ПВХ: строение, свойства, полечение и модификация

Содержание

Введение ………………………………………………………………………………. 3

1. Строение  ……………………………………………………………………………. 3

2. Физические  свойства …………………………………………………………..…... 4

3. Получение и свойства поливинилхлорида ……………………………………….. 4

4. Применение ……………………………………………………………………...…. 6

5. Изучение процесса модификации ……………………………………………...…. 8

Список используемой литературы …………………………………………….…… 15

Введение

Поливинилхлорид – синтетический термопластичный полярный полимер. Продукт полимеризации винилхлорида. Твердое вещество белого цвета. Выпускается в виде капилярно-пористого порошка с размером частиц 100–200 мкм, получаемого полимеризацией винилхлорида в массе, суспензии или эмульсии. Порошок сыпуч и хорошо перерабатывается. На основе поливинилхлорида получают жесткие (винипласт) и мягкие (пластикат) пластмассы, пластизоли (пасты), поливинилхлоридное волокно. Винипласт используется как жесткий конструкционный материал, применяемый в строительстве в виде погонажа, профилей, труб. Пластикат применяется для изготовления пленок, шлангов, клеенки, линолеума.

Обычное обозначение поливинилхлорида на российском рынке – ПВХ, но могут встречаться и другие обозначения: PVC (поливинилхлорид), PVC-P или FPVC (пластифицированный поливинилхлорид), PVC-U или RPVC или U-PVC или UPVC (непластифицированный поливинилхлорид), CPVC или PVC-C или PVCC (хлорированный поливинилхлорид), HMW PVC (высокомолекулярный поливинилхлорид). Не горит на воздухе, но обладает малой морозостойкостью (-15°C). Нагревостойкость: +65°C.

ПВХ – это старейший строительный материал. Сочетание «Профиль – ПВХ» уже достаточно прочно вошло в нашу жизнь, при этом, мало кто знает (конечно кроме химиков), что обозначают эти буквы. ПВХ – это аббревиатура полезнейшего материала – поливинилхлорида.

1. Строение

Поливинилхлорид является продуктом полимеризации винилхлорида, химическая формула которого СН2-СНСl. В процессе полимеризации образуются линейные слаборазветвленные (разветвленность макромолекул составляет 2–5 на 1000 атомов углерода основной цепи) макромолекулы c элементарным звеном в виде плоского зигзага.

Характер связей между элементарными звеньями допускает несколько вариантов построения молекулярной цепи, что на практике, при промышленном получении поливинилхлорида, приводит к малой регулярности (синдиотактичности) его макромолекул: в одной макромолекуле реализуются сразу несколько вариантов связей элементарных звеньев, регулярные последовательности элементарных звеньев не создаются и промышленные образцы имеют невысокую степень кристалличности.

Поливинилхлорид характеризуется очень широким молекулярно-массовым распределением (полидисперсностью). Степень полимеризации для различных фракций полимера одной и той же марки может изменяться в несколько десятков раз (от 100 до 2500). Поэтому на практике молекулярную массу поливинилхлорида часто характеризуют не ее численным значением, а константой ФикентчераKф, которую определяют по уравнению:

Кф= 1000*k

lgηотн = [(75k2С)/(1+1,5kС)] + kС,

где ηотн– относительная вязкость при 25°С, С – концентрация поливинилхлорида, обычно 0,5 или 1 на 100 мл растворителя (чаще всего циклогексанона или дихлорэтана). Величина Kф практически постоянна для растворов поливинилхлорида различных концентраций, незначительно зависит от температуры измерения, однако сильно изменяется с природой растворителя [4].

Химическая формула: [-CH2-CHCl-] n.

2. Физические свойства

Молекулярная масса 10–150 тыс.; Плотность – 1,35–1,43 г./см. Температура стеклования 75–80°C (для теплостойких марок до 105°C), температура плавления – 150–220°C.

При температурах выше 110–120°C склонен к разложению с выделением хлористого водорода HCl.

Растворяется в циклогексаноне, тетрагидрофуране (ТГФ), диметилформамиде (ДМФА), дихлорэтане, ограниченно – в бензоле, ацетоне. Не растворяется в воде, спиртах, углеводородах; стоек в растворах щелочей, кислот, солей.

Предел прочности при растяжении – 40–50 МПа, при изгибе – 80–120 МПа. Удельное электрическое сопротивление – 1012–1013 Ом*м.

Тангенс угла потерь порядка 0,01–0,05.

Поливинилхлорид устойчив к действию влаги, кислот, щелочей, растворов солей, промышленных газов (например, NO2, Cl2), бензина, керосина, жиров, спиртов. Нерастворим в собственном мономере. Ограничено растворим в бензоле, ацетоне. Растворим в дихлорэтане, циклогексаноне, хлор- и нитробензоле. Физиологически безвреден [4].

Чистый поливинилхлорид представляет собой роговидный материал, который трудно перерабатывается. Поэтому обычно его смешивают с пластификаторами. Свойства конечного продукта варьируются от жесткого до очень гибкого пластика в зависимости от процента добавленного пластификатора, который может достигать до 30% массы.

3. Получение и свойства поливинилхлорида

Получают поливинилхлорид полимеризацией винилхлорида (В). Скорость процесса в растворе подчиняется кинетическому уравнению для гомогенной радикальной полимеризации. Однако поскольку поливинилхлорид не растворим в воде, полимеризация в массе мономера, а также в водной среде носит гетерофазный характер. Из-за низкой подвижности макрорадикалов в твердой фазе затруднено их взаимодействие и, следовательно, мала скорость обрыва полимерной цепи; в то же время константы скорости инициирования и роста цепи остаются такими же, как в гомогенной среде. Поэтому с увеличением количества поливинилхлорида возрастает и общая скорость полимеризации (автокаталитический процесс). Скорость реакции увеличивается до степени превращения мономера 60–70%, затем начинает уменьшаться из-за его исчерпания. Тепловой эффект реакции 92,18 кДж/моль, энергия активации около 83,80 кДж/моль. Степень полимеризации в значительной, мере зависит от температуры, что объясняется склонностью к реакции передачи цепи. Температура полимеризации оказывает некоторое влияние и на степень кристалличности поливинилхлорида. При температурах от -10 до 20°C получают поливинилхлорид с повышенной синдиотактичностью и температурой стеклования до 105°C.

Промышленное производство поливинилхлорида осуществляют тремя способами:

1) суспензионная  полимеризация по периодической  схеме. Раствор, содержащий 0,02–0,05% по  массе инициатора (например, ацилпероксиды, диазосоединения), интенсивно перемешивают  в водной среде, содержащей 0,02–0,05% по массе защитного коллоида (например, метилгидроксипропилцеллюлоза, поливиниловый  спирт). Смесь нагревают до 45–65°C (в зависимости от требуемой молекулярной массы поливинилхлорида) и заданную температуру поддерживают в узких пределах с целью получения однородного по молекулярной массе поливинилхлорида. Полимеризация протекает в каплях, в ходе ее происходит некоторая агрегация частиц; в результате получают пористые гранулы поливинилхлорида размером 100–300 мкм. После падения давления в реакторе (степень превращения около 85–90%) удаляют непрореагировавший мономер, поливинилхлорид отфильтровывают, сушат в токе горячего воздуха, просеивают через сита и расфасовывают. Полимеризацию проводят в реакторах большого объема (до 200 м3); новые производства полностью автоматизированы. Удельный расход 1,03–1,05 т/т поливинилхлорида Преимущества способа: легкость отвода тепла реакции, высокая производительность, относительная чистота поливинилхлорида, хорошая совмещаемость его с компонентами при переработке, широкие возможности модификации свойств поливинилхлорида путем введения различных добавок и изменения параметров режима.

2) Полимеризация  в массе по периодической схеме  в две ступени. На первой реакционную  смесь, содержащую 0,02–0,05% по массе  инициатора, полимеризуют при интенсивном  перемешивании до степени превращения  около 10%. Получают тонкую взвесь  частиц («зародышей») поливинилхлорида  в мономере, которую переводят  в реактор второй ступени; сюда  же вводят дополнительные количества мономера и инициатора и продолжают полимеризацию при медленном перемешивании и заданной температуре до степени превращения около 80%. На второй ступени происходит дальнейший рост частиц поливинилхлорида и их частичная агрегация (новых частиц не образуется). Получают пористые гранулы поливинилхлорида с размерами 100–300 мкм в зависимости от температуры и скорости перемешивания на первой ступени. Незаполимеризовавшийся мономер удаляют, поливинилхлорид продувают азотом и просеивают. Порошок сыпуч и легко перерабатывается. Преимущества перед суспензионным способом: отсутствие стадий приготовления водной фазы, выделения и сушки поливинилхлорида, в результате уменьшаются капиталовложения, энергозатраты и расходы на обслуживание. Недостатки: затруднены отвод тепла реакции и борьба с коркообразованием на стенках аппаратуры; образующийся поливинилхлорид неоднороден по молекулярной массе, его термостойкость ниже, чем у поливинилхлорида, полученного первым способом [2].

3) Эмульсионнаяполимеризацияпо  периодической и непрерывной  схеме. Используют растворимые в  воде инициаторы (H2O2, персульфаты), в  качестве эмульгаторов – ПАВ (напр., алкил- или арилсульфаты, сульфонаты). Радикалы зарождаются в водной  фазе, содержащей до 0,5% по массе  инициатора и до 3% эмульгатора; затем  полимеризация продолжается в  мицеллах эмульгатора. При непрерывной  технологии в реактор поступают  водная фаза и мономер. Полимеризация  идет при 45–60°C и слабом перемешивании. Образующийся 40–50%-ный латекс с размерами частиц поливинилхлорида 0,03–0,5 мкм отводится из нижней части реактора, где нет перемешивания; степень превращения составляет 90–95%. При периодической технологии компоненты, (водная фаза, мономер и обычно некоторое количествово латекса от предыдущих операций, так называемый затравочный латекс, а также другие добавки), загружают в реактор и перемешивают во всем объеме. Полученный латекс после удаления мономера сушат в распылительных камерах и порошок поливинилхлорида просеивают. Хотя непрерывный процесс высокопроизводителен, преимущество часто отдается периодическому, ибо им можно получить поливинилхлорида нужного гранулометрического состава (размеры частиц в пределах 0,5–2 мкм), что очень важно при его переработке. Эмульсионный поливинилхлорид значительно загрязнен вспомогательными веществами, вводимыми при полимеризации, поэтому из него изготовляют только пасты и пластизоли.

Суспензионной полимеризацией в мире производится не менее 80% всего поливинилхлорида, остальными способами – по ~10%.

Поливинилхлорид перерабатывают всеми известными методами переработки пластмасс как в жесткие (винипласт), так и в мягкие, или пластифицированные (пластикат), материалы и изделия.

4. Применение

Поливинилхлорид перерабатывается всеми известными способами переработки пластмасс: экструзией, литьем под давлением, каландрированием, прессованием, вальцеванием – и является одним из наиболее распространённых пластиков. Мировой выпуск поливинилхлорида составляет 16,5% от общего выпуска пластмасс – третье место в мировой табели о рангах полимерных материалов.

Ассортимент изделий, выпускаемых на основе поливинилхлорида и продуктов его переработки – винипласта и пластиката, чрезвычайно высок. Они используются в электротехнической, лёгкой, пищевой промышленности, тяжёлом машиностроении, судостроении, сельском хозяйстве, медицине, в производстве стройматериалов.

Из поливинилхлорида может быть получен широкий спектр пленок с различными свойствами за счет варьирования состава и степени ориентации. Изменения в составе, главным образом, введение пластификатора, позволяет получить пленки от твердых, хрупких до мягких, клейких, растяжимых. Изменяя степень ориентации, получают пленки от полностью одноосноориентированных до равнопрочныхдвухосноориентированных.

Пленки из ПВХ содержат стабилизаторы термической и термоокислительной деструкции, антистатическую добавку для предотвращения слипания за счет накопления статического электричества. Свойства пластифицированных поливинилхлоридных пленок зависят от природы и количества пластификатора. В целом увеличение содержания пластификатора увеличивает прозрачность и мягкость пленки, улучшая се свойства при низких температурах. Пластифицированные и непластифицированные ПВХ-пленки герметизируются высокочастотной сваркой. На оба типа пленок может быть нанесена печать без предварительной обработки поверхности в отличие от пленок из полипропилена и полиэтилена. Тонкие пленки из пластифицированного ПВХ широко используются как усадочные и растяжимые для заворачивания подносов и лотков с пищевыми продуктами, например со свежим мясом. Они должны обеспечить высокуюкислородопроницаемость для сохранения пурпурного цвета свежего мяса. Толстые пленки из пластифицированного поливинилхлорида используются для производства упаковки для шампуня, смазочных масел. Благодаря прочности и легкой формуемости пленки из непластифицированного ПВХ и его сополимеров используют для термоформования различных изделий. Отличительным свойством материалов на основе сополимеров поливннилхлорида и поливинилиденхлорида (ПВДХ) является очень низкая паро- и газопроницаемость. ПВДХ-пленку часто используют как усадочную пленку для заворачивания птицы, ветчины, сыра. Использование для этих целей пленок из ПВДХ, обладающих низкой газопроницаемостью, диктуется необходимостью поддерживать вакуум для исключения возможности роста бактерий. Вакуумированные мешки ПВДХ используют также для созревания сыров. Применение ПВДХ при этом исключает дегидратацию и образование корки, позволяя получать более мягкие сыры. ПВДХ широко используется для покрытия различных подложек, таких, как бумага, целлофан, полипропилен [6].

Винипласт используют как конструкционный коррозионностойкий материал для изготовления химической аппаратуры и коммуникаций, вентиляционных воздуховодов, труб, фитингов, а также для покрытия полов, облицовки стен, тепло- и звукоизоляции (пенополивинилхлорид), изготовления плинтусов, оконных переплетов и других строительных деталей. Из прозрачного винипласта изготовляют объемную тару для пищевых продуктов, бутылки.

Пластикат используют для изготовления изоляции и оболочек для электропроводов и кабелей, для производства шлангов, линолеума и плиток для полов, материалов для облицовки стен, обивки мебели, упаковки (в том числе для пищевых продуктов), для создания искусственной кожи, обуви. Прозрачные гибкие трубки из пластиката применяют в системах переливания крови и жизнеобеспечения в медицинской технике. Пластикат с повышенной теплостойкостью используется для производств волокна.

Смола поливинилхлорида относится к категории термопластических смол. Термопластиические смолы получили свое название из-за того, что под воздействием тепла они растворяются и размягчаются. Смола ПВХ обладает низкой свето- и теплостойкостью, кроме того она очень хрупкая, поэтому нуждается в пластификации. Растрорение в воде, бензине или спирте не страшно смоле ПВХ. С развитием синтетических смол природные потеряли свое прежнее значение для промышленности.

Поливинилхлорид можно по праву отнести к универсальным и безопасным материалам. Множество примеров использования поливинилхлорида мы можем видеть в повседневной жизни: зубные щетки, аксессуары, одежда и обувь, поручни, стеновые панели и проч. Для улучшения свойств поливинилхорида для тех или иных целей в ПВХ добавляют вспомогательные компоненты. Так например, для оконных ПВХ специальные модификаторы, пигменты и стабилизаторы могут повысить светостойкость, общую устойчивость против внешних воздействий, улучшить качество поверхности или изменить оттенок. Изделия из поливинилхлорида трудно воспламенить, они не горят и стойко переносят воздействие щелочей и кислот.

Отходы производства ПВХ или демонтируемые изделия могут подвергаться утилизации и переработки до 5 раз. При этом качество ПВХ остается неизменно высоким, слегка изменяется только оттенок пластика. Кстати пластик можно окрасить практически в любой цвет или покрывать специальными виниловыми пленками. Это дает возможность воплощения даже смелых дизайнерских решений.

Конечно, массовое использование поливинилхлорид получил в строительстве и ремонте. Большой популярностью пользуются профили ПВХ в качестве корпусного материала для остекления или перегородок. Изделия из поливинилхлорида можно применять в разного вида помещениях: от производственных до жилых. Качественная продукция ПВХ не имеет гигиенических ограничений по использованию.

Все изделия из поливинилхлорида должны проходить специальные контроли качества. Основной проблемой, связанной с использованием ПВХ, является сложность его утилизации – при сжигании образуются высокотоксичные хлорорганические соединения, например диоксины. ПВХ так часто подвергался необоснованным нападкам, которые приходилось опровергать с помощью скрупулезных научных исследований, что сегодня это один из самых изученных в мире материалов.

5. Изучение процесса модификации

Ударную прочность жесткого поливинилхлорида (ПВХ) сравнительно легко повысить, например, путем механического смешения в соответствующих условиях с эластомерами, такими, как сополимер метилметакрилата с бутадиеном и стиролом (МБС), сополимер акрилонитрила с бутадиеном и стиролом (АБС). Такие системы сейчас широко применяются в рецептурах профильно-погонажных изделий из жесткого ПВХ. Для увеличения ударной прочности пластиков добавляют также двойные сополимеры этилена с пропиленом или тройные сополимеры этилена с пропиленом и каким-либо ненасыщенным диеном, например, дициклопентадиеном (СКЭП и СКЭПТ). Эти марки сополимеров способствуют улучшению морозостойкости и эластичности материалов, однако, ведут к снижению их теплостойкости и твердости. Выгодным сочетанием высокой прочности с высокой эластичностью в широком интервале температур отличается полиэтилен. Однако, будучи неполярным полимером, он практически несовместим с ПВХ как на термодинамическом, так и эксплуатационном уровне. Удовлетворительного смешения компонентов достичь, практически не удается. 

Рисунок 1. Относительное удлинение при разрыве образцов ТЭП, наполненных молотым кварцевым песком: 1 - ТЭП-1 (70 СКЭПТ: 30 ПЭВД); 

2 - ТЭП-2 (70 СКИ: 30 ПЭВД); 3 - ТЭП-3 (35 СКЭПТ: 35 СКИ: 30 ПЭВД).

При эластификации пластифицированных систем возникают проблемы, связанные с совместимостью многокомпонентной системы, где присутствуют как молекулярный пластификатор, так и структурный. Но присутствие молекулярного пластификатора, со своей стороны, способствует облегчению образования межфазных слоев на границе полимер-эластификатор (а в присутствии наполнителя - на границе полимер-наполнитель-эластификатор). Исследование реологических свойств пластифицированных диоктилфталатомполимер-каучуковых систем показало, что эффективная вязкость расплавов существенно снижается. Однако это касается, в основном, композиций, содержащих полярные каучуки. Изопреновый каучук, например, являясь практически аналогом натурального каучука, характеризуется наиболее высокой эластичностью, высокой химической стойкостью. Введение неполярного изопренового каучука СКИ в состав пластифицированного ПВХ оказалось неэффективным. При введении каучука СКИ-3 обнаружено резкое ухудшение деформационно-прочностных и других свойств пластифицированного ПВХ, в частности, снижение термостабильности и повышение водопоглощения.  
В данной работе эффективная модификация пластифицированного ПВХ достигнута использованием смесевых термоэластопластов (ТЭП). ТЭП - это материалы, которые могут перерабатываться как термопласты при повышенных температурах, но обладают свойствами эластомеров при температурах эксплуатации. Термоэластопласты, получаемые смешением полимеров, представляют собой композиции на основе жесткого пластика и эластичного полимера, который сам по себе не обладает свойствами термоэластопласта. Для модификации пластифицированного ПВХ были использованы смесевые термоэластопласты на основе полиэтилена высокого давления, изопренового каучука и тройного сополимера этилена, пропилена и дициклопентадиена при различных соотношениях компонентов [1]. 

Рисунок 2. Показатель текучести расплава ТЭП, наполненных молотым кварцевым песком: 1 - ТЭП-1 (70 СКЭПТ: 30 ПЭВД); 2 - ТЭП-2 (70 СКИ: 30 ПЭВД); 3 - ТЭП-3 (35 СКЭПТ: 35 СКИ: 30 ПЭВД). 

На первом этапе исследований проанализирована совместимость смесевых термоэластопластов трех марок с молотым кварцевым песком. Все термоэластопласты (ТЭП) получены при содержании 30 масс.ч. ПЭВД. ТЭП-1 содержит 70 масс. ч. СКЭПТ, ТЭП-2 включает 70 масс.ч. каучука СКИ, а ТЭП-3 является тройной смесью, в которой в равном соотношении содержатся СКЭПТ и СКИ. Ранние работы, проведенные на нашей кафедре по изучению возможности наполнения ТЭП типа СКЭПТ:ПЭВД, СКИ:ПЭВД кварцевым песком и мелом, показали, что в условиях смешения на вальцах мел не совмещается с указанными ТЭП. Поэтому для наполнения нами взят молотый кварцевый песок, который также широко используется в качестве наполнителей ПВХ-композиций. Совмещение ТЭП с наполнителем осуществлялось на фрикционных вальцах при Т=140-1600С. Содержание наполнителей изменялось от 0 до 50 масс.ч. на 100 масс.ч. ТЭП. 

Известно, что ТЭП хорошо совмещаются с наполнителями. При этом прочностные свойства ТЭП могут ухудшаться, и чем ниже активность наполнителя, тем в большей степени. Наоборот, чем выше активность наполнителя, тем ниже относительное удлинение. Сказанное относилось, в частности, к дивинилстирольным ТЭП, наполненным мелом.  
В изученных композициях, независимо от типа ТЭП, прочность при разрыве с увеличением количества наполнителя снижается. Следует заметить, что начальные значения прочности различных ТЭП располагаются в последовательности: ТЭП–1> ТЭП–2> ТЭП–3. Трехкомпонентный ТЭП-3 отличается самой низкой начальной прочностью, но, в то же время, меньшим относительным ее снижением при наполнении. В противоположность прочности, относительное удлинение пленок ТЭП при наполнении изменяется не столь однозначно (рис.1).  

Рисунок 3. Термостабильность ПВХ-композиций при 175 0С, модифицированных ТЭП: 1 - ТЭП-1 (70 СКЭПТ: 30 ПЭВД); 2 - ТЭП-2 (70 СКИ: 30 ПЭВД); 3 - ТЭП-3 (35 СКЭПТ: 35 СКИ: 30 ПЭВД) 

Наиболее интересным представляется факт увеличения относительного удлинения при наполнении ТЭП–2 молотым кварцевым песком в количествах до 20–30 масс.ч. на 100 масс. ч. ТЭП–2. Если снижение относительного удлинения при наполнении полимеров и их смесей тонкодисперсными наполнителями со средними размерами частиц 1 - 10 мкм является вполне закономерным и объясняется уменьшением межмолекулярного взаимодействия в самом полимере вследствие влияния поверхности наполнителя, то в случае наполнения ТЭП–2, представляющего смесь изопренового каучука и полиэтилена высокого давления, очевидно, сказывается особенность СКИ легко деструктировать при механическом воздействии, особенно при температурах выше 70 0С. Начальная молекулярная масса СКИ при переработке на вальцах Т= 140–150 0С может значительно снижаться. Вероятно, при наполнении дисперсными наполнителями процесс механодеструкции СКИ развивается в большей степени, что приводит к повышению эластичности пленок при растяжении в области относительно небольших количеств молотого кварцевого песка (до 30 масс.ч.). Далее на способность к удлинению ТЭП–2 в большей степени начинает влиять увеличение общей поверхности наполнителя, возможность его агрегации, что приводит к снижению относительного удлинения [7].

При наполнении ТЭП–3, представляющего смесь СКИ, СКЭПТ и ПЭВД, описанный выше эффект не проявляется (относительное удлинение практически не изменяется при всех изученных концентрациях наполнителя). Вероятно, при введении наполнителя конкурентно начинают работать два фактора: механодеструкция СКИ, приводящая к росту эластичности ТЭП–3 при наполнении, и, наоборот, ухудшение деформируемости вследствие введения неактивного наполнителя. 

Все изученные ТЭП характеризуются довольно большой текучестью расплава (при температуре 180 0С) (рис.2). По этому показателю ТЭПы можно расположить в ряд – ТЭП–2 > ТЭП-3 > ТЭП–1. В области содержаний наполнителей 5–10 масс.ч. на 100 масс. ч. ТЭП имеет место экстремальное увеличение ПТР, наиболее ярко проявляющееся в случае ТЭП–2 и практически не наблюдаемое в ТЭП–1. Этот эффект хорошо объясняется с позиции сделанных выше предположений об интенсификации процессов механодеструкции СКИ в составе ТЭП при введении наполнителя.

Рисунок 4. Показатель текучести расплава при 175 0С ПВХ-композиций, модифицированных ТЭП: 1 - ТЭП-1 (70 СКЭПТ: 30 ПЭВД); 2 - ТЭП-2 (70 СКИ: 30 ПЭВД); 3 - ТЭП-3 (35 СКЭПТ: 35 СКИ: 30 ПЭВД).

Анализируя приведенные выше данные, можно заключить, что наиболее интересные результатыполучены при введении наполнителей в ТЭП–2. 

Далее в работе изучено эластифицирующее действие ТЭП на пластифицированные ПВХ- композиции. Известно, например, что с введением бутадиенстирольного и изопренстирольного термоэластопластов в ПВХ снижаются прочность при растяжении и жесткость смесей, увеличивается относительное удлинение. В нашем случае падение прочностных свойств незначительно, а в области малых количеств ТЭП в ПВХ-композициях оно почти не наблюдается. Наибольший модифицирующий эффект по показателю термостабильности достигается при концентрациях смесевых ТЭПов от 1 до 5 масс.ч. (рис.3). Введение термоэластопластов практически не приводит к росту потери белизны при термообработке. Анализ концентрационных зависимостей свойств показал, что наибольшей эффективностью обладают ТЭПы на основе каучука СКИ и ПЭВД, представляющие смесевые термоэластопласты, полученные на основе несовместимых с ПВХ каучука и полиэтилена. 

Из представленных данных (рис.4) следует, что введение ТЭП-2 и тройного ТЭП-3 приводит к повышению показателя текучести расплава почти на порядок, причем концентрационные кривые изменения показателя текучести расплава не выходят на плато, а с увеличением концентрации ТЭП продолжают расти. В этом видится большой резерв облегчения перерабатываемости расплавов ПВХ-композиций при дальнейшем введении наполнителей, когда традиционно вязкость расплава повышается. 

Рисунок 5. Зависимость термостабильности (1) и показателя текучести расплава (2) композиций ПВХ-ТЭП от содержания молотого кварцевого песка.

Повышение показателя текучести расплава (ПТР) позволит перерабатывать смеси ПВХ-ТЭПы при более низких температурах, что должно привести к повышению термической стабильности ПВХ-композиций. 

Представленные на рис. 5 зависимости термостабильности и показателя текучести расплава ПВХ-композиций, содержащих 5 масс.ч. ТЭП-2, от содержания молотого кварцевого песка показывают, что оптимум свойств наблюдается при его концентрации порядка 20 масс. ч. Особенно необходимо отметить улучшение перерабатываемости (возрастание ПТР) с введением наполнителя во всем интервале его содержания (до 50 мас.ч.). При введении молотого кварцевого песка в исходную пластифицированную ПВХ-композицию эффект повышения ПТР наблюдается незначительный и только при концентрациях до 5 масс.ч. 

Рисунок 6. Кривые течения систем ПВХ (100 масс.ч.) + ТЭП-2 (5 масс.ч.), наполненных молотым кварцевым песком.

Из анализа характера кривых течения расплавов систем ПВХ-ТЭП, содержащих молотый кварцевый песок (рис.6) , следует, что введение наполнителя при всех изученных концентрациях приводит к сдвигу кривых в область более низких напряжений сдвига, то есть снижению эффективной вязкости расплавов в достаточно широкой области скоростей сдвига. Очевидно, такой эффект можно объяснить характером взаимодействия в системе полимер-термоэластопласт-наполнитель. Наличие промежуточного граничного межфазного слоя ТЭП между частицами наполнителя и матрицей жесткоцепного ПВХ позволяет облегчить течение расплава [3].

Таким образом, проведенная модификация пластифицированного наполненного ПВХ смесевыми термоэластопластами расширяет возможности создания перспективных материалов строительного назначения, характеризующихся как лучшими технологическими, так и эксплуатационными свойствами. 

Список используемой литературы

 1. Стрепихеев А.А., Деревицкая В.А. Основы химии высокомолекулярных соединений. - М.: Химия, 1976. 440 с.

2. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. - М.: Химия, 1978. 544 с.

3. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения. - М.: Высшая школа, 1981. 656 с.

4. Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров. - М.: Химия, 1989. 432 с.

5. Папков С. П. Физико-химические  основы переработки растворов  полимеров. – М.: Химия, 1971.

6. Т.В. Гаевская, Л.С. Цыбульская. Известия РАН. Материаловедение 51, 32 (2001).

7. Соколова Ю. А., Готлиб Е. М. Композиционные материалы на основе модифицированных полимеров.- М- Юниар-принт,2000.- 200с