СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРУЗИОННОЙ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНОЙ КОМПОЗИЦИИ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ И КОМПОЗИЦИЯ, ПОЛУЧЕННАЯ ЭТИМ СПОСОБОМ
METHOD OF PRODUCING POLYVINYL CHLORIDE EXTRUSION COMPOSITION FOR STRUCTURAL PURPOSES AND COMPOSITION OBTAINED USING SAID METHOD

Группа изобретений относится к области переработки полимеров в материалы строительного назначения, пригодные для изготовления методом экструзии профильно-погонажных строительных изделий, используемых для внешней отделки зданий, сооружений, преимущественно сайдинга.
Поливинилхлорид не может перерабатываться методом высокоскоростной экструзии в материалы строительного назначения без введения в его состав термостабилизаторов. Соединения свинца являются одними из самых распространенных термостабилизаторов суспензионного поливинилхлорида (Фойгт И. Стабилизация синтетических полимеров против действия света и тепла. - Л.: Химия, 1972, С.369-387; http://fasadinfo.com/articles/pvc/334, 2006).
С целью повышения термостабильности поливинилхлоридных композиций в их состав, помимо основных термостабилизаторов, вводят дополнительные термостабилизаторы, в числе которых соединения кремния, такие как β-хлорэтилтриэтоксисилан, винилтриалкоксисилан (US 4244860 А), термостабилизаторы с полисилоксановой структурой, содержащие пространственно затрудненные фенольные группы и реакционноспособные группы, способные связываться со стабилизируемой полимерной структурой (ЕР 0532121 В1), кремнийорганические гидриды (SU 519446 А1), кремнийсодержащие олигомерные соединения (Муратова Л.Н. И др. Способы модифицирования структуры и свойств ПВХ олигомерами (обзор) // Пластические массы, 1983, 10, С.11-13; Акутин М.С., Тихонов Н.Н., Емельянова С.А. Модифицирование наполненного поливинилхлорида олигомерными силоксанами // Пластические массы, 1981, №9, С.58).
Однако указанные известные композиции малопригодны для изготовления строительных профильно-погонажных изделий методом высокоскоростной экструзии, которая сопровождается дополнительным разогревом расплава.
Наиболее близким к предлагаемому способу является известный способ получения экструзионной поливинилхлоридной композиции строительного назначения, включающий смешение суспензионного поливинилхлорида, наполнителя, основного термостабилизатора - трехосновного сульфата свинца, дополнительного термостабилизатора и целевых добавок (RU 2251557 С1 - прототип).
Наиболее близкой к предлагаемой композиции является известная экструзионная поливинилхлоридная композиция строительного назначения, полученная вышеуказанным известным способом (RU 2251557 С1).
10
28
Помимо основного термостабилизатора - трехосновного сульфата свинца (ТОСС), в способе-прототипе используют дополнительные термостабилизаторы - двухосновный сульфат свинца и продукт взаимодействия альфа-разветвленных насыщенных монокарбоновых кислот фракции С-С с многоатомным спиртом в присутствии оксидов двухвалентных металлов. Способ получения композиции состоит в смешении в двухстадийном смесителе суспензионного поливинилхлорида, наполнителя, основного и дополнительных термостабилизаторов и целевых добавок.
Недостатком известного способа является недостаточно высокая термостабильность получаемой композиции в условиях переработки при термомеханических воздействиях.
Техническая задача группы изобретений состоит в создании способа получения экструзионной поливинилхлоридной композиции строительного назначения и композиции, полученной этим способом, лишенных указанного недостатка.
Технический результат, достигаемый при осуществлении каждого из предлагаемой группы изобретений, состоит в повышении термостабильности композиции.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения экструзионной поливинилхлоридной композиции строительного назначения, включающем смешение суспензионного поливинилхлорида, наполнителя, основного термостабилизатора - трехосновного сульфата свинца, дополнительного термостабилизатора и целевых добавок, предварительно смешивают в отдельной емкости основной термостабилизатор с дополнительным термостабилизатором, далее в первый смеситель, предварительно нагретый до 110-125°С, последовательно вводят суспензионный поливинилхлорид, наполнитель, предварительно полученную смесь основного термостабилизатора с дополнительным термостабилизатором и целевые добавки, перемешивают до достижения температуры 115-125°С, перегружают полученную смесь в охлаждаемый водой второй смеситель и продолжают смешение до достижения температуры смеси 40-45°С, причем в качестве дополнительного термостабилизатора используют кремнийорганические олигомеры общей формулы:
где:
n от 5 до 50,
m от 1 до 50,
3
2
5
R: -СН или -СН,
a
2a+1
R': -CH, где а от 1 до 24,
R” - одинаковые или различные: -R, -OR,
и процесс осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас ч.:
суспензионный поливинилхлорид
100,0
трехосновный сульфат свинца
3,5-4,0
олигомеры указанной формулы
0,1-1,0
наполнитель
5,0-15,0
целевые добавки
10,0-12,0
Используемые в качестве дополнительного термостабилизатора олигомеры получают, например, каталитической перегруппировкой смеси алкилгидридциклотетрасилоксана и гексаалкил(алкокси)дисилоксана с последующим частичным гидросилированием полученными олигомерами соответствующих алкенов и каталитической перегруппировкой полученных продуктов.
В качестве наполнителя могут быть использованы один или более наполнителей строительного назначения в количествах, определяемых назначением композиции; предпочтение отдается наполнителям, имеющим белый цвет, таким как мел.
В качестве целевых добавок могут быть использованы различные технологические смазки (например, моностеарат глицерина, оксистеариновая кислота, стеариновая кислота, окисленные полиэтиленовые воски, полиэфирный воск); модификаторы перерабатываемое (порошкообразные акриловые полимеры, привитые акрилатные или метакрилатные сополимеры поливинилхлорида, сополимеры этилена и винилацетата, алкиленкарбонаты и пр.); модификаторы ударопрочное (например, порошкобразные капсулированные каучуки, порошковые капсулированные акриловые модификаторы); пигменты (выбираются в зависимости от желаемой окраски, в качестве белого пигмента, например, используют диоксид титана), а также другие добавки. Выбор конкретных целевых добавок и их количественного содержания в композиции зависит от назначения композиции, от технологических и эксплуатационных характеристик изготавливаемых из них изделий.
Пример 1 (контрольный)
В предварительно разогретый до 115°С первый смеситель (далее - смеситель 1), снабженный мешалкой, вводят холодные исходные компоненты в следующей последовательности: 100,0 мас.ч. суспензионного поливинилхлорида (ПВХ), 15,0 мас.ч. мела в качестве наполнителя, 4,0 мас.ч. трехосновного сульфата свинца (ТОСС) и 11,0 мас.ч. целевых добавок, включающих 5,0 мас.ч. модификатора ударопрочное (сополимера эфиров акриловой и метакриловой кислот), 2,0 мас.ч. модификатора перерабатываемое и текучести (акриловых полимеров), 1,0 мас.ч. технологической смазки (нейтрального эфирного воска), 3,0 мас.ч. белого пигмента (диоксида титана). Исходные компоненты загружают в смеситель 1 в холодном состоянии, в связи с этим температура в смесителе падает до 70-90°С. В результате перемешивания, за счет трения твердых частиц друг о друга, смесь разогревается. При достижении температуры в смесителе 120°С при работающей мешалке смесь перегружают во второй, холодный, смеситель (далее - смеситель 2) и продолжают перемешивание. При достижении температуры смеси 40°С ее выгружают.
Примеры 2-12
Способ получения композиции осуществляют по примеру 1, однако предварительно в отдельной емкости получают смесь холодных исходных компонентов: порошка трехосновного сульфата свинца - основного термостабилизатора (ТОСС) и дополнительного термостабилизатора (ДТ) - жидкого кремнийорганического олигомера общей формулы:
Пример 13 (контрольный)
Способ получения композиций осуществляют по примерам 2-11, но без предварительного смешения ТОСС и ДТ.
В таблице 1 приведены средние значения n, m, R, R' и R” в общей формуле ДТ и содержание исходных ингредиентов, в таблице 2 - условия процесса получения композиций, в таблице 3 - сведения о термостабильности полученных композиций.
Пример 14 (по прототипу)
Способ получения композиции соответствует RU 2251557 (прототип). Проведена серия испытаний с использованием основного и дополнительного термостабилизаторов, качественного и количественного состава целевых добавок и наполнителя по прототипу, а также с использованием основного и дополнительного термостабилизаторов по прототипу, но с качественным и количественным составом целевых добавок и наполнителя по вышеприведенному примеру 1. Сведения о термостабильности полученных композиций приведены в таблице 3.
Испытания композиций, полученных в примерах 1-14, на термостабильность осуществляют под действием температуры и сдвиговых нагрузок на двухроторном пластографе Брабендер по времени обработки пластицированной (расплавленной) композиции, в течение которого при заданных скорости вращения роторов (30 об/мин) и температуре рабочей смесительной камеры (от 190 до 210°С) крутящий момент на роторах повышается на 15%. Указанное необратимое повышение крутящего момента связано с увеличением вязкости расплава композиции вследствие протекания термических процессов дегидрохлорирования и структурирования поливинилхлорида. Этот метод наиболее полно моделирует процессы и поведение жестких поливинилхлоридных композиций при переработке высокоскоростной экструзиенй, используемой для изготовления изделий строительного назначения.
В результате проведенных дополнительных экспериментов установлено также следующее.
Использование ДТ в количестве более 1,0 мас.ч. на 100,0 мас.ч. ПВХ приводит к его неполному совмещению с полимером и плохому распределению в массе, что ухудшает условия переработки, дополнительно не повышая термостабильности композиции. Использование ДТ в количестве менее 0,1 мас.ч. на 100,0 мас.ч. ПВХ не приводит к заметному повышению термостабильности композиции.
Предварительное холодное смешение ДТ с порошком ТОСС позволяет снизить содержание ДТ до оптимальной величины и повысить равномерность его распределения.
Наличие в молекуле ДТ алкильных и эфирных радикалов различной длины придает ему поверхностно-активные свойства, что повышает миграционную способность ДТ. Однако чрезмерное увеличение длины этих радикалов повышает молекулярную массу ДТ, что вызывает падение миграционной способности и связанной с нею активности термостабилизации.
При выгрузке из смесителя 2 продукта, имеющего температуру выше 45°С, частицы выгружаемой композиции слипаются и не подлежат дальнейшему исследованию. Перемешивание смеси в смесителе 2 до достижения температуры ниже 40°С не приводит к улучшению свойств композиции, но повышает энергозатраты способа.
Предварительный разогрев смесителя 1 до температуры ниже 110°С, выгрузка из смесителя 1 смеси, не достигшей температуры 115°С, а также изменение последовательности введения исходных компонентов в смеситель 1 приводят к существенному снижению однородности и, как следствие, уменьшению термостабильности композиции. Предварительный разогрев смесителя 1 до температуры выше 125°С и выгрузка из смесителя 1 смеси, имеющей температуру выше 125°С, приводят к увеличению энергозатрат способа и снижению термостабильности композиции.
Таблица 3
Термостабильность композиций по примерам 1-14
Пример
Термостабильность композиций, мин
Температура рабочей камеры пластографа, °С
Примечание
190
200
210
1
16±2
11±1
6±1
Без ДТ
2
24±2
18±2
11±1
3
27±3
19±3
13±2
4
34±3
27±3
17±3
5
33±3
22±3
15±2
6
25±3
18±2
15±2
7
35±3
26±3
16±3
8
32±3
24±3
16±2
9
42±4
34±3
19±2
10
51±4
43±3
26±2
11
50±3
42±3
25±2
12
46±3
36±3
22±2
13
18±3
13±2
7±1
Без предварительного смешения ТОСС с ДТ
14
(13±2)-(17±2)
(9±2)-(13±2)
(4±1)-(7±1)
По прототипу