, что фталаты оксиалкилированных спиртов обладают достаточно высокой эффективностью и близки по этим свойствам к ДОФ. ПВХ-композиции на основе фталатов оксиалкилированных спиртов обладают более высокой технологичностью (характеризуются высокими значениями ПТР), чем аналогичные компаунды, содержащие ДОФ, что позволяет производить их переработку при более низких температурах.
- Установлено, что при использовании разработанных соединений в ПВХ-рецептурах ленты ПВХ липкой и верхнего, среднего, нижнего слоев линолеума улучшаются их физико-механические и эксплуатационные показатели: прочность и относительное удлинение при разрыве, температура хрупкости, термостабильность, снижаются истираемость, изменение линейных размеров и абсолютная остаточная деформация.
- Установлено, что ПВХ пластикаты, полученные с использованием разработанных соединений, полностью соответствуют требованиям действующих стандартов.
Проведенная оценка технико-экономической эффективности разработанных составов пластифицированных поливинилхлоридных композиций многослойного линолеума и ленты липкой фталатами оксиалкилированных спиртов выявили их преимущество в части их дешевизны и большей эффективности, а также целесообразность использования разработанных композиций в производстве.
Основное содержание диссертации опубликовано в 24 научных трудах, из них 4 опубликованы в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий в соответствии с требованиями ВАК Министерства образования и науки РФ:
- Маскова А.Р. Испытание рецептур ПВХ-материалов строительного назначения с использованием симметричных и несимметричных фталатов оксиалкилированных спиртов / Л.Б.
Степанова, Г.К. Аминова // Известия КГАСУ. Ц Казань 2012. Ц № 2(20). Ц С. 103-108.
- Аминова Г.К. Синтез и некоторые свойства диэтоксиоктилфталатов / Г.К. Аминова, А.Р. Маскова, А.Е. Слепнев, Е.М. Абакачева, А.К. Мазитова // Башкирский химический журнал-2009. Ц Т.16. - № 3. Ц С. 143-145.
- Аминова Г.К. Симметричные и несимметричные фталаты оксиалкилированных спиртов / Г.К. Аминова, А.Р. Маскова, Л.Б. Степанова, Е.В. Ефимова, А.К. Мазитова // Башкирский химический журнал-2011. Ц Т.18, № 1. С. 147-151.
- Аминова Г.К. Симметричные и несимметричные фталаты в качестве пластификаторов поливинилхлорида / Г.К. Аминова, А.К. Мазитова, Е.А. Буйлова, А.Р. Маскова // Башкирский химический журнал-2011. Ц Т.18, № 3. С. 175-176.
- Абдрахманова Л.К. Усовершенствование производства фталатного пластификатора / Л.К. Абдрахманова, Г.К. Аминова, Д.У. Рысаев, А.Р. Маскова // Материалы XIII Международной научно-технической конференции при специализированной выставке Строительство. Коммунальное хозяйство. Энергосбережение - 2009. ЦТ.2/Редкол.: Виноградов Д. А. и др. - Уфа: УГНТУ, 2009. - С. 71-74.
- Маскова А.Р. Фталатные пластификаторы поливинилхлорида / А.Р. Маскова, А.Е. Слепнев, З.Б. Турмагамбетова (ГЛ-08-01) // Материалы XIV Международной научно-технической конференции при специализированной выставке Строительство. Коммунальное хозяйство. Энергосбережение - 2010. ЦТ.2/Редкол.: Виноградов Д. А. и др. - Уфа: УГНТУ, 2010. - С. 71-72.
- Маскова А.Р. Исследование условий синтеза фталатных пластификаторов / А.Р. Маскова, Г.К. Аминова, А.Е. Слепнев, З.Б. Турмагамбетова (ГЛ-08-01) // Материалы Международной научно-технической конференции Актуальные проблемы естественных, технических и гуманитарных наук. - Уфа, 2010. - С. 159-160.
- Маскова А.Р. Оксиалкилирование бутанола / А.Р. Маскова, З.Б. Турмагамбетова (ГЛ-08-01), Г.К. Аминова // Материалы Международной научно-технической конференции Актуальные проблемы естественных, технических и гуманитарных наук. - Уфа, 2010. - С. 161-163.
- Маскова А.Р. Несимметричные фталаты оксиалкилированных спиртов для пластификации поливинилхлорида / А.Р. Маскова, З.Б. Турмагамбетова (ГЛ-08-01) // 62-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ: сб. матер. конф. - Кн.2 / Редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011.- С. 105-106.
- Маскова А.Р. Пластификация поливинилхлорида фталатами оксиалкилированных спиртов / А.Р. Маскова, Л.Б. Степанова, Е.В. Ефимова, Г.К. Аминова // V научно-практической конференции Промышленная безопасность на взрывопожарных и химически опасных производственных объектах: сб. матер. конф. / Редкол.: Н.Х. Абдрахманов и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011. - С. 222-224.
Маскова Альбина Рафитовна
ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫЕ КОМПОЗИЦИИ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ, ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫЕ ФТАЛАТАМИ ОКСИАЛКИЛИРОВАННЫХ СПИРТОВ
Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано в печать л___________________2012г. Формат 60х84 1/16.
Печать ризографическая. Тираж 90 экз. Заказ №469.
Гарнитура Times New Roman. Отпечатано в типографии А3
ИП Назметдинов Р.Р. 450000, г.Уфа, ул. Ленина, 16
Тел.: (347)293-16-44
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям