Улучшение технологических свойств ПВХ-пластизолей

Отчет:

Улучшение технологических свойств ПВХ пластизолей


Расточительное использование металла во многих отраслях народного хозяйства в значительной степени обусловлено отсутствием эффективной противокоррозионной защиты металлических конструкций. Потери металла в результате коррозии превышают по стране 20 млн. тонн в год[1].

Продлить сроки эксплуатации различных металлоконструкций до их морального износа – основная цель многовековой проблемы коррозии металлов. До настоящего времени она не решена в мировом масштабе, но достигла новой ступени развития[2-4]. 

Наиболее распространенный вид коррозии – это атмосферная коррозия, которая характеризует процесс в условиях влажной среды.

Поэтому в развивающейся автомобильной промышленности России и Татарстана ощутимо растет спрос на качественные и относительно недорогие антикоррозионные материалы, которые защитили бы днище и другие элементы кузова автомобиля от коррозии и абразивности, а также на уплотняющие материалы для защиты сварных швов кузова. Для этих целей на данном этапе развития науки и техники, наибольшее распространение получили различные виды защитных мастик на основе ПВХ-пластизолей.

Технические и экономические преимущества пластизольной технологии по сравнению с другими видами технологий получения изделий и покрытий из пластифицированного поливинилхлорида и сополимеров винилхлорида с винилацетатом, многообразие способов переработки пластизолей в изделия и покрытия обуславливает широкое применение пластизолей в различных отраслях народного хозяйства[5].

С каждым годом уменьшается число автозаводов, использующих битумные мастики на органическом растворителе для нижней части кузова. Последние уступают ПВХ-пластизолям и имеют высокую токсичность и пожароопасность в результате использования в качестве растворителя уайт-спирита с температурой вспышки 33 град.С [6-7], а также других горючих органических веществ - битума, каучука. Их отличает низкая культура производства и недостаточный срок защиты кузова от агрессивных сред.

ПВХ-пластизоли представляют собой гетерогенные дисперсии пастообразующих сортов поливинилхлорида в пластификаторе с добавками стабилизаторов, наполнителей, красителей и других компонентов, а после термообработки – поливинилхлоридный пластикат. Благодаря техническим и экономическим преимуществам пластизольной технологии по сравнению с другими видами технологий получения изделий и покрытий из пластифицированных ПВХ, во всем мире наблюдается резкий рост производства пластизолей различного назначения[8].

Традиционный российский производитель ПВХ-пластизолей – Химзавод в г. Чапаевске Самарской области производит материалы морально устаревшие с повышенной токсичностью и пожароопасностью, по рецептурам, разработанным около четверти века назад. Их параметры не соответствуют требованиям современного автомобильного производства, а именно: по высокой токсичности и пожароопасности в результате использования в качестве разбавителя уайт-спирита, недостаточной адгезии к грунтованной поверхности кузова, большому удельному весу ПВХ-пластизоли 1400 кг/м3 и высокой цене.

Поэтому, до последнего времени, часть ПВХ-пластизолей, необходимых для автомобильного производства, закупались по импорту в европейских странах, так как они имеют ряд преимуществ в сравнении с нашими ПВХ-материалами, а именно: отличную адгезию к грунтованной поверхности кузова, малую токсичность и пожароопасность, значительно больший срок хранения, меньший удельный вес.

 Это было возможно до финансового кризиса в августе 1998г., но сегодня, в связи с резким ростом курса европейских валют, даже частичное использование импортных мастик, становится экономически невыгодным. Их цена в 2-3 раза превышает отечественную. Поэтому автозаводы резко сократили импорт качественных мастик и вынуждены использовать преимущественно отечественные ПВХ-материалы с более низкими показателями.

В настоящее время в г. Елабуге организовано совместное российско-чешское предприятие «ЦБС Аутомотив Елабуга», производящее ПВХ-пластизоли по технологии чешской стороны. Выпускаемые этим предприятием, пластизоли по качеству являются полноценной заменой импортных аналогов. Материал относится к малотоксичным и пожаробезопасным, обладающим отличной адгезией к грунтованной поверхности (грунт ВКЧ-0207, G-1283), низким удельным весом 1300 кг/м3, ценой на уровне отечественных материалов.

ПВХ-пластизоли, производимые на совместном предприятии в г. Елабуга, имеют в своем составе 53% сырья, закупаемого на предприятиях Российской Федерации. Это позволило сделать ПВХ-пластизоли более дешевыми, незначительно снизив их качество по сравнению с импортными аналогами.

Нами исследованы рецептуры ПВХ-пластизолей, где использованы в качестве пластификатора диизононилфталат (ДИНФ), диоктилфталат (ДОФ), ЭДОС и смесь ДОФ и ЭДОС (табл.1,3). Установлено, что пластификатор ЭДОС не может быть 100% заменой ДИНФ и ДОФ. 



Составы исследуемых образцов                                       Таблица 1

Компоненты

Образец 1

Образец 2

Образец 3

1

2

3

4

ДОФ

37%





ДИНФ



37%



	
Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

ЭДОС





37%

ПВХ

24%

24%

24%

Наполнитель

26,5%

26,5%

26,5%

Импортная адгезионная добавка

10%

10%

10%

Импортный растворитель

2,5%

2,5%

2,5%

	 

	Рис.1 Изменение вязкости образцов ПВХ-пластизоли во времени



	Вследствие различной вязкости пластификаторов вязкость пластизолей также различна. Но если при использовании в качестве пластификатора ДИНФ и ДОФ вязкость пластизоли в первые сутки падает, то при использовании ЭДОС этого эффекта не происходит (рис.1). При применении в качестве пластификатора ЭДОС резко возрастает течение пластизоли и снижается содержание сухого остатка материала (табл.2).



Свойства ПВХ-пластизоли Таблица 2

Параметры пластизоли

Образец 1

Образец 2

Образец 3

Экструзия,сек

152

126

250.9

Сухой остаток, % 

97.8

98.1

81.3

Адгезия к грунту ВКЧ-0207

отл

отл

отл



Поэтому в качестве пластификатора была исследована смесь ДОФ и ЭДОС и найдено оптимальное её соотношение 19:1, которое улучшает не только технологические свойства пластизоли, но и улучшает физико-механические (относительное удлинение, прочность при разрыве) (табл.3), практически не ухудшая другие показатели материала (рис.2,3).



Свойства ПВХ-пластизоли Таблица 3

Компоненты

1 образец

2 образец

3 образец

4 образец

1

2

3

4

5

ДОФ

38

34

26.5

19

ЭДОС

0

4

11.5

19

Плотность, кг/м3

1301

1308

1323

1333

1

2

3

4

5

Сухой остаток, %

96.58

94.46

90.92

87.34

Относительное удлинение, %

177

190

198

206

Разрывная нагрузка, МПа

1.83

1.86

2.38

2.52

Адгезия к ВКЧ-0207

отл

отл

отл

отл



Рис. 2 Зависимость вязкости образцов ПВХ-пластизоли от концентрации пластификатора ЭДОС, исследованных через 3 суток приготовления 

	

	Рис.3 Зависимость течения образцов ПВХ-пластизоли от концентрации пластификатора ЭДОС, исследованных через 11 сутки приготовления



Использование предлагаемой смеси пластификаторов позволяет не только улучшить физико-механические показатели пластизоли, но и уменьшить её себестоимость, так как ЭДОС вдвое дешевле ДОФ. 

Нами исследованы рецептуры, где использованы в качестве модификаторов ПВХ-пластизоли производные многоатомных спиртов (таб.4). 



Составы исследуемых добавок                                   Таблица 4

Параметры

1 образец

2 образец

3 образец

4 образец

Количество спирта,%

Без добавки

Диэтиленгликоль 0,2%

Этиленгликоль 0,2%

Глицерин 0,2%



Рис. 4 Зависимость вязкости образцов ПВХ-пластизоли во времени



Рис.5 Зависимость течения образцов ПВХ-пластизоли во времени



Из представленных данных (рис.4,5) видно, что наиболее оптимальными технологическими свойствами обладает пластизоль, в составе которой присутствует диэтиленгликоль. Данный многоатомный спирт существенно стабилизировал технологические свойства ПВХ-пластизоли во времени, а также улучшил технологические и физико-механические свойства материала (табл.5), которые были снижены при замене зарубежного сырья в чешской рецептуре ПВХ-пластизоли на отечественные аналоги.


Свойства ПВХ- пластизолей                                             Таблица 5

Параметры пластизоли

Образец 1

Образец 2

Количество диэтиленгликоля,%

0

0,2

Плотность, кг/м3

1302

1305

Адгезия к грунту ВКЧ-0207

отл

отл

Относительное удлинение, %

96,4

129

Прочность при растяжении, МПа

1,06

1,22



Высокая вязкость не позволяет ПВХ-пластизоли этого состава стекать с кузова автомобиля, а низкая экструзия обусловливает легкое перемещение по трубопроводам технологической системы нанесения пластизоли.

Исследованы рецептуры, в составе которых использовался разбавитель керосинового типа различной молекулярной массы отечественного производства (a-олефины с углеродным скелетом С10, С12, С14, С16-18, С20-26) и зарубежный аналог под маркой Д-70. Испытание на испарение (рис.6) данных веществ показало, что близким аналогом зарубежного разбавителя является а-олефины с углеродной цепочкой С12.



Рис.6 Испаряемость разбавителей керосинового типа в зависимости от температуры


Рис.7 Зависимость течения пластизоли от типа применяемого разбавителя



Из проделанных далее опытов (рис.7,8) видно, что наиболее оптимальными свойствами обладает ПВХ-пластизоль, в составе которых присутствует а-олефины с углеродной цепочкой С14, С16-18, С20-26, так как она имеет наиболее стабильные свойства во времени. 



Рис.8 Зависимость вязкости пластизоли от типа разбавителя во времени



Проведены исследования с зарубежным поливинилхлоридом марки "Lacovil XPE-1312" и российским аналогом ПВХ-Е-6250-Ж.


Составы и свойства исследуемых образцов                  Таблица 6

Параметры

Ед. измерения

Образец №1

Образец №2

 Lacovyl XPE-1312

 %

10

 

 ПВХ-Е-6250-Ж

 %

 

10

Относительное удлинение,% 



74

93

Разрывная нагрузка,МПа



1.16

1.04

Сухой остаток,% 



96.5

97.5

Стекание 3мм-го слоя 

ВКЧ-0207

0

0

 

G-1083

0.1

0.1

 

G-1083+ЭП0228

0

0

Адгезия к грунтам

ВКЧ-0207

отл

отл



G-1083

адгезии нет

адгезии нет

 

G-1083+ЭП0228

удов

удов











Видно, что ПВХ-пластизоль, в составе которой находится ПВХ-Е-6250-Ж не уступает по качеству зарубежному аналогу, так как её основные физико-механические свойства на уровне свойств ПВХ-пластизоли с зарубежным ПВХ (см. таб. 6). Поливинилхлорид ПВХ-Е-6250-Ж также положительно влияет на сохранение cвойств ПВХ-пластизолью во времени (см. рис. 9,10).



Рис. 9 Зависимость вязкости пластизоли от типа поливинилхлорида во времени



Рис. 10 Зависимость течения пластизоли от типа поливинилхлорида во времени 



Следовательно, можно рекомендовать использование в рецептурах

ПВХ-пластизоли в качестве пластификатора - смесь ЭДОСа с ДОФ оптимального состава, как модификатора – диэтиленгликоль, в качестве разбавителя а-олефины с углеродной цепочкой С14,С16-18,С20 и заменитель зарубежного эмульсионного поливинилхлорида – ПВХ-Е-6250-Ж. 


Список использованной литература



Стрижевский И.В., Белоголовский А.Д., Дмитриев В.И. и др. Защита подземных металлических сооружений от коррозии: Справочник, М.: Стройиздат, 1990, стр. 8.

Под ред. Герасименко А.А. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник: В2т.Т.I., М.: Машиностроение, 1987, стр. 6-19.

Колотыркин Я.М. Защита от коррозии // Агитатор, 1980, №10, 9-11стр.

Герасименко А.А., Ефимов В.А. Исследование значимости факторов атмосферной коррозии // Защита металлов, 1979, т.15, №5, 592-598 стр.

Меринов Ю.А., Карташова Н.К., Захарова З.С. Особенности получения, строение частиц и свойства (со) полимеров на основе винилхлорида для пластизолей, НИИТЭХИМ, М., 1990, стр.6.

Козловская Ася Ароновна Полимерные и полимербитумные материалы для защиты трубопроводов от коррозии М.,Стройиздат, 1971, 127с., ил.

Химический энциклопедический словарь Москва «Советская энциклопедия» 1983, стр. 602.

Ульянов В.М., Рыбкин Э.П., Гудкович А.Ф., Пишин Г.Л. Поливенилхлорид изд-во М., «Химия», 1992, 288с.