СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВОГО ПЛАСТИФИКАТОРА ДЛЯ КОМПОЗИЦИИ ПВХ-ПЛАСТИФИКАТА, КОТОРЫЙ ПРИМЕНЯЕТСЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОКАБЕЛЕЙ

АННОТАЦИЯ

В мире отмечается рост потребности в кабельной продукции и сырье для её производства. На основе местного сырья завода ПРОКАБ, РУз, совместно с Ташкентским научно-исследовательским институтом химической технологии получен новый диизоамилфталатный пластификатор. Был изучен процесс синтеза пластификатора в лабораторных условиях, а в условиях производства получены образцы и исследованы их физико-химические свойства. Результаты исследований подтвердили соответствие нового материала стандартным нормам. Был произведен кабель АПУНП, оболочка которого выполнена на основе пластификатора, и исследованы его физико-механические свойства. По результатам стандартных испытаний в лаборатории завода данный кабель признан отвечающим стандартным требованиям.

ABSTRACT

The world is experiencing an increase in demand for cable products and raw materials for their production. Based on local raw materials from the ProCAB plant, Republic of Uzbekistan, together with the Tashkent Research Institute of Chemical Technology, a new diisoamyl phthalate plasticizer was produced. The process of plasticizer synthesis was studied in laboratory conditions, and samples were obtained under production conditions and their physicochemical properties were studied. The research results confirmed the compliance of the new material with standard standards. An APUNP cable was produced, the shell of which was made on the basis of a plasticizer, and its physical and mechanical properties were studied. Based on the results of standard tests in the factory laboratory, this cable was found to meet standard requirements.

Ключевые слова: диизоамилфталат, фталовый ангидрид, кабель, облочка кабеля, пластификатор, платификат, технические требования.

Keywords: diisoamyl phthalate, phthalic anhydride, cable, cable sheath, plasticizer, platificate, technical requirements,

Введение

В настоящее время во всем мире производится около 100 различных пластификаторов и только 50 из них коммерчески важные. Так, 80% мирового рынка данных добавок приходится на семь пластификаторов. Около 90% из общего количества применяют в производстве пластифицированного ПВХ и гибких материалов. Около 90% пластификаторов представляют собой сложные эфиры: например, адипинаты, азелаты, цитраты, бензоаты, ортофталаты, терефталаты, себацинаты и тримеллитаты [1-2]. 

На рисунке 1 представлено увеличение мирового потребления пластификаторов и прогноз дальнейшего их использования [4]

Рисунок 1. Мировая структура потребления пластификаторов

Первое место по выпуску и потреблению занимает пластификатор дибутилфталат ДОФ [3]. Его доля составляет 77% от общего количества выпускаемых пластификаторов. При этом потребности в России на 30-40% больше.

ДОФ обладает оптимальными пластифицирующими свойствами при невысокой стоимости и является основным стандартом, по которому сравнивают остальные пластификаторы. Однако, в связи с миграцией ДОФ из полимерных изделий и его выявленной токсичностью, доля потребления данного пластификатора имеет тенденцию к постепенному снижению.

В малых количествах выпускаются три(2-этилгексил)тримеллитат, ди(2- этилгексил)себацинат, ди(2-этилгексил)адипинат, трихлорэтилфосфат, трихлорпропилфосфат и полиэфирные пластификаторы марок ПАС-22, ППА-4. Недостаток пластификаторов в России восполняется за счет импорта. Самым крупным потребителем пластификаторов является производство поливинилхлоридных пластикатов – около 90% [5].

Среди прочих полимерных материалов крупнейшие потребители пластификаторов – поливинилацетат (4,5%), целлюлоза (4%) и синтетический каучук (2%). (Рисунок 2).

Рисунок 2. Сфера применения пластификаторов

Пластификаторы используются также при переработке других полимерных материалов: хлорированного ПВХ, продуктов модификации целлюлозы (ацетаты, пропионаты, бутираты, нитраты целлюлозы), продуктов модификации каучука (бромбутилкаучук, нитрильный каучук, стиролбутадиеновый каучук), полимеров непредельных углеводородов (этилен, пропилен, изопрен), аминов, амидов, сложных эфиров, спиртов (поливиниловый пирт, поливинилбутираль) и т.д., различных сополимеров (этилен-пропилендиеновый, этилен-винилацетатный) и др. [6].

Очень много ПВХ используется в пластифицированном виде, при производстве электрокабелей, для оболочки, как электроизолирующий слой. С добавлением пластификатора в композиции ПВХ, увеличиваются физико-механические свойства полученных изделий, например, увеличивается пластичность, эластичность и морозостойкость.

Массовое производство кабелей с оболочкой на основе ПВХ в промышленных масштабах было изучено в начале 1970-х годов, при производстве кабелей на основе ПВХ на базе завода «Капролактам» по технологии французской фирмы «Спейшим» [7].

Цель исследования. Целью данной работы является получение нового пластификатора на основе изоамилового спирта и фталевой ангидрида. Использовать полученный пластификатор для изготовления ПВХ-пластификата, который будет применяться на кабельном заводе для покрытие алюминиевой проволоки.

Материалы и методы. При синтезе нового пластификатора использовано изоамиловый спирт свежеперегнанный из сивушного масла, фталевой ангидрида (импорт из Иран).

Для синтеза пластификатора на основе изоамилового спирта и фталевого ангидрида использовали изоамиловый спирт и фталевый ангидрид в мольном соотношении 1:2. В трехгорлую плоскодонную колбу, снабженную обратным холодильником, ловушкой Дина-Старка, термометром и капельной воронкой, загружали реагенты и медленно повышали температуру до 140 ^оС. Реакционную массу непрерывно перемешивают с помощью магнитной мешалки. Когда реакционная масса становится однородной, реакция активируется при температуре 140 ^оС и образуется моноэфир фталевой кислоты (первая стадия). Вторую стадию реакции проводят в присутствии кислотного катализатора в течение 6-7 часов. Температуру реакции постепенно повышают от 140°С до 170-180 °С со скоростью подъема температуры 0,5 °С/мин. После отделения теоретически рассчитанной реакционной воды отбирают пробу реакционной массы и определяют кислотное число. Готовый диизоамилфталат можно использовать в качестве пластификатора для поливинилхлорида (ПВХ), и он должен соответствовать определенным требованиям ГОСТ 8728 -88. Согласно ГОСТу цвет пластификатора должен быть прозрачным и бесцветным. При синтезе реакционная масса светлеет до светло–коричневого оттенка. Полученный пластификатор осветляется с помощью минерального сорбента. В качестве минерального сорбента использовали бентонитовую глину в количестве до 5% от общей массы пластификатора. Для этого пластификатор обрабатывали при температуре 90-100 ^оС течение 20-30 минут, далее фильтровали.

Экспериментальная часть

Физико-химические анализы полученного диизоамилфталатного пластификатора проведены в лаборатории кабельного завода «ПРОКАБ». Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты физико-химических лабораторных испытаний пластификатора

Химический анализ в лабораторных условиях подтвердил совестите пластификатора нормам стандарта ГОСТ 8728-88.

Далее полученный пластификатор был использован для производства пластиката, который применяется при покрытии кабеля марки АПУНП сечением 2,5.

Пластикат изготовили по рецепту, который разработан специалистом кабельного завода «ПРОКАБ». Для производства кабеля используются гранулы ПВХ с пластифицированным диоктилфталатным пластификатором. В данном случае гранулы пластификатора получали добавлением от 30% до 50% массовых долей по сравнению с ПВХ.

Полученные гранулы ПВХ-пластиката были использованы при производстве кабелей длиной 1000 м с толщиной покрытия 0,5-0,6 мм в цехе кабельного производства предприятия. Процесс производства кабеля проводился при температуре экструдера 170  ^ОС на входе и 165 ^ОС на выходе (Сопло). Во время работы дым и посторонние запахи не наблюдались. По визуальному осмотру изготовленная оболочка кабеля имеет гладкую поверхность белого цвета. Полученное кабельное покрытие прошло различные испытания в лаборатории контроля качества предприятия и на соотвестие требованиям ГОСТ 31947-2012. Полученные результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты физико-механических испытаний кабельного покрытия марки АПУНП

* Модель прибора Д-100/2, марка изделия АПУНП 2,5 Натуралка. Температурные зоны в экструдере 160, 165, 170, 180, 185 скорость экструзии 300 м/м.

Физико-механические испытания кабельного покрытия кабеля марки АПУНП, проведённые в лабораторных условиях, подтвердил совестите кабеля требованиям ГОСТ 31947-2012 «Провода и кабели для электрических установок на номинальное напряжение до 450/750 В включительно. Общие технические условия».

Заключение. Полученные результаты показали, что пластификатор «Диизоамилфталата», синтезированный на основе местного сырья Республики Узбекистан на заводе «ПРОКАБ», соответствует стандартным требованиям и может применяться при приготовлении ПВХ-пластикатов. Полученные ПВХ-пластикаты могут использоваться в качестве основного полуфабриката для получения кабельных оболочек, а также при непосредственном получении кабельных оболочек на его основе.

Список литературы:

1. Müller, Н. Plastics Additives Handbook: Stabilizers, Processing AIDS, Plasticizers, Fillers, Reinforcements, Colorants for Thermoplastics // Published by Hanser Gardner Publications, 1988. – 970 р.
2. Charles, A. Handbook of Plastics, Elastomers, and Composites // The McGrawHill, Harper Editor-in-Chief., 2002.– 884 p
3. Огрель, Л.Д. Российский рынок полимерных материалов и изделий из них: состояние и перспективы // Полимерные материалы.– 2019.– №2.– С.46-51.
4. АТ Консалтинг: Оценка рынка пластифицированных композиций. Стратегия развития 2015-2020 гг. на рынках РФ. (https://www.atconsulting.ru).
5. URL: https://plastinfo.ru/information/articles/671/ Обзоры Рынка INVENTRA: Поливинилхлорид (ПВХ-С). Итоги года 2018.
6. Encyclopedia of Polymer Applications, 3 Volume Set. / Edited By Munmaya Mishra. CRC Press, 2018.– 2954 p.