Личный кабинет | Регистрация | English
ПЛАСТИНФО Главная страница: пластик, оборудование, упаковка, пластмасса, ПВХ, экструдер, термопластавтомат, полипропилен, полиэтилен
Ежегодный справочник покупателя «Полимерная индустрия»
Plastube.ru – видео про индустрию переработки пластмасс, полимеров и каучука
ПОИСК

Экспорт новостей

ПОЛИМЕРНАЯ ИНДУСТРИЯ: Новости. Статьи. Цены. Выставки. Торговля. Вакансии : Оборудование, пластмассы, пластики, изделия
стать партнером

Яндекс.Метрика
Рейтинг@Mail.ru

Медиаплан 2014

 СТАТЬИПОЛИМЕРНАЯ ИНДУСТРИЯ : СТАТЬИ И ОБЗОРЫ

Технология пластизолей

Тема: Технологии

пластизольПластизоли - это дисперсии в пластификаторе виниловых смол специального назначения. Предполагают, что при переработке в готовое изделие в композиции останется почти весь пластификатор, то есть улетучивание будет мало. Если течению композиции способствует добавляемый растворитель - «пластификатор», который улетучивается при переработке, то такую композицию называют органозолем. Разделительная линия между этим терминами определяется тем, что органозоль содержит несколько процентов (например, >5 %) растворителя. Фактически термин «растворитель» здесь употреблен неверно. Никто не ожидает, что «растворитель» будет растворять смолу; это повысило бы вязкость и мешало бы переработке используемых для пластизолей относительно высокомолекулярных эмульсионных смол. Применяемые в пластизолях и органозолях «растворители» вызывают очень ограниченное набухание смолы и снижают вязкость дисперсии. Поэтому они являются по своему действию летучими разбавителями (или разжижителями). Иногда для описания таких композиций используют термин «модифицированный пластизоль». Следует учесть, что для полимеров с меньшим молекулярным весом растворители используют в классическом понимании как средства для растворения полимера.

Дисперсионные смолы для пластизолей имеют очень малый размер частиц (1-2 мкм) по сравнению с суспензионными смолами, предназначенными для обычного компаундирования, что приводит к быстрому диспергированию в пластификаторе. Их часто используют с небольшим количеством ПВХ, имеющего частицы большего размера, называют «смолой для смешивания» (экстендер). Влияние расширения распределения частиц смеси смолы заключается в снижении количества пластификатора, израсходованного на заполнение пустот между частицами смолы, и повышении количества пластификатора в дисперсии. Результатом является пониженная и более стабильная вязкость как при складском хранении, так и при смешивании и переработке. Однако использование частиц большего размера увеличивает склонность к осаждению и может снизить механические свойства, прозрачность, глянец и скорость желатинизации. Применяют также сополимеры винилацетата, такие пластизоли обладают пониженными температурами желатинизации и плавления по сравнению с гомополимерами, но вследствие повышенной растворимости в пластификаторе они могут иметь повышенную вязкость.

При разработке композиций пластизолей наиболее важным моментом является правильный выбор смолы и пластификатора. Пластификаторы общего назначения (ОН), такие как ДОФ, обеспечивают приемлемую вязкость пластизоля и его обработку во всем диапазоне концентраций. Алифатические диэфиры, такие как адипинаты и карбоксилаты циклогексана, а также линейные фталаты, обеспечивают вязкость ниже, чем сорта ОН. Низколетучие пластификаторы, такие как ДИДФ, обычно придают более высокую вязкость, чем пластификаторы ОН. Пластификаторы с быстрой сольватацией, такие как ДГФ и ББФ, приводят к получению пластизолей, обладающих повышенной вязкостью вследствие набухания частиц смолы. Вторичные углеводородные пластификаторы обеспечивают низкую вязкость, но их применение ограничено небольшими количествами (кроме органозолей) вследствие незначительной совместимости с винилом. Как и для всех составов композиций, тип и количество пластификатора определяются требуемыми свойствами старения и механическими характеристиками для определенного применения. Чтобы обеспечить получение требуемых свойств, переработчик должен правильно выбрать смолу и другие добавки, а также условия переработки.

Большинство наполненных композиций ПВХ (и не только пластизолей) содержат карбонат кальция. Обычно размер частиц наполнителя составляет 1-2 мкм, а его концентрация равна или несколько выше концентрации пластификатора. Наполнение приводит к повышению вязкости пластизоля, приемлемой для большинства способов переработки, обычно снижающейся со скоростью сдвига. Часто это не относится к сортам карбоната кальция (или другого наполнителя) с субмикронными размерами. Как правило, повышенную вязкость получают, используя наполнитель с повышенным маслопоглощением, меньшим размером частиц и неправильной формы. К другим применяемым наполнителям относятся бариты, используемые для поглощения звука вследствие их высокой плотности; кальцинированная глина - для придания электрических свойств; и гидратированные наполнители - для придания огнестойкости и дымоподавления. Диоксид титана, используемый в качестве пигмента и для поглощения УФ, повышает вязкость пластизоля при концентрации 2-8 ч. на 100 ч. смолы, однако это повышение не влияет на перерабатываемость. С другой стороны, можно ожидать, что высокодисперсная сажа существенно повысит вязкость. В связи с тем, что в любом случае необходим высокий уровень дисперсности, заслуживает внимания использование дисперсий паст пластификатора. Добавляемые антипирены для эффективной работы требуют тесного контакта добавки со смолой; поэтому не удивительно, что такие АП, как оксид сурьмы и гидратированные наполнители (ТГА и БМС), увеличивают вязкость и ее рост при хранении.

Часто с наполнителем при смешении вводят смеси металлических стабилизаторов или другие порошкообразные добавки, что особенно предпочтительно при загрузке композиций с большой концентрацией наполнителя. С пластификатором добавляют оловоорганические и смешанные жидкометаллические стабилизаторы. В связи с тем, что термостабилизаторы для пластифицированного ПВХ обычно имеют поверхностно-активные свойства, изменение стабилизатора может оказать заметное влияние на вязкость пластизоля. Это также справедливо в отношении смазок и родственных добавок.

Обычно радикально повысить вязкость пластизоля можно введением полимеров относительно высокого молекулярного веса или эластомеров, таких как НБК. Это удобнее проводить со смесями латексов. Обычно разработчик материалов должен рассматривать латексы, растворы и композиции пластизолей как широкое единое поле для использования в различных применениях.

Добавки, регулирующие реологические свойства

При разработке пластизолей и органозолей, так же как в случае виниловых латексов и растворов, технолог рассматривает переработку многофазной системы до стадий желатинизации и плавления, которые происходят, когда переработка обычно кончается. Это отличается от разработки «сухих» композиций, переработка которых обычно продолжается после плавления композиции; то есть формование в готовое изделие происходит после плавления, а не до этого.

Для снижения вязкости пластизоля применяют различные добавки; их называют вязкостными депрессантами. Обычно это поверхностно-активные вещества, которые снижают поверхностное натяжение пластификатора, возможно, это происходит избирательно на границе раздела полимера и наполнителя. Простейшими из них являются спирты, такие как 2-этилгексанол (2-ЭГС) и изодециловый спирт (ИДС). Их обычно используют с соответствующими сложноэфирными пластификаторами: 2-ЭГС, например, с ДОФ или ДОА, ИДС с ДИДФ. При концентрации 1-3 ч. вязкость и, особенно, ее рост снижаются. Оба этих соединения являются летучими и испаряются при температуре плавления, поэтому они оказывают слабое отрицательное влияние на свойства расплавленной композиции. С другой стороны, они обладают выраженным запахом, который может стать неприемлемым при переработке. В некоторых случаях после плавления остаются следы запаха, которые могут оказаться недопустимыми.

Добавки, которые используются как вещества, повышающие совместимость жидких стабилизаторов (компатибилизаторы), также используются для понижения вязкости, например, монобутиловый эфир этиленгликоля (Butyl Cellosolve) или монобутиловый эфир диэтиленгликоля (Butyl Carbitol, оба выпускаются фирмой Dow Chemical). При концентрации 1-3 ч. их эффективность в понижении вязкости и ее роста выше, чем у алифатических спиртов. При плавлении поверхностно-активные гликолевые эфиры могут полностью испаряться. После переработки их присутствие имеет заметный запах.

Применяют и постоянные нелетучие ПАВы, обычно в количестве 1-2 ч. К ним относятся этоксилированные производные нонилфенола, такие как Tergitol NP-10 (Dow) или Igepal CO-520 (Rhodia) (CAS 127087-87-0). Их можно добавлять для термостабильности композиций, стабилизированных нонилфенолятами кальция или бария, перенасыщенными основаниями. ПАВ на основе нонил-фенолятов (как и стабилизаторы) чувствительны к обесцвечиванию оксидом азота (кислый газ), что должно быть сбалансировано с эффективностью в отношении снижения вязкости. Для лучшего сохранения цвета может быть предпочтительным использование алифатических неионных ПАВ на основе полигликолей, таких как Pegosperse 400 МО (ПЭ гликоль моноолеат; CAS 9004-96-0) и 400 LM (ПЭ гликоль монолаурат; CAS 9004-91-3) (оба фирмы Lonza), или сложных эфиров полиолов, таких как Polysorbate 80 (CAS 9005-65-6) (BASF). Все эти соединения не испаряются при переработке и полезны как средства для обработки наполнителя, как вещества для деаэрации и вещества, улучшающие структуру пены во вспененных пластизолях. Иногда применяют ионные ПАВ, но чаще используют ПАВ на основе солей натрия тауриновой кислоты с общей формулой RCONR'—CH2CH2—SO3H, которые выпускаются под торговой маркой (Igepon Rhodia) и Hostapon (Clariant). Они особенно полезны в получении пластизолей, когда затруднено диспергирование наполнителя. Они могут усилить эффективность поверхностных антистатиков, что аналогично ПАВ на основе полиолов. Композиции, содержащие вещества, снижающие вязкость, должны быть испытаны на долговременную термостабильность и возможность экссудации.

В качестве веществ, снижающих вязкость, могут выступать и стабилизаторы пены пластизоля. Для вспененных пластизолей эти факторы должны быть рассмотрены совместно. И наоборот, вышеуказанные вещества, снижающие вязкость, действуют и как вещества для деаэрации. Во всех трех областях можно использовать силиконовые добавки, но необходимо соблюдать осторожность, если требуются, даже на других линиях, обеспечение адгезии, нанесения печати или декорирование. В некоторых областях применения необходимо повышение вязкости пластизолей, а не ее уменьшение. Это, например, покрытия волокон, когда нежелательно просвечивание и необходима стойкость герметиков к стеканию во время отверждения. Во многих таких случаях необходимы высокая вязкость при низкой скорости сдвига и низкая вязкость при более высоких скоростях сдвига. Для пластизолей с высокой степенью наполнения карбонатом кальция такой эффект может быть достигнут за счет выбора сорта карбоната кальция. Сорта с размером частиц 1-2 мкм обеспечивают значительное повышение вязкости, если, например, концентрация их использования такая же, как и концентрация сложноэфирного пластификатора. Сорта с более крупными частицами 8-10 мкм оказывают лишь незначительный эффект загущения, но осажденные сорта с субмикронным размером частиц и высоким маслопоглощением (>20 г/100 г) обеспечивают большое увеличение вязкости. Поэтому в композициях, наполненных обычно некоторым количеством карбоната кальция с размером частиц 1-2 мкм и большим количеством более крупно¬го наполнителя, будет полезно включать фракцию мелкого осажденного карбоната кальция. При переработке с высокими скоростями сдвига широкий диапазон фракционного состава также способствует снижению вязкости при сдвиге.

Когда степень наполнения невелика, загущают пластизоль обычно низкой концентрацией (1-3 ч.) высокодисперсного кремнезема. Наиболее эффективен ультратонкий коллоидный оксид кремния; подходящими сортами являются Cab-0-Sil (Cabot) и Aerosil (Degussa). Сорта осажденного гидратированного кремнезема, такие как HiSil (PPG) и Zeothix (Huber), менее эффективны в загущении и их применяют в более высоких концентрациях (2-5 ч.); но они также менее подвержены действиям низкомолекулярных добавок, притягиваемых к их поверхности. Для коллоидного оксида кремния взаимодействие с добавками, снижающими вязкость, обеспечивающими деаэрацию и стабилизирующими пену, может снизить эффективность. Для сведения этого эффекта к минимуму часто их добавляют в композицию после диспергирования других добавок; это не представляет проблемы благодаря высокодисперсному коллоидному оксиду кремния. Обычно количество добавляемого коллоидного оксида кремния очень мало, чтобы придать мутность или рассеивать свет, что также связано с высокодисперсностью частиц и может быть использовано в полупрозрачных композициях. Потребители должны учитывать возможность существования опасной пыли при использовании коллоидного оксида кремния.

Существует целый ряд загустителей специального назначения. Например, дистеарат алюминия (Ferro, Norac) используют в бетонных покрытиях как загуститель и связующее. Когда необходима прозрачность, применяют, по меньшей мере, два класса органических загустителей. Один из них - полиакриловая кислота, выпускаемая под маркой Carbopol (Noveon). Она полезна и для обработки наполнителя; сочетание наполнителя и полиакриловой кислоты может ликвидировать взаимный эффект загущения. Используют в концентрации 0,5-3 ч. Другой класс - сульфонат кальция, выпускаемый под маркой Ircogel 900 фирмой Noveon, который применяют в концентрации 0,5-3 ч. Обычно ни один из них не является столь эффективным, как коллоидный оксид кремния; однако оба они обеспечивают повышенную стабильность при хранении, к температуре и сдвигу, а также - прозрачность.

Органозоли

В тех случаях, когда для достижения определенных свойств концентрация пластификатора должна быть ниже 50 ч. на 100 ч. ПВХ, добавляют летучие органические добавки для образования органозолей. Чаще всего применяют углеводороды благодаря их относительно низкой цене и легкости регенерации. В пластизольных композициях, содержащих 25-50 ч. сложноэфирного пластификатора, добавление 5-10 ч. углеводородного разбавителя приводит к низкой и стабильной вязкости. Отобранные марки должны обеспечивать температуру воспламенения, согласующуюся с условиями безопасной работы. Конечно, скорость испарения снижается с повышением температуры воспламенения, но эффективность регенерации растворителя возрастает.

Вместо углеводородного разбавителя можно использовать кетон или сложный эфир; такое вещество обычно называют не разбавителем, а диспергатором, что отражает его совместимость с винилом. Типичными добавками этого класса являются диизобутил кетон и гексил ацетат. Они оказывают большее влияние на вязкость, чем углеводороды, но требуют больше затрат для регенерации растворителя. Экономии можно достичь, смешивая углеводороды с кетонами или сложными эфирами, но их не только труднее эффективно регенерировать, но и труднее поддерживать постоянство состава во время рециркуляции. При отсутствии надлежащих систем регенерации растворителя необходимо проконсультироваться с изготовителем по возможности использования других вариантов, таких как, например, компаундирование винилового латекса.

Приготовление пластизолей

Помимо влияния скорости сдвига на вязкость, для эффективного смешения пластизоля требуется решение проблем диспергирования, выделения тепла и, возможно, деаэрации. Как и для любого смешения, необходимо разрушить твердые агломераты (хорошее диспергирование) и достичь гомогенной композиции (хорошее распределение). Для диспергирования необходим сдвиг. Это должно быть осуществлено без чрезмерного образования тепла, чтобы предотвратить начало желатинизации, что может легко произойти при температурах 40 °С или выше. Желательно поддерживать температуру ниже 30 °С, используя охлаждающую рубашку, короткие циклы и соответствующие скорости перемешивания.

Важно, чтобы все содержимое смесителя перемешивалось равномерно и активно. Это особенно важно для тех пластизолей, вязкость которых снижается со сдвигом (сдвиговое разжижение). В этих случаях желательно наличие на валу нескольких лопастей. Композиции, вязкость которых уменьшается при увеличении скорости сдвига, обычно более эффективно смешивать при повышенных скоростях, тогда как дилатантные (загустевающие при увеличении скорости сдвига) пластизоли лучше смешивать на пониженных скоростях.

К смесителям низкой интенсивности относятся ленточные смесители, конические шнековые смесители, планетарные и сдвоенные планетарные тестосмесители. Ленточные и конические шнековые смесители применяют для композиций с вязкостью от низкой до средней, где потребность в диспергировании отсутствует или мала, такие как процессы нанесения многих покрытий, распыление и окунание. Если необходимы небольшие количества труднодиспергируемых ингредиентов, таких как пигменты, то лучше всего добавлять их в пластификатор в виде дисперсии пасты.

Планетарные смесители пригодны для пластизолей с вязкостью от средней до высокой; здесь необходима высокая гомогенность, а потребность в диспергировании мала. К типичным областям применения относятся: герметики, адгезивы, формование полых изделий заливкой, покрытие ткани, наносимое ножевым устройством. Смесители низкой интенсивности обычно снабжены охлаждающими рубашками, их тепловыделение мало и существует небольшая тенденция захватывать воздух. С другой стороны, продолжительность смешивания велика, часто превышая один час, если отсутствует охлаждение. Планетарные смесители, такие как Ross, пригодны и для органозолей, так как их можно легко соединить с установкой для регенерации растворителя.

Высокоинтенсивные смесители бывают двух основных типов: высокоскоростные смесители, такие как Cowles Dissolver, и смесители с сигмовидными лопастями, такие как Littleford. Высокоинтенсивный смеситель Cowles следует использовать для пластизолей с низкой вязкостью, не требующих особых мер по диспергированию, например покрытие, наносимое реверсивным или прямым валиком, ламинирование или распыление. Несмотря на охлаждающую рубашку, тепловыделение и захват воздуха могут быть высокими, поэтому циклы должны быть короткими (10-20 мин.). С другой стороны, смесители с сигмовидными лопастями лучше подходят для пластизолей со средней вязкостью. Тепловыделение и захват воздуха ниже благодаря времени цикла. Смесители с сигмовидными лопастями обладают хорошей способностью диспергирования. Высокоскоростные и имеющие сигмовидные лопасти смесители могут быть оснащены оборудованием для отвода испарений разбавителя, чтобы использовать для органозолей.

В смесители низкой интенсивности загружают обычно 60-80% пластификатора и жидкий стабилизатор. После начала охлаждения водой и включения мешалки происходит быстрое введение и распределение смолы. Затем, если необходимо, добавляют порошковые стабилизаторы. Это часто сопровождается коротким периодом смешивания для завершения гомогенизации введенной смолы. В этот момент можно взять образец для контроля качества. Затем добавляют наполнитель со скоростью введения внутрь смеси, равной скорости добавления. Затем вводят пигмент или дисперсию другой пасты. В этот момент добавляют остаток пластификатора, включают вакуум для удаления захваченного воздуха и продолжают смешивание на основании опыта лабораторных результатов. Для пластизолей с высокой вязкостью и не содержащих наполнители обычно нет необходимости в удержании части пластификатора для улучшения сдвига. По завершении смешивания берут образец для контроля качества.

В смесителях высокой интенсивности весь пластификатор и все жидкие ингредиенты загружают сразу. Смолу, а затем другие твердые вещества добавляют в воронку высокоскоростной лопастной мешалки, при охлаждении и перемешивании, или дозируют в смеситель с сигмовидными лопастями, после чего включают вакуум.

Наибольшее многообразие в приготовлении пластизолей получают в комбинированных смесителях, представляющих собой и низко- и высокоинтенсивный смеситель, такой как комбинированный диссольвер Cowles (Morehouse Industries) или комбинированный смеситель Ross Versamix. В них находятся два или более вала, которые могут работать независимо. Загружают все жидкие ингредиенты и включают низкоскоростную импеллерную мешалку. Затем загружают последовательно смолу, наполнитель и другие ингредиенты. В этот момент включают высокоскоростную мешалку, охлаждение и вакуум и окончательно перемешивают. Для низковязких композиций можно использовать с самого начала обе импеллерные мешалки - с низким и высоким сдвигом. В случае органозолей необходимо применять закрытые электродвигатели и средства контроля за испарениями.

Для получения удовлетворительной деаэрации обычно можно комбинировать смолы для смешивания, что понизит вязкость, предварительно диспергировать труднодиспергируемые ингредиенты, использовать наполнители с обработанной поверхностью, вещества для снижения вязкости, вещества, облегчающие деаэрацию и использовать вакуум во время смешения. Когда это неосуществимо, удалить воздух можно на дополнительной стадии; наиболее подходящим оборудованием для этой цели является Cornell Machine Co. Versator. Это вакуум-смеситель-деаэратор, улучшающий гомогенность. Есть и другие виды оборудования, включая лабораторные варианты. Можно предположить, что захваченный воздух может оказаться полезным для вспененных пластизолей, однако это не так. Выделение упомянутого воздуха при вспенивании ведет к образованию сквозных отверстий и потере однородности ячеистой структуры.

Пластизоли умеренной вязкости обычно фильтруют через сито из нержавеющей стали, чтобы удалить случайные примеси, часто обусловленные применением дешевых наполнителей. Для применения в тонкопленочных покрытиях органозоли и низковязкие пластизоли фильтруют под давлением через кассетный или рукавный фильтры. Органозоли можно очистить и на трехвалковой краскотерке для улучшения дисперсности и отделения примесей.

Пластизоли следует хранить при температуре ниже 27-30 °С, чтобы предотвратить набухание смолы и повышение вязкости. При надлежащих условиях вязкость возрастает в течение нескольких дней после смешения и затем выравнивается. Достигаемое значение вязкости зависит от сольватирующей способности пластификатора; пластификаторы, способствующие быстрому плавлению, приводят к получению самых высоких значений вязкости. Если температура достигает диапазона 45-60 °С, то начинается желатинизация, что делает продукт непригодным. Надлежащее хранение подразумевает отсутствие контакта с окружающим воздухом. Поглощение влаги из воздуха может дестабилизировать вязкость пластификатора, снизить термостабильность готового продукта за счет гидролиза стабилизатора и отрицательно повлиять на ячеистую пену во вспененных продуктах. Может оказаться полезным покров сухого воздуха в складе для хранения; для очень чувствительных продуктов используют сухой азот.

Ашок Шах, Б. Микофалви, Л. Хорват, Ричард Ф. Гроссман

По материалам: «Руководство по разработке композиций на основе ПВХ», издательство НОТ


СТАТЬИ ПО ТЕМАМ
 Технологии [112]     Изделия [58]   
 Оборудование [29]     Сырье [86]   
 Обзоры рынков [92]     Интервью [61]   
 Репортаж [12]     Все статьи   

Статьи публикуются с разрешения автора и обязательным указанием ссылки на источник

Редакция оплачивает на договорной основе
технические статьи, маркетинговые отчеты, рецептуры, обзоры рынка
и другую отраслевую информацию и права не ее размещение

Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов!

По вопросам публикации и оплаты статей обращайтесь в редакцию:
Тел/Факс: +7 (495) 645-24-17
Прислать сообщение


Полное или частичное копирование любых материалов, опубликованных на Plastinfo.ru, для размещения
на других Интернет сайтах, разрешается только с указанием активной гиперссылки на plastinfo.ru !

Полное или частичное использование любых материалов, размещенных на Plastinfo.ru,
в СМИ, печатных изданиях, маркетинговых отчетах, разрешается только с указанием ссылки
на «Plastinfo.ru» и в некоторых случаях требует письменного разрешения ООО Пластинфо






Загрузить каталог книг



ОПРОС НА PLASTINFO.RU

Какой будет итог запрета импорта продуктов питания для России?

результаты


Проводится с 08.08 по 08.09.2014

Получаем результат...
  Авторские права | Ответственность | Защита данных © 2002—2014 ПЛАСТИНФО