ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА ПВХ-КОМПОЗИЦИИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается случай, когда вместо белгородского гидрофобизированного мела, вводимого в качестве наполнителя в состав ПВХ-композита, был добавлен модифицированный и немодифицированный природный базальт с госсиполом – технологический отход местной масложировой промышленности. Также рассматривается их влияние на свойства ПВХ-композита в условиях переработки.

ABSTRACT

In this article, instead of Belgorod hydrophobized chalk, which was introduced as a filler into the composition of the PVC composite, modified and unmodified natural basalt with gossypol, a technological waste of the local oil and fat industry and their effect on the properties of the PVC composite under processing conditions, was added.

Ключевые слова: госсиполовая смола, модифицированный базальт, термостабильность, аппретирование, относительная вязкость.

Keywords: gossypol resin, modified basalt, thermal stability, sizing, relative viscosity.

Одним из наиболее развивающихся направлений в области переработки пластмасс является производство продукции для сельского хозяйства и народного хозяйства, а также строительной отрасли. В этой части рынка ведущее место занимает ПВХ, на основе которого производятся различные изделия (трубы, рейки, подоконники, плинтусы, стеновые панели, оконные профили и т.д.), а также напольные покрытия. Композиции ПВХ, используемые для этих целей, представляют собой многокомпонентные системы, состоящие из различных видов термостабилизаторов, наполнителей, пигментов, модификаторов ударопрочности и других технологических добавок.

В данной работе рассмотрен вариант, когда вместо гидрофобного белгородского мела, вводимого в качестве наполнителя в состав ПВХ-композита, был добавлен модифицированный базальт с госсиполом и природный базальт, технологический отход местной нефтяной промышленности, и их влияние на свойства ПВХ-композита в условиях переработки [6; 7; 3; 4; 5].

Наполнители включали в состав суспензионной ПВХ-композиции, стабилизированной соединениями свинца (Кф=70). После предварительного тщательного перемешивания всех компонентов композиции в смесителе композицию подвергали экструдированию с последующей грануляцией при Т=190 °С.

Известно, что при наполнении полимеров вязкость их растворов увеличивается. В этом случае вязкость полимерных растворов, содержащих дискретные частицы неактивных наполнителей, подчиняется уравнению Гута – Смолвуда:

η = η_о(1 + 2,5v₂ + 14,lv₂²),

где  η – вязкость наполненного раствора композиции;

η_o – вязкость ненаполненного раствора композиции;

v₂ – объемное количество наполнителя.

Однако при использовании в качестве наполнителей белгородского мела и модифицированного шорсита скорость нарастания вязкости выше, чем по закону Гута – Смолвуда, что объясняется образованием адсорбированного полимерного слоя вокруг частиц наполнителя, повышающего эффективность действия наполнителя.

В таблице 1 представлены физико-технологические параметры ПВХ-композиции, наполненной модифицированным базальтом и белгородским мелом.

Таблица 1.

Зависимость количества наполнителей, добавляемых в ПВХ-композицию, от времени пластикации

Согласно результатам экспериментов, представленным выше (табл. 1), на производстве были выпущены канализационные трубы диаметром 100 мм. Полученные канализационные трубы полностью соответствуют требованиям и ГОСТам, указанным в технических условиях.

Из таблицы 2 видно, что использование базальта взамен белгородского мела позволило разработать ПВХ-композицию, которая по своим технологическим свойствам не уступает, а при использовании модифицированного базальта с госсиполовой смолой как наполнителя ПВХ по некоторым показателям превосходит стандартные рецептуры.

Таблица 2.

Физико-технологические показатели при производстве канализационных труб из поливинилхлоридных композиций с наполнителем

Исследовано влияние белгородского мела и модифицированного базальта на вязкость раствора ПВХ, и на рис. 1 представлены результаты зависимости относительной вязкости образцов на основе ПВХ от содержания наполнителя.

Рисунок 1. Зависимость относительной вязкости (η/η_о) пластифицированного и непластифицированного ПВХ-композита от количества модифицированного базальта (1) и белгородского мела (2): ПВХ:ДБФ = 2:1 (кривые линии 3, 4) . Температура – 190 °С

Сначала рассмотрим 3-ю и 4-ю кривые, находящиеся под линией относительной вязкости ненаполненной композиции в соответствии с пластифицированными образцами.

Аномальное снижение вязкости пластифицированного раствора ПВХ с концентрацией наполнителя до 2 мас.% аналогично снижению вязкости, наблюдаемому при наполнении белой глиной ПВХ:ДБФ = 2:1 (БС-30). Объяснение такого аномального снижения вязкости такое же, как и в [13; 12], а именно: частицы наполнителя (~100 нм), структуры распределены в этих областях пропорционально и тянут часть переходных цепей между ними. Следовательно, глобулярные образования имеют большую свободу движения во время течения, когда количество наполнителя невелико. Это приводит к снижению вязкости системы.

Если сравнивать показатели снижения вязкости, то видно, что вязкость непластифицированного ПВХ выше, чем у пластифицированного. Если количество наполнителя 2 м.ч. больше, то возникает вопрос, чем можно объяснить увеличение вязкости. Поверхность белгородского мела и базальта неактивна по отношению к ПВХ, поэтому вокруг частиц наполнителя не могут образовываться адсорбированные граничные полимерные расслоения.

Глобулы могут создавать гидродинамические (механические) трудности для движения частиц наполнителя в вязком потоке. В то же время наличие пластификатора или повышение температуры переработки снижает вышеперечисленные трудности (сравните кривые 3, 4 с кривыми 1, 2).

В связи с этим представляет практический интерес определение влияния гидрофобного белгородского мела, модифицированного базальта и непластифицированного ПВХ на ударную вязкость.

Известно, что способ аппретирования минеральных наполнителей органическими ПАВ позволяет приблизить поверхность наполнителя к природе полимера, в результате чего улучшаются свойства наполняемых композиций [15; 18].

Исследования показали, что пластические свойства ПВХ-композитов, содержащих базальт, модифицированный смолой госсипола, изменяются по сравнению с немодифицированными ПВХ-композитами. Процесс старения и разрушения ПВХ ускоряется в условиях высоких температур. Опыты по старению ПВХ показали, что термостабилность ПВХ-композита, наполненного модифицированным базальтом, выше, чем у исходных немодифицированных базальтовых образцов. Это связано с известным термостабилизирующим действием смолы госсипола на свойства полимера.

Таким образом, в результате модификации базальта улучшаются пластоэластические, прочностные свойства и термостабилность ПВХ.

На рис. 2 представлена ​​зависимость ударной вязкости образцов ПВХ от количества наполнителей.

Рисунок 2. Зависимость показателей ударной вязкости образцов ПВХ-композитов, наполненных белгородским мелом и модифицированным базальтом

Исследован механизм повышения ударной вязкости композиций на основе ПВХ. Показано, что определяющую роль в ударопрочности играют гетерогенность структуры ПВХ, сохранение гетерогенности и искусственное создание гетерогенности. Показана роль хорошо смешивающихся или частично смешивающихся добавок и модификаторов, обеспечивающих ударопрочные свойства [11; 8; 1].

Установлено, что наполнители группируются между узлами молекул в конце процесса, способствуют рассеянию внешней ударной энергии, заставляют микротрещины преодолевать большие расстояния, вращаться вокруг глобул и фрагментов [2; 14].

Видно, что ударная вязкость немодифицированных образцов увеличивается с увеличением количества наполнителей. То есть ударная вязкость образцов выше у немодифицированных образцов. Это, несомненно, приводит к лучшему сохранению глобулярной структуры матрицы ПВХ при температуре переработки, более равномерному распределению наполнителя вокруг глобул, а это, в свою очередь, приводит к меньшему количеству ударных трещин. Эта эффективность основана на том факте, что наполнитель рассеивает энергию удара внутри глобул ПВХ-матрицы без разрушения материала. С увеличением количества наполнителя в модифицированных образцах снижается ударная вязкость, что достаточно для объяснения того, что госсиполовая смола в составе ПВХ выступает не только как гидрофобизатор, но и как пластификатор для наполнителя, повышая его эластичность [10; 17].

Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что использование природного базальта вместо белгородского мела позволило разработать состав ПВХ-композиции, не уступающей по технологическим свойствам стандартной рецептуре. Свойства материалов на основе ПВХ определяются гетерогенной структурой, сохраняющейся при переработке полимера из раствора [16; 9].

Наибольшая эффективность проявляется в повышении ударной вязкости ПВХ-композиции, наполненной модифицированным базальтом. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что модифицированный базальт можно использовать в качестве наполнителя для ПВХ-композиции вместо белгородского мела.

Список литературы:

1. Базальт – новый наполнитель для полимерных композиционных материалов / С.В. Улегин, К.Д. Маркелова, Ю.А. Кадыкова [и др.] // Мир техники и технологий. – 2012. – № 8. – С. 60–61.
2. Бекназаров Э.М., Лутфуллаев С.Ш., Сайдалов Ф.М. Исследование ИК-спектров при переработке вторичных полимеров // Universum: технические науки. – 2001. – № 5. – С. 24–29.
3. Жумаева А.А., Лутфуллаев С.Ш. Базальт – полимер материаллар учун тўлдирувчи сифатида // Кимё, озиқ-овқат ҳамда кимёвий технология маҳсулотларини қайта ишлашдаги долзарб муаммоларни ечишда инновацион технологияларнинг аҳамияти: мавзусидаги Халқаро илмий-амалий конференция материаллари тўплами. – Наманган, 2021. – Б. 174–176.
4. Жумаева А.А., Лутфуллаев С.Ш. Дисперс толали базальт полимер композитлар учун тўлдиргич сифатида // Сборник трудов международной научно-технической конференции «Парадигмы в современных химико-физических технологиях: взаимодействие традиций и инновационных подходов». – Янгиер, 2022. – Б. 85–86.
5. Жумаева А.А., Лутфуллаев С.Ш. Место базальта сегодня // Сборник трудов международной научно-технической конференции «Парадигмы в современных химико-физических технологиях: взаимодействие традиций и инновационных подходов». – Янгиер, 2022. – Б. 118.
6. Жумаева А.А., Лутфуллев С.Ш. Базальтни модификация қилиш технологияси / Ўзбекистон миллий университети хабарлари. – Тошкент, 2022. – Б. 355–359.
7. Жумаева А.А., Лутфуллев С.Ш. ПВХасосида олинадиган материалларнинг хоссаларига тўлдирувчиларнинг таъсири // Фан ва технологиялар тараққиёти. – Бухоро, 2022.
8. Лутфуллаев С.Ш. Исследование влияния наполнителей на свойства ПВХ-композиций // Актуальные научные исследования в современном мире. – Переяслав-Хмельницкий. – 2016. – Вып. 5, ч. 2. – С. 116–119.
9. Лутфуллаев С.Ш. Разработка и исследование свойств термостабилизаторов для поливинилхлорида на основе вторичных модифицированных продуктов // Журнал -т. ф. н. дисс... Тошкент, 2010. – Т. 120.
10. Лутфуллаев С.Ш., Бекназаров Х.С. Исследование термостабильности ПВХ-композитов, наполненных модифицированным базальтом // Universum: технические науки: научный журнал. – М. : МЦНО, 2022. – № 9 (102), ч. 3. – С. 44–47 / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/category/9102.
11. Лутфуллаев С.Ш., Давронова Ф.Л. Стабилизация ПВХ химическими добавками // Universum: химия и биология. – 2019. – № 7. – С. 31–33.
12. Лутфуллаев С.Ш., Росилов М.С. Research of Physico-Chemical and Mechanical Properties of Polymer Waste // NVEO Natural Valatiles Essential Oils. Nat. Volatiles & Essent. Oils. – 2021. – № 8 (5). – P. 6840–6847.
13. Маҳаллий хом-ашёлар асосида тўлдиргичлар ишлаб чиқариш муаммолари / С.Ш. Лутфуллаев, М.Ж. Қурбонов, Ғ.Ч. Шодиев, Ф.А. Салоҳиддинов [и др.] // Табиий бирикмалар ва полимерларнинг спектроскопик тадқиқотларни ташкил этиш масалалари: Республика илмий ва илмий-техник анжумани мақолалар тўплами. – Қарши, 2013.
14. Мирвалиев З.З., Лутфуллаев С.Ш. Летучесть стабилизаторов и их относительная совместимость с галоидсодержащим каучуком специального назначения // Актуальные научные исследования в современном мире. – С. 110–115.
15. Пластификаторы, стабилизаторы и наполнители ПВХ композиций / Э.А. Арипов, Л.Х. Пяк, Б.Н. Хамидов, Х.У. Мергенбаева [и др.]. – Ташкент : Фан, 1994.
16. Azizkulov R.J.U., Lutfullayev S.S., Nazarov F.F. Complex use of secondary polymer waste // Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences. – Т. 2, № 5. – P. 588–592.
17. Elmurodov A.U., Lutfullayev S.S., Nazarov F.F. mechanism of modification of polymer waste // Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences. – Т. 2, № 5. – P. 571–577.
18. Lutfullayev S.SH. Development of thermostabilizers for polyvinylchloride based on secondary modified products : monografiya. – Published by Novateur Publication 466, Sadashiv Peth, M.S. India, 2021.