КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ И ОБОЛОЧЕК ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ
POLYVINYL CHLORIDE-BASED COMPOSITION FOR INSULATION AND SHEATHS OF WIRES AND CABLES

Изобретение относится к области переработки пластмасс, в частности, к полимерным композициям на основе поливинилхлорида (ПВХ), которые используются для изготовления изоляции и оболочек проводов и кабелей.
Поставленная задача состояла в разработке пластифицированной композиции на основе ПВХ, обладающей улучшенной перерабатываемостью и высокой морозостойкостью при сохранении физико-механических свойств.
Улучшение перерабатываемости оценивали снижением вязкости расплава и характеризовали относительной вязкостью, которую рассчитывали как отношение вязкости наполненной композиции к ненаполненной.
2
3
2
Прототипом предлагаемого изобретения является поливинилхлоридная композиция, используемая в кабельной промышленности, содержащая ПВХ, пластификатор, стабилизатор и наполнитель - белую сажу с удельной поверхностью 20-40 м/г в количестве 2-15 вес.ч. на 100 вес.ч. ПВХ (Авторское свидетельство СССР №468927, C08F 29/18, опубл. 30.04.75 г.). Введение в состав ПВХ композиции белой сажи снижает вязкость расплава композиции при сохранении хороших физико-механических свойств. Морозостойкость пластиката, приведенная в авторском свидетельстве составляет минус 55 - минус 60°C. По авторскому свидетельству вязкость расплава при 170°C составляет 1,25·10 - 6,3·10 П. Воспроизведение указанной композиции и испытание ее по методикам, которыми располагают авторы, показало, что при введении белой сажи в количестве 2-15 мас.ч. на 100 мас.ч. ПВХ относительная вязкость композиции составляет 0,74 - 0,87, а морозостойкость снижается от минус 65°C до минус 45 - минус 60°C.
Целью предлагаемого изобретения является снижение вязкости расплава пластифицированной композиции на основе ПВХ и повышение ее морозостойкости при сохранении физико-механических свойств.
Для достижения поставленной цели композиция на основе ПВХ, включающая пластификатор, термостабилизатор и наполнитель в качестве последнего содержит химически осажденный карбонат кальция с поверхностной обработкой жирными кислотами с размером частиц 15-70 нм при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
ПВХ
100
Пластификатор
40-80
Термостабилизатор
3-15
Химически осажденный карбонат
кальция с размером частиц 15-70 нм
0,1-8,0
В качестве химически осажденного карбоната с поверхностной обработкой жирными кислотами используют Socal 312 V (60 нм) (ф. Solvay, Бельгия), Shengke - 206 S (40-70 нм), Shengke - 206 Т (40-70 нм), Shengke - 505 A (15-30 нм) (ф. Shengda Tech Inc, Китай), Calcium carbonate nanoparticle (75-105 нм) фирмы PlasmaChem Gmbh и др.
В качестве пластификатора можно использовать диоктилсебацинат (ДОС), диоктилфталат (ДОФ), триоктилтримеллитат (ТОТМ) или их смеси и другие.
В качестве термостабилизатора можно использовать трехосновной сульфат свинца (ТОСС), двухосновной фталат свинца (ДОФТС), двухосновной стеарат свинца (ДОСС) и др.
Композиция может дополнительно содержать целевые добавки, такие как антиоксиданты, смазки, состабилизаторы, антипирены, пигменты и др.
Для сравнительных испытаний по прототипу использовали белую сажу по ГОСТ 18307-78 марки БС-30 (60-108 нм).
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.
Пример №1
В разогретый смеситель фирмы Henshel объемом 10 л при температуре 40°C загружают 100 мас.ч ПВХ, 5 мас.ч. термостабилизатора ТОСС, 0,1 мас.ч. химически осажденного карбоната кальция Socal 312 V, с размером частиц 60 нм, перемешивают до температуры 60°C в течение 15 мин. Затем в смеситель добавляют 50 мас.ч. пластификатора ДОС и продолжают перемешивание смеси до температуры 100°С в течение 15 минут. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры. Порошкообразную смесь вальцуют на вальцах с масляным обогревом при температуре 165°C в течение 5 мин. На полученных образцах определяют морозостойкость пластикатов в соответствии с ГОСТ 5960-72 на трех образцах с размером 130×10 мм и толщиной (1±0,1) мм. За температуру хрупкости принимают минимальную температуру, при которой все образцы сохраняли свою целостность при изгибе на 180°.
Прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве определяли по ГОСТ 11262-80 при температуре (20±2)°C.
-1
Вязкость расплава пластикатов определяли с помощью капиллярного реометра «Instron» модели 3211 с диаметром капилляра 0,127 см и длиной 2,55 см при 165°C и скорости сдвига 3,79 с.
отн
н
0
Относительную вязкость (η) рассчитывают как отношение вязкости наполненной композиции (η) к ненаполненной (η):
<mrow><msub><mi>η</mi><mrow><mi>о</mi><mi>т</mi><mi>н</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>η</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>η</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
Свойства пластиката приведены в таблице.
Примеры №№2-11 (по изобретению)
Способ получения композиции и методы испытаний пластикатов по примеру 1. Состав и свойства композиций приведены в таблице.
Пример №12 (по прототипу - авторскому свидетельству СССР №468927)
Примеры №№13-17 (по прототипу)
Способ получения композиции и методы испытаний пластикатов по примеру 1. Состав и свойства композиций приведены в таблице.
Примеры №№18-25 (для сравнения)
Способ получения композиции и методы испытаний пластикатов по примеру 1. Состав и свойства композиций приведены в таблице.
Из приведенных в таблице данных следует, что введение в состав заявленной пластифицированной ПВХ-композиции химически осажденного карбоната кальция с поверхностной обработкой жирными кислотами с размером частиц 15-70 нм в количестве 0,1-8,0 мас.ч. на 100 мас.ч. ПВХ позволяет значительно снизить вязкость-расплава композиции (относительная вязкость расплава составляет 0,48-0,71) и повысить морозостойкость, которая составляет минус 50°C - минус 70°C. Эти показатели значительно выше показателей прототипа, приведенных в описании к авторскому свидетельству СССР №468927, и полученных при воспроизведении этого изобретения с использованием 2-15 мас.ч. белой сажи с размером частиц 60-108 нм. Относительная вязкость расплава по прототипу составляет 0,71-0,87, а морозостойкость минус 45°С - минус 60°C (см. примеры №№1-11 в сравнении с №№12-17).
В таблице приведены примеры, иллюстрирующие снижение вязкости расплава и повышение морозостойкости при введении наночастиц (15-70 нм) химически осажденного карбоната кальция в композициях, содержащих различные пластификаторы в разных количествах в пределах заявляемых. Поскольку показатели морозостойкости пластиката зависят еще и от выбранного пластификатора и его количества, то необходимо сравнивать примеры №№1-7 с №13, №8 с №14, №9 с №15, №10 с №16, №11 с №17. При этом сравнении следует, что морозостойкость заявляемой композиции повышается в сравнении с прототипом на 5-10°C.
Введение в состав заявляемой композиции осажденного карбоната кальция в заявляемом количестве, но с размером частиц 75-105 нм и более не снижает значительно вязкость расплава и ухудшает морозостойкость композиций (см.примеры №18-23 в ср. с №№1-7).
Использование осажденного карбоната кальция с размером частиц 15-70 нм в количествах за пределами заявляемых также не снижает значительно вязкость расплава (см. примеры №№24-25).
Прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве заявляемой композиции составляют 14,5-22,0 МПа и 300-400%, что находится на уровне прототипа, где прочность и относительное удлинение составляют 14,0-19,7 МПа и 315-370% соответственно.