ПЛАСТИФИЦИРОВАННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА ДЛЯ ПЛЕНОЧНОГО МАТЕРИАЛА
PLASTICISED POLYVINYL CHLORIDE-BASED POLYMER COMPOSITION FOR FILM MATERIAL

Изобретение относится к области химической технологии полимерных материалов, в частности к пластифицированным композициям на основе поливинилхлорида, и может быть использовано для получения нетоксичных пластифицированных пленочных материалов пищевого и медицинского назначения.
При переработке ПВХ-композиций полимер в результате воздействия высоких температур и интенсивных механических нагрузок подвергается необратимой деструкции. Для предотвращения термомеханической деструкции в композицию вводят различные стабилизирующие добавки [Минскер К.С., Федосеева Г.Т. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида. М. Химия, 1979, 272 с.], которые замедляют процесс старения полимера (показатель «время термостабильности») и повышают его цветоустойчивость (показатель «цветостабильность»).
Особые требования к стабилизирующим добавкам возникают в случае нетоксичных ПВХ-композиций, предназначенных для получения материалов, контактирующих с пищевыми продуктами или медицинскими препаратами. Круг нетоксичных стабилизирующих добавок весьма ограничен и главное они, как правило, являются соединениями с низкой стабилизирующей эффективностью. Это создает значительные проблемы при переработке нетоксичных композиций. Важнейшим показателем качества полимерного пленочного материала наряду с фотохимической стабильностью является его цветостабильность.
Известна нетоксичная полимерная композиция [ТУ 6-05-1533-85. Пластификат гранулированный медицинский марки ПМ-1/42, 1999 г.] для производства контейнеров для инфузионных растворов на основе поливинилхлорида, со следующим соотношением компонентов (мас.ч.):
Поливинилхлорид
100
Диоктилфталат
54
Эпоксидированное растительное масло
3
Стеарат кальция
0,8
Стеарат цинка
0,2
Недостатком известной композиции являются его низкие термическая устойчивость и цветостабильность в условиях переработки при одновременном воздействии высокой температуры, механических нагрузок и кислорода воздуха, связанные с отсутствием в рецептуре стабилизатора-антиоксиданта.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является пластифицированная полимерная композиция [Патент РФ №2155581, кл. A61K 9/08, A61K 31/05, A61L 31/00, опубл. 10.09.2000.] для изготовления контейнеров для инфузионных растворов на основе поливинилхлорида, содержащая в качестве пластификатора диоктилфталат и дополнительно в качестве стабилизатора-антиоксиданта - 4-метил-2,6-изобутилфенол (ионол), при следующем содержании компонентов (мас.ч.):
Поливинилхлорид
100
Диоктилфталат
40-45
Эпоксидированное растительное масло
3-10
Стеарат кальция
0,6-10
Стеарат цинка
0,35-0,7
4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол (ионол)
0,05-0,1
Однако и данная известная композиция характеризуется низкими показателями термической стабильности и цветостабильности. Низкие показатели термической стабильности и цветостабильности указанной композиции связаны с использованием стабилизатора-антиоксиданта ионола, который в условиях термомеханической переработки полимерной композиции, вследствие собственной высокой летучести, малоэффективен.
Цель изобретения - повышение термической устойчивости и цветостабильности пластифицированной полимерной композиции на основе поливинилхлорида для пленочного материала
Поставленная цель достигается в предложенной пластифицированной полимерной композиции, содержащей поливинилхлорид, диоктилфталат, эпоксидированное растительное масло, стеарат кальция, стеарат цинка, а в качестве стабилизатора-антиоксиданта - 4-метил-2,6-изоборнилфенол, при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
Поливинилхлорид
100
Диоктилфталат
40-60
Эпоксидированное растительное масло
2,5-10
Стеарат кальция
0,5-1,0
Стеарат цинка
0,2-0,6
4-метил-2,6-изоборнилфенол
0,05-0,1,
27
40
4-метил-2,6-изоборнилфенол относится к классу терпенфенолов, брутто-формула - CHO. Молярная масса - 380. Температура плавления - 201°C.
Принцип действия антиоксиданта-терпенфенола зависит от химической природы полимера. Например, в случае полипропилена терпенфенол замедляет процесс окисление макромолекул полимера. В пластифицированной полимерной композиции на основе ПВХ принцип действия фенольного антиоксиданта иной. В случае ПВХ-пластиката антиоксидант защищает сложноэфирный пластификатор от окисления, который в свою очередь за счет сольватационной стабилизации замедляет процесс дегидрохлорирования поливинилхлорида, тем самым повышая термоустойчивость полимера (известный эффект "эхо-стабилизации" ПВХ) [Минскер К.С., Абдуллин М.И. Эффект «эхо-стабилизации» при термодеструкции поливинилхлорида. // Доклады АН СССР. - 1982. - Т.263. - №1. - С.140-143]. Одновременно замедление процесса дегидрохлорирования ПВХ приводит также к повышению его цветостабильности.
Сущность изобретения поясняется следующими примерами, представленными ниже и в таблице.
Пример 1. Композицию, содержащую: поливинилхлорид - 100 г (100 мас.ч.); диоктилфталат - 40 г (40 мас.ч.); эпоксидированное растительное масло - 2,5 г (2,5 мас.ч.); стеарат кальция - 0,5 г (0,5 мас.ч.); стеарат цинка - 0,2 г (0,2 мас.ч.) и 4-метил-2,6-изоборнилфенол - 0,05 г (0,05 мас.ч.) готовят смешением компонентов в смесителе в течение 30 мин при температуре 100°C. Полученную пластифицированную полимерную композицию перерабатывают в пленку толщиной 0,4 мм вальцево-каландровым способом при 160-170°C.
Показатели «прочность при разрыве» и «относительное удлинение при разрыве» определяли в соответствии с ГОСТ 14236-81. Показатель «время термостабильности» композиции определяли индикаторным методом по «конго-рот» в соответствии с ГОСТ 14044-68. Цветостабильность оценивают визуально по времени до появления окрашивания пленки при термоэкспозиции (180°С). Фотохимическая стабильность полимерного материала характеризуется его устойчивостью в отношении ультрафиолетового облучения в процессе эксплуатации. В свою очередь, цветостабильность полимерного материала характеризует его устойчивость в процессе термомеханической переработки на стадии изготовления. Состав композиции и свойства готового материала представлены в таблице.
Введение 4-метил-2,6-изоборнилфенола менее 0,05 мас.ч. приводит к снижению термостабильности и цветостабильности (пример 11). Введение 4-метил-2,6-изоборнилфенола более 0,1 мас.ч. ведет к неоправданному расходованию стабилизатора-антиоксиданта.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить термостабильность пластифицированной полимерной композиции на основе поливинилхлорида для пленочного материала по сравнению с прототипом на 27-41%, а цветостабильность на 14-57%, при сохранении на высоком уровне показателей «прочность на разрыв» и «относительное удлинение при разрыве».
Состав и свойства пластифицированной композиции
Содержание компонентов, мас.ч., показатели
Примеры
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Поливинилхлорид
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Диоктилфталат
40
45
50
55
60
60
55
50
45
40
50
60
40
Эпоксидированное растительное масло
2,5
5,0
7,0
8,0
10,0
10,0
8,0
7,0
5,0
2,5
5,0
6,0
6,0
Стеарат кальция
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0,7
0,5
0,6
0,7
0,8
0,6
0,7
0,8
Стеарат цинка
0,2
0,25
0,3
0,35
0,35
0,3
0,3
0,35
0,35
0,3
0,2
0,3
0,4
4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол (ионол)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,1
4-метил-2,6-изоборнилфенол
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,05
0,06
0,07
0,08
0,03
0,12
-
Прочность при разрыве, кгс/см<sup>2</sup>
157
159
158
164
166
164
163
159
161
159
160
162
158
Относительное удлинение при разрыве, %
221
225
223
227
222
225
224
221
223
226
223
222
223
Время термостабильности, мин, 175°C
66
68
69
71
72
73
66
67
70
72
48
74
52
Цветостабильность, мин, 180°C
45
45
50
50
50
55
45
50
55
55
30
55
35