Способ получения поливинилхлоридной декоративной пленки для мебели и виниловых напольных покрытий с защитным слоем
METHOD FOR PRODUCING POLYVINYL CHLORIDE DECORATIVE FILM FOR FURNITURE AND VINYL FLOOR COVERINGS WITH A PROTECTIVE LAYER

Область техники
Изобретение относится к области производства изделий и формованных материалов, содержащих высокомолекулярные вещества. В частности, изобретение касается производства декоративной пленки из поливинилхлорида для мебели и виниловых напольных покрытий с защитным слоем путем переработки формовочной массы: смешивания, окрашивания и последующей экструзии, и каландрирования. При необходимости пленка может подвергаться вытягиванию во встроенном или автономном процессе и термоформованию.
Уровень техники
Декоративные пленки получают из формовочной массы путем окрашивания и последующего экструдирования через фильеру или путем каландрирования.
Пластифицированные и жесткие поливинилхлоридные композиции модифицируют известным образом путем добавления различных добавок, чтобы получить желаемый профиль свойств. Известные ПВХ-композиции могут обрабатываться нагревом и подходят для множества применений, например, как упаковочные, термоусадочные и непластифицированные пленки. Для модифицирования ПВХ-пленок добавляется модификатор для повышения ударной прочности, для улучшения термостойкости, вспомогательные средства обработки для улучшения обрабатываемости и повышения производительности установки, мягчитель для улучшения параметров желатинизации при изготовлении, средство, улучшающее текучесть, для улучшения термопластичности и способности к вытягиванию, матирующее средство для снижения блеска и тому подобные. Весовые доли отдельных добавок в зависимости от требований составляют от 0,1 до более 40 вес. %. Для улучшения текучести и способности к вытягиванию поливинилхлоридных композиций предпочтительно используются сополимеры винилхлорида.
Из европейского патента ЕР 0172479 В1 известен способ изготовления декоративной пленки с матовой и шероховатой поверхностью на основе винил хлоридного полимера и наполнителей. Кроме того, добавлены мягчители и термостабилизаторы.
В патентном документе DE 2716853 раскрыт способ получения пленки, которая состоит из винилхлоридного полимера, стабилизатора и мягчителя, путем каландрирования со смесительным валиком. Модификатор ударной прочности выбран из группы сополимеров акрилонитрил-бутадиен-стирол, метилметакрилат-бутадиен-стирол и метилметакрилат-
акрилонитрил-бутадиен-стирол.
В европейском патенте ЕР 1066339 В1 описан способ получения пленки или листа из композиции полиэфирной смолы путем каландрирования. В состав смолы входит добавка, которая является внутренней смазкой или противоскользящим средством, или их смесью. Количество добавок составляет от 0,01 до 10 вес. % в расчете на полный вес смоляной композиции.
У обычных ПВХ-пленок в качестве модификатора используются продукты полимеризации акрилонитрил-бутадиен-стирола, метилметакрилат-бутадиен-стирола, метилметакртттат-акрилонитрил-бутадиен-стирола, метилметакрилат и хлорированный полиэтилен, полиметилметакрилат и сополимер этилен-винилацетата как ударопрочные компоненты, в количестве от 1 до 20 вес. %, в расчете на вес ПВХ-пленки. Обычными мягчителями формовочных масс из ПВХ, из которых получают ПВХ-пленки, являются жирные кислоты, жирные спирты, амиды жирных кислот, металлические мыла, сложные эфиры жирных кислот с одно- или многоатомными спиртами, сложные эфиры дикарбоновых кислот с одно- или многоатомными спиртами, сложные эфиры жирных кислот и дикарбоновых кислот с многоатомными спиртами, так называемые смешанные эфиры или комплексные эфиры, сложные эфиры фталевой кислоты с одно- или многоатомными спиртами или натуральные или синтетические воски. Количество мягчителей составляет от 0,1 до 2 вес. % в расчете на полный вес формовочной массы. Известными термостабилизаторами являются оловоорганические стабилизаторы, в частности карбоксилат олова, меркаптид олова и гликолят олова. Кроме того, применимы металлические стабилизаторы на основе кальция, цинка, бария, кадмия и другие, не содержащие металлов, органические стабилизаторы и неорганические стабилизаторы, как, например, улавливатели хлора на основе дигидроталькита. Доля термостабилизаторов составляет, как правило, от 0,3 до 5 вес. % в расчете на общий вес формовочной массы.
Из формовочной массы путем экструдирования через фильеру или путем каландрирования получают пленку или пленочное полотно, которое затем можно перерабатывать далее, в линии и/или автономно, например, вытягиванием.
Поливинилхлоридные композиции модифицируют известным образом путем добавления различных добавок, чтобы получить желаемый профиль свойств. Известные ПВХ-композиции могут обрабатываться нагревом и подходят для множества применений, например, как упаковочные, термоусадочные и непластифицированные пленки. Для модифицирования ПВХ-пленок добавляется модификатор для повышения ударной вязкости, для улучшения термостойкости, вспомогательные средства обработки для улучшения обрабатываемости и повышения производительности установки, мягчитель для улучшения параметров желатинизации при изготовлении, средство, улучшающее текучесть, для улучшения термопластичности и способности к вытягиванию, матирующее средство для снижения блеска и тому подобные. Весовые доли отдельных добавок в зависимости от требований составляют от 0,1 до более 40 вес. %. Для улучшения текучести и способности к вытягиванию поливинилхлоридных композиций предпочтительно используются сополимеры винилхлорида.
В российском патенте RU 2382801 решена задача получения пленки на основе поливинилхлорида или винилхлоридного полимера, у которой улучшены термоформуемость, способность к вытягиванию, тягучесть, пастеризуемость, и снижены оптические дефекты, как пятнистость, и тем самым улучшены светопропускание, цветовая нейтральность, свето- и термостабильность пленок.
Для этого в формовочную массу вводятся добавки из группы модификаторов, предпочтительно высокомолекулярных полимеров, стабилизаторов, восков, средств против слеживания, красителей, пластификаторов, вспомогательных средств обработки. Пленки или пленочные полотна по изобретению получают таким образом, что формовочную массу экструдируют с получением невытянутой пленки или пленочного полотна толщиной от 100 мкм до 1 мм. Эту пленку или пленочное полотно можно применять или на следующей технологической стадии (поточным методом и/или автономно) дополнительно вытягивать.
Способ получения пленки или пленочного полотна из формовочной массы включает следующие стадии:
(a) смешение винилхлоридного полимера или поливинилхлорида в доле 5-94 вес. %, с коэффициентом К от 50 до 90, в виде порошка, таблеток, гранул с добавками, доля которых составляет от 2 до 25 вес. % от формовочной массы;
(b) добавление полукристаллического или аморфного сложного полиэфира в виде порошка, таблеток или гранул, в количестве от 5 до 90 вес. % от формовочной массы;
(c) расплавление формовочной массы, полученной согласно стадиям (а) и (b);
(d) экструдирование расплавленной формовочной массы при температурах от 150 до 250°С с получением пленки или пленочного полотна, и
(e) при необходимости, вытягивание пленки или пленочного полотна поточным методом или автономно до кратности вытяжки от 1,3 до 7.
Окрашивание производится путем добавления пигментов и/или красителей.
Известный способ позволяет получить пленку с заданными стабильными свойствами. Однако технологический процесс не является оптимальным. Так, при переходе от изготовления одной марки пленки к другой оборудование останавливают, в течение нескольких часов производят технологическое обслуживание и чистку производственной линии. Особенно этот процесс продолжителен, если меняется краситель или пигмент. Добавление пигментов или красителей при этом осуществляешься по традиционной схеме в горячем смесителе, с последующей подачей смеси в холодный смеситель. Время процесса за счет таких остановок значительно возрастает, а для стабильного окрашивания требуется дополнительное смешивание.
Изложение сущности изобретения
Представленное изобретение направлено на решение задачи повышения производительности линии получения декоративной пленки разных марок и цветов на основе поливинилхлорида за счет снижения количества остановок во время смены рецептуры. Изобретение также направлено на получение пленки для мебели и напольных покрытий с улучшенными и стабильными прочностными и колористическими свойствами.
Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении производительности процесса получения пленки со стабильными декоративными и прочностными свойствами.
При этом исключается останов оборудования для технологического обслуживания и чистки, обеспечивается сокращение времени на изготовление пленки, создаются условия для стабильного однородного окрашивания, обеспечивается получение пленки высокой прочности.
Этот технический результат достигается за счет того, что в способе получения поливинилхлоридной декоративной пленки, включающем стадию смешивания суспензионного ПВХ, стабилизатора, модификатора ударной прочности и модификатора перерабатываемости, стадию смешивания полученной на первом этапе композиции с пигментами и/или красителями, стадию экструзионной переработки композиции и каландрирования пленки, на стадиях смешивания используют один горячий и два холодных смесителя, с весоизмерительного оборудования в горячий смеситель подают суспензионный поливинилхлорид, стабилизатор, модификатор ударной прочности и модификатор перерабатываемости при малых оборотах мешалки, составляющих 740 об/мин., затем осуществляют интенсивное перемешивание при скорости 1500 об/мин. до достижения температуры композиции 100-125°С, горячую композицию выгружают в один из холодных смесителей и вводят пигменты и/или красители при постоянно работающей мешалке со скоростью 740 об/мин, в рубашку холодного смесителя подают воду с температурой 24-27°С, охлаждают композицию до температуры ниже 60°С, а перед стадией экструзионной переработки и каландрирования выгружают полученную окрашенную композицию в промежуточную емкость.
Технический результат усиливается за счет того, что используют горячий смеситель, представляющий собой бункер с самоочищающимся фильтром, мешалкой, горизонтально открываемой крышкой, двумя отверстиями для загрузки и термопарой для контроля температуры, при этом крышка оснащена предохранительным концевым выключателем для остановки двигателя смесителя при открытии крышки, и смотровым окном.
В технологической линии используют два холодных смесителя.
Каждый холодный смеситель представляет собой бункер с двухкамерными стенками, оснащенный мешалкой в виде смесительной лопасти, крышкой, загрузочным и выпускным отверстиями и термопарой для контроля температуры, при этом крышка выполнена гидравлически открываемой и снабжена предохранительным выключателем для остановки мешалки при ее открытии, а оба холодных смесителя установлены на весоизмерительные датчики.
Управление процессом осуществляют автоматически с помощью системы управления, к которой подключают электродвигатели смесителей, предохранительные концевые выключатели, термопары для контроля температуры, весоизмерительное оборудование и весоизмерительные датчики.
Во время работы первого холодного смесителя второй холодный смеситель останавливают для технического обслуживания.
Переход с одной рецептуры пленки на другую осуществляют без остановки линии.
Холодные смесители используют поочередно.
Описание графических материалов
Сущность изобретения и возможность решения поставленной задачи и достижения технического результата будут более понятны из последующего описания способа получения поливинилхлоридной декоративной пленки со ссылками на фигуры сопровождающих графических материалов, где на фиг Л приведена схема стадии смешения производственной линии для изготовления пленки.
Пример осуществления изобретения
Способ осуществляется на технологической линии (фиг.1), оборудование которой состоит из весов для жидких компонентов 1 и загрузочного бункера с весами 2, применяемого для измерения веса порошкообразных компонентов, горячего смесителя 3, двух холодных смесителей 4, которые могут функционировать одновременно или использоваться поочередно, промежуточной емкости 5 перед оборудованием для осуществления экструзии и каландрирования.
Горячий смеситель 3 представляет собой бункер с самоочищающимся фильтром, мешалкой, горизонтально открываемой крышкой, двумя отверстиями для загрузки и термопарой для контроля температуры. Крышка оснащена предохранительным концевым выключателем для остановки двигателя смесителя при открытии крышки, и смотровым окном. Полезный общий объем бункера смешивания составляет 1275 л, материал внутренних стенок - нержавеющая сталь. Крышка изготовлена из полированной нержавеющей стали и открывается горизонтально с помощью пневматической системы подъема цилиндрами, имеет уклон из силиконовой резины и предохранительный концевой выключатель для остановки двигателя при открытии крышки. Крышка также оснащена смотровым окном, вентиляционным отверстием и соединением для загрузки. Бункер обеспечивает до 7 загрузок в час. Температуры нагрева смеси компонентов до 125°С. Используется приводной двигатель переменного потока мощностью 400 кВт. Вал смесителя вращается на упорных подшипниках. Сбоку бункера установлены термопары, которые обеспечивают контроль температуры смеси. Термопары, предохранительный выключатель, приводной электродвигатель подключены к системе автоматического управления 6 производственной линией с электрическим шкафом управления 7, где размещено электрооборудование, подающее питание на все электронные и электрические элементы.
Каждый холодный смеситель 4 представляет собой бункер с двухкамерными стенками (рубашкой), оснащенный смесительной лопастью, крышкой, загрузочным и выпускным отверстиями, термопарой для контроля температуры и самоочищаемым фильтром. При этом крышка выполнена гидравлически открываемой и снабжена предохранительным выключателем для остановки мешалки при открытии крышки. Выпускное отверстие оснащено пневматическим приводным дроссельным клапаном и электромагнитным клапаном. Бункеры установлены на весоизмерительные датчики, которые позволяют управлять фазами погрузки и разгрузки.
Управление процессом осуществляется автоматически с помощью системы управления 6, 7, к которой подключены электродвигатели смесителей, предохранительные концевые выключатели, термопары для контроля температуры и весоизмерительные датчики.
Способ осуществляют следующим образом
На первой стадии смешивания взвешенный суспензионный поливинилхлорид (ПВХ) подают в бункер горячего смесителя 3, жидкие компоненты (термостабилизатор, смазки и др.) отвешивают на весах для жидких компонентов 1 и подают в бункер горячего смесителя 3, сыпучие компоненты (модификатор ударной прочности, модификатор перерабатываемости, наполнитель и др.) подают в загрузочный бункер 2, оборудованный весами, откуда сыпучие компоненты поступают в горячий смеситель 3, работающий на малых оборотах 740 об/мин. После загрузки всех компонентов происходит переключение скорости вращения мешалки на высокую частоту вращения 1500 об/мин., интенсивное смешивание осуществляют в течение примерно 8,5 мин. При этом происходит нагрев смеси до 100-125°С. Установлено, что время 8,5 мин. является достаточным для получения однородной качественной смеси и нагрева до указанных температур. Контроль температуры осуществляется термопарами, которые передают информацию о температуре в систему управления 6, 7. После выгрузки полученной смеси из горячего смесителя 3 смесь поступает в один из холодных смесителей 4 при постоянно работающей мешалке со скоростью 740 об/мин. Затем в этот холодный смеситель 4 загружаются пигменты и/или красители (в зависимости от технического задания на декоративную пленку) и смесь с пигментами перемешивается при постоянной скорости мешалки 740 об/мин и одновременно остужается до температуры ниже 60°С. Смешивание происходит в течение времени до 8 мин. Установлено, что эта скорость и время достаточны для качественного смешивания смеси с пигментом и/или красителем. Охлаждение смеси в холодном смесителе 4 до температуры ниже 60°С происходит за счет подачи в рубашку холодного смесителя воды с температурой 24-27°С. После завершения стадии смешивания с красителем выгружают полученную окрашенную композицию в промежуточную емкость 5, из которой композиция поступает на стадию экструзии и каландрирования. Экструзия осуществляется путем продавливания вязкого расплава материала или густой пасты через формующее отверстие. При каландрировании размягченный полимерный материал пропускается через зазор между валками, расположенными в горизонтальной плоскости. При этом образуется бесконечная лента, толщину и ширину которой можно регулировать.
В качестве красителей и пигментов может, например, применяться диоксид титана - для окрашивания в белый цвет. Для получения других цветов используется широкий спектр концентратов пигментов и красителей в жидкой форме или порошкообразной.
При необходимости введения нескольких красителей и пигментов могут использоваться оба холодных смесителя, например, в одном смесителе производится смешивание с красителем, в другом с - пигментом. В случае перехода на производство другого типа пленки один холодный смеситель останавливают и подвергают техническому обслуживанию с тем, чтобы обеспечить стабильное окрашивание в заданный цвет.
В качестве модификатора ударной прочности может использоваться акриловый модификатор ударной прочности, хлорированный полиэтилен, сополимер метилметакрилат-бутадиен-стирол, например, в количестве 10 вес. % от формовочной массы. Формовочная масса согласно изобретению, содержит модификатор перерабатываемости, например, сополимер метилметакрилат-акриловый эфир-стирол, в количестве от 1 до 2 вес. %, в расчете на формовочную массу, в частности 1 вес. %.
Кроме того, в композицию вводятся дополнительные компоненты. В качестве термостабилизатора, например, предусматривается оловоорганический серосодержащий стабилизатор, как диоктилолово-бис-(тиогликолевая кислота)-2-этил-1-гексиловый эфир и монооктилоловотрис-(тиогликолевая кислота)-2-этил-1-гексиловый эфир.
В качестве мягчителей используются смеси комплексных и глицериновых эфиров, а также насыщенные, неразветвленные алифатические монокарбоновые кислоты, как пальмитиновая и стеариновая кислота. В качестве средства отслеживания обычно добавляется каолин или мел.
В качестве огнезащитного средства может применяться также триоксид сурьмы, а в качестве предпочтительного антистатика добавляется соль четвертичного аммония.
Формовочную массу подвергают экструзии и каландрированию. Порошкообразная композиция из промежуточной емкости 5 после холодного смесителя 4 поступает в загрузочную зону экструдера, где масса гомогенизируется и расплавляется, вязкий расплав продавливается через формующее отверстие, и затем в виде жгута поступает в зазор между первым и вторым валками каландра, расположенными в горизонтальной плоскости. При этом образуется бесконечная лента, толщину и ширину которой можно регулировать.
Далее на внутреннем и/или автономном технологическом этапе может проводиться, например, процесс вытягивания в продольном и/или поперечном направлении с кратностью вытяжки от 1,3 до 7. При этом пленка становится тоньше и получает способность к усадке (сильное изменение размеров в направлении вытягивания).
Измеряли характеристики пленок, полученных представленным и известным способами, при этом оценивали следующие показатели:
1. Номинальную толщину пленки в соответствии с ГОСТ 24944. Образцы не менее 5 шт. измеряли микрометром типа МК-25, ГОСТ 6507. Использовали образцы в виде полосы длиной 35±5 мм.
2. Предел прочности и предельное удлинение при растяжении в продольном направлении, следуя ГОСТ 24944, п. 4.8. Использовалась разрывная и универсальная испытательная машина с э/м приводом, ГОСТ 28840. Предел допускаемого значения погрешности измерения нагрузки при прямом ходе не должен превышать ±1% измеряемой нагрузки. Должна быть обеспечена скорость движения захватов испытательной машины в диапазоне 90-110 мм/мин. Образцы - не менее 5 полос, (150×15)±1,0 мм, вырез в продольном направлении.
3. Сопротивление отслаиванию. Разрывная и универсальная испытательная машина с э/м приводом, ГОСТ 28840. Предел допускаемого значения погрешности измерения нагрузки при прямом ходе не должен превышать ±1% измеряемой нагрузки. Должна быть обеспечена скорость движения захватов испытательной машины в диапазоне 90-110 мм/мин. Шкаф сушильный, обеспечивающий термостатирование при температуре 70±2°С. Образец в виде плоско-усеченного конуса с вершиной 20 мм длиной 250 мм, основанием 50 мм, не менее 3 шт.
4. Светостойкость. Испытания проводились с использованием камеры искусственного старения Suntest CPS.
5. Стойкость к химическим воздействиям. Использовалось оборудование по ГОСТ ISO 4211-2012 или ГОСТ 33095-2014.
6. Стойкость к царапанью, измерялась с использованием инструмента Erichsen, микроскопа цифрового 1000х, образец - квадрат пленки со стороной 100 мм не менее 3 штук.
7. Теплостойкость проверялась в шкафах сушильных для квадрата пленки со стороной 200 мм, не менее 3 штук.
8. Истираемость. Использовались ротационный абразиметр Taber, микроскоп цифровой 1000х, образец - круг диаметром 106±1 мм, не менее 3 образцов.
9. Отклонение по блеску измерялось блескомером 20-60-85°.
10. Цветостойкость с использованием настольного спектрофотометра X-Rite Ci4200/X-Rite Ci UV (измерение цвета в системе Lab).
11. Изменение линейных размеров при температурном воздействии - использовались штангенциркуль ГОСТ 166 линейка измерительная металлическая ГОСТ 427, шкаф сушильный, обеспечивающий термостатирование при температуре 70±2°С, индикатор часового типа с ценой деления 0,01 мм ГОСТ 577.
12. Предел прочности и предельное удлинение при повышенной температуре. Разрывная и универсальная испытательная машина с э/м приводом, ГОСТ 28840. Предел допускаемого значения погрешности измерения нагрузки при прямом ходе не должен превышать ±1% измеряемой нагрузки. Должна быть обеспечена скорость движения захватов испытательной машины в диапазоне 90-110 мм/мин. Штангенциркуль ГОСТ 166. Линейка измерительная металлическая ГОСТ 427. Термокамера.
Для пленок для напольных покрытий исследовалась:
1. Истираемость. Использовались штангенциркуль ГОСТ 166, линейка измерительная металлическая ГОСТ 427, испытательная машина барабанного типа, требования по п. 6.1.3. ГОСТ 1 1529, весы лабораторные общего назначения 2 кл. точности, предел взвешивания до 200 г, ГОСТ 53228, нож шанцевый.
2. Изменение линейных размеров напольных покрытий при температурном воздействии с использованием штангенциркуля ГОСТ 166, линейки измерительной металлической ГОСТ 427, шкафа сушильного, обеспечивающего термостатирование при температуре 70±2°С, индикатора часового типа с ценой деления 0,01 мм ГОСТ 577.
3. Водопоглощение - весы лабораторные общего назначения 2-4 кл. точности, предел взвешивания до 500 г, ГОСТ 53228, штангенциркуль ГОСТ 166, линейка измерительная металлическая ГОСТ 427, часы.
2
4. Масса 1 м- весы лабораторные общего назначения 2-4 кл. точности, предел взвешивания до 500 г, ГОСТ 53228, штангенциркуль ГОСТ 166, линейка измерительная металлическая ГОСТ 427.
5. Прочность межслойной связи - разрывная и универсальная испытательная машина с электромеханическим приводом, ГОСТ 28840. Предел допускаемого значения погрешности измерения нагрузки при прямом ходе не должен превышать ±1% измеряемой нагрузки. Должна быть обеспечена скорость движения захватов испытательной машины в диапазоне 90-110 мм/мин. Использовались образцы в виде квадрата со стороной 100-150 мм. Для последнего испытания использовался образец в виде наконечника стрелы 180×70 мм.
Сравнительные испытания показали преимущества пленки, полученной представленным способом. Прочностные характеристики (предел прочности, сопротивление отслаиванию, стойкость к царапанью) в 1,5-2 раза выше у пленки, полученной заявленным способом.
Колористические характеристики (светостойкость, отклонения по блеску) также выше способа из уровня техники.
Сравнительные данные способов получения пленок известных производителей и пленки по изобретению приведены в таблице 1.
Сравнительные данные подтверждают высокую эффективность и производительность способа, а также получение более высоких прочностных и колористических характеристик пленки по настоящему изобретению.
Представленный способ получения декоративной пленки позволяет:
• сократить время на изготовление,
• получить пленку высокого качества,
• повысить прочность пленки,
• обеспечить безостановочный переход на изготовление пленок новых марок и цветов,
• получить пленку со стабильными и воспроизводимыми колористическими характеристиками.