Эдвард Дж. Виксон, Ричард Ф. Гроссман
Под ред. Ф. Гроссмана. 2-е издание
Пер. с англ. под ред. В.В. Гузеева
Издательство: “Научные основы и технологии”
В книге представлены все этапы разработки рецептуры смеси, описаны все основные ингредиенты композиции и распространенные добавки к ним.
Во втором издании были пересмотрены некоторые подходы к механизму получения ПВХ-композиции, описаны новые достижения в данной сфере, учтены все замечания экспертного сообщества.
В книге подробно рассмотрены все аспекты создания смеси, показано как модифицировать основу под специфические требования к готовому изделию, разъясняется почему и какие ингредиенты дают в композиции определенный эффект.
Глава 1. Разработка композицийна основе ПВХ
1.1. Введение
Поливинилхлорид (ПВХ, «винил» — часто употребляемое название в торгово- производственной сфере) стал значимым материалом в промышленном производ- стве гибких изделий после Второй мировой войны, заменив каучук, кожу и целлю- лозные материалы во многих областях. По мере развития технологии переработки непластифицированный (жесткий) ПВХ начал активно вытеснять металл, стекло и древесину. Признание ПВХ основано на его благоприятном соотношении «цена– качество». При надлежащей разработке композиции можно получить большой на- бор полезных свойств при низкой стоимости —погодостойкость, инертность ко мно- гим средам, присущая ему стойкость к воздействию пламени и микроорганизмов.
ПВХ является термопластом, свойства которого очень сильно зависят от соста- ва композиции. Содержание наполнителя колеблется от нескольких частей на 100 частей полимера, как например, в напорной трубе, в то время как в напольной плит- ке, полученной каландрованием, — до сотен частей на 100 частей ПВХ. Последнюю естественно считать, что она состоит больше из наполнителя, чем из ПВХ.
Мягкие композиции обычно содержат до 70 частей пластификатора на 100 частей полимера. ПВХ композиции всегда содержат термостабилизаторы и смазки (или ингредиен- ты, сочетающие в себе оба свойства). Они могут содержать наполнители, пластифи- каторы, красители, антиоксиданты, биоциды, огнезащитные добавки, антистатики, модификаторы ударопрочности и перерабатываемости, а также другие ингредиенты, включая другие полимеры. Таким образом, разработка композиций — процесс не- простой. Цель данной книги — сделать его проще для понимания и осуществления.
1.2. Влияние состава на переработку
Цель разработчика композиции состоит в том, чтобы получить такой материал, который при удовлетворительной переработке имел бы приемлемые свойства, близ- кие к ожидаемым. Все это должно быть проделано в рамках определенных ценовых параметров. Поэтому на практике целью является разработка наилучшей компо- зиции с точки зрения стоимости и конкретных свойств. Такую разработкуследует считать рациональной. Альтернативой этому может быть разработка самого деше- вого материала, который может быть переработан с трудом , или едва удовлетворит требованиям заказчика и условиям эксплуатации. Такая альтернатива, как правило, создает больше проблем, чем их решает. Хотя эта книга адресована главным обра- зом разработчику рациональных композиций, можно надеяться, что и стесненные в расходах специалисты смогут найти много полезного для себя.
Надо иметь в виду, что композиция, которая оптимальна в этом году, может не оказаться таковой в следующем. Даже если она оптимальна на одном предприятии, на такой же технологической линии, она может быть не столь оптимальной на дру- гой. Пригодность ПВХ для различных способов переработки в значительной степе- ни определяется знаниями и опытом инженера-технолога. Композиции на основе ПВХ перерабатывают каландрованием, экструзией, литьем под давлением, их мож- но наносить в виде покрытий. Переработка всегда начинается со стадии смешения, на которой смешивают добавки и ПВХ. В результате получается сухая (или не очень сухая) смесь, пластизоль, органозоль, смешанный латекс или раствор. За стадией смешения следуют пластикация и сплавление на стадии производства изделия (как правило, в случае жесткого ПВХ) или на отдельной стадии гранулирования, пред- шествующей производству конечного продукта. Стадия гранулирования является обычным процессом для пластифицированного (гибкого) ПВХ, особенно если гра- нулят должен быть перевезен в другое место, например, на предприятие заказчика. От скорости сухого смешения может зависеть конечная производительность.
Хотя на скорость смешения могут влиять различные ингредиенты, в первую оче- редь она зависит от типа ПВХ и конкретного пластификатора. Определенные типы ПВХ специально разработаны для быстрого поглощения пластификатора. Тип пла- стификатора (его полярность), вязкость и растворяющая способность являются ключевыми факторами. Однако их, как правило, подбирают с точки зрения дости- жения требуемых свойств композиции, а не из-за легкости поглощения. Иногда, для того, чтобы подобрать необходимый состав применяют такие действия, как предва- рительный нагрев пластификатора или определенный порядок добавления ингре- диентов. Сухое смешение и смешение растворов ПВХ, латексов, пластизолей и ор- ганозолей рассмотрены в соответствующих главах этой книги.
Режим переработки через расплав жестких и мягких композиций в основном за- висит от типа ПВХ. Примерами легкоплавких смол являются гомополимеры с низ- ким молекулярным весом (низкое значение Kф) и сополимеры с винилацетатом. Пластификаторы, обладающие высокой сольватирующей способностью, такие как бутил бензил фталат (ББФ), повышают скорость пластикации. Следует подчер- кнуть, что выбор как типа ПВХ, так и пластификатора диктуется областью приме- нения материала, в то время как другие ингредиенты, в частности, смазки, стабили- заторы и модификаторы перерабатываемости подбирают для увеличения скорости переработки. В крупномасштабных производствах композиций на основе жесткого Разработка композиций 7
ПВХ для производства таких изделий как трубы, сайдинг и оконные профили ис- пользуется непосредственно сухая смесь. Определенные виды применения гибкого ПВХ, например экструзия изоляции проводов, также зачастую основаны на сухой смеси. Однако наиболее пластифицированные композиции производят путем сме- шения через расплав в смесителе закрытого типа с последующим гранулированием в экструдере или с помощью комбинации двух экструдеров, совмещающих функ- ции смесителя и гранулятора. При переработке расплава вязкость и сила трения о металлические поверхности являются не только очевидными факторами, необхо- димыми для плавления и гранулирования, но они также ограничивают производи- тельность, являются причинами износа оборудования и возможными источниками деструкции ПВХ. Это, конечно, относится к переработке при изготовлении не толь- ко гранул, но и конкретных изделий. Все вышесказанное в значительной степени за- висит от рецептуры и выбора оборудования. Можно допустить два крайних сцена- рия организации производства композиций:
1. Разрабатывается оптимальная композиция с наилучшим соотношением «цена–качество». Затем устанавливаетсяоборудование для переработки, позволя- ющее достигать наибольшей производительности и наилучшего качества. При рас- ширении производства устанавливается такое же оборудование. Такой план дей- ствий применяется в случае крупнотоннажных производств жестких композиций ПВХ и лежит в основе быстрого роста этого сектора в Северной Америке. Как след- ствие, разработки новых и улучшенных продуктов подталкивают к кооперации по- ставщиков оборудования и ингредиентов.
2. Разработка рецептур продолжается, зачастую бесконечно, чтобы создать композицию, которая удовлетворяла бы требованиям после переработки на грани возможностей оборудования, которое оказалось под рукой или купленного за ми- нимальную цену. Это типичный случай в производстве некоторых мягких компо- зиций. Такой подход является основной причиной того, что некоторые участники рынка не выдерживают конкуренции с иностранными производителями и причи- ной замены пластифицированного ПВХ более новыми материалами, например, тер- моэластопластами.
