Улучшение технологических свойств ПВХ-пластизолей

Отчет:

Улучшение технологических свойств ПВХ пластизолей

Расточительное использование металла во многих отраслях народного хозяйства в значительной степени обусловлено отсутствием эффективной противокоррозионной защиты металлических конструкций. Потери металла в результате коррозии превышают по стране 20 млн. тонн в год[1].

Продлить сроки эксплуатации различных металлоконструкций до их морального износа – основная цель многовековой проблемы коррозии металлов. До настоящего времени она не решена в мировом масштабе, но достигла новой ступени развития[2-4].

Наиболее распространенный вид коррозии – это атмосферная коррозия, которая характеризует процесс в условиях влажной среды.

Поэтому в развивающейся автомобильной промышленности России и Татарстана ощутимо растет спрос на качественные и относительно недорогие антикоррозионные материалы, которые защитили бы днище и другие элементы кузова автомобиля от коррозии и абразивности, а также на уплотняющие материалы для защиты сварных швов кузова. Для этих целей на данном этапе развития науки и техники, наибольшее распространение получили различные виды защитных мастик на основе ПВХ-пластизолей.

Технические и экономические преимущества пластизольной технологии по сравнению с другими видами технологий получения изделий и покрытий из пластифицированного поливинилхлорида и сополимеров винилхлорида с винилацетатом, многообразие способов переработки пластизолей в изделия и покрытия обуславливает широкое применение пластизолей в различных отраслях народного хозяйства[5].

С каждым годом уменьшается число автозаводов, использующих битумные мастики на органическом растворителе для нижней части кузова. Последние уступают ПВХ-пластизолям и имеют высокую токсичность и пожароопасность в результате использования в качестве растворителя уайт-спирита с температурой вспышки 33 град.С [6-7], а также других горючих органических веществ - битума, каучука. Их отличает низкая культура производства и недостаточный срок защиты кузова от агрессивных сред.

ПВХ-пластизоли представляют собой гетерогенные дисперсии пастообразующих сортов поливинилхлорида в пластификаторе с добавками стабилизаторов, наполнителей, красителей и других компонентов, а после термообработки – поливинилхлоридный пластикат. Благодаря техническим и экономическим преимуществам пластизольной технологии по сравнению с другими видами технологий получения изделий и покрытий из пластифицированных ПВХ, во всем мире наблюдается резкий рост производства пластизолей различного назначения[8].

Традиционный российский производитель ПВХ-пластизолей – Химзавод в г. Чапаевске Самарской области производит материалы морально устаревшие с повышенной токсичностью и пожароопасностью, по рецептурам, разработанным около четверти века назад. Их параметры не соответствуют требованиям современного автомобильного производства, а именно: по высокой токсичности и пожароопасности в результате использования в качестве разбавителя уайт-спирита, недостаточной адгезии к грунтованной поверхности кузова, большому удельному весу ПВХ-пластизоли 1400 кг/м3 и высокой цене.

Поэтому, до последнего времени, часть ПВХ-пластизолей, необходимых для автомобильного производства, закупались по импорту в европейских странах, так как они имеют ряд преимуществ в сравнении с нашими ПВХ-материалами, а именно: отличную адгезию к грунтованной поверхности кузова, малую токсичность и пожароопасность, значительно больший срок хранения, меньший удельный вес.

Это было возможно до финансового кризиса в августе 1998г., но сегодня, в связи с резким ростом курса европейских валют, даже частичное использование импортных мастик, становится экономически невыгодным. Их цена в 2-3 раза превышает отечественную. Поэтому автозаводы резко сократили импорт качественных мастик и вынуждены использовать преимущественно отечественные ПВХ-материалы с более низкими показателями.

В настоящее время в г. Елабуге организовано совместное российско-чешское предприятие «ЦБС Аутомотив Елабуга», производящее ПВХ-пластизоли по технологии чешской стороны. Выпускаемые этим предприятием, пластизоли по качеству являются полноценной заменой импортных аналогов. Материал относится к малотоксичным и пожаробезопасным, обладающим отличной адгезией к грунтованной поверхности (грунт ВКЧ-0207, G-1283), низким удельным весом 1300 кг/м3, ценой на уровне отечественных материалов.

ПВХ-пластизоли, производимые на совместном предприятии в г. Елабуга, имеют в своем составе 53% сырья, закупаемого на предприятиях Российской Федерации. Это позволило сделать ПВХ-пластизоли более дешевыми, незначительно снизив их качество по сравнению с импортными аналогами.

Нами исследованы рецептуры ПВХ-пластизолей, где использованы в качестве пластификатора диизононилфталат (ДИНФ), диоктилфталат (ДОФ), ЭДОС и смесь ДОФ и ЭДОС (табл.1,3). Установлено, что пластификатор ЭДОС не может быть 100% заменой ДИНФ и ДОФ.

Составы исследуемых образцов Таблица 1

Компоненты	Образец 1	Образец 2	Образец 3
1	2	3	4
ДОФ	37%
ДИНФ	37%

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4
ЭДОС	37%
ПВХ	24%	24%	24%
Наполнитель	26,5%	26,5%	26,5%
Импортная адгезионная добавка	10%	10%	10%
Импортный растворитель	2,5%	2,5%	2,5%

Рис.1 Изменение вязкости образцов ПВХ-пластизоли во времени

Вследствие различной вязкости пластификаторов вязкость пластизолей также различна. Но если при использовании в качестве пластификатора ДИНФ и ДОФ вязкость пластизоли в первые сутки падает, то при использовании ЭДОС этого эффекта не происходит (рис.1). При применении в качестве пластификатора ЭДОС резко возрастает течение пластизоли и снижается содержание сухого остатка материала (табл.2).

Свойства ПВХ-пластизоли Таблица 2

Параметры пластизоли	Образец 1	Образец 2	Образец 3
Экструзия,сек	152	126	250.9
Сухой остаток, %	97.8	98.1	81.3
Адгезия к грунту ВКЧ-0207	отл	отл	отл

Поэтому в качестве пластификатора была исследована смесь ДОФ и ЭДОС и найдено оптимальное её соотношение 19:1, которое улучшает не только технологические свойства пластизоли, но и улучшает физико-механические (относительное удлинение, прочность при разрыве) (табл.3), практически не ухудшая другие показатели материала (рис.2,3).

Свойства ПВХ-пластизоли Таблица 3

Компоненты	1 образец	2 образец	3 образец	4 образец
1	2	3	4	5
ДОФ	38	34	26.5	19
ЭДОС	0	4	11.5	19
Плотность, кг/м3	1301	1308	1323	>1333
1	2	3	4	5
Сухой остаток, %	96.58	94.46	90.92	87.34
Относительное удлинение, %	177	190	198	206
Разрывная нагрузка, МПа	1.83	1.86	2.38	2.52
Адгезия к ВКЧ-0207	отл	отл	отл	отл

Рис. 2 Зависимость вязкости образцов ПВХ-пластизоли от концентрации пластификатора ЭДОС, исследованных через 3 суток приготовления

Рис.3 Зависимость течения образцов ПВХ-пластизоли от концентрации пластификатора ЭДОС, исследованных через 11 сутки приготовления

Использование предлагаемой смеси пластификаторов позволяет не только улучшить физико-механические показатели пластизоли, но и уменьшить её себестоимость, так как ЭДОС вдвое дешевле ДОФ.

Нами исследованы рецептуры, где использованы в качестве модификаторов ПВХ-пластизоли производные многоатомных спиртов (таб.4).

Составы исследуемых добавок Таблица 4

Параметры	1 образец	2 образец	3 образец	4 образец
Количество спирта,%	Без добавки	Диэтиленгликоль 0,2%	Этиленгликоль 0,2%	Глицерин 0,2%

Рис. 4 Зависимость вязкости образцов ПВХ-пластизоли во времени

Рис.5 Зависимость течения образцов ПВХ-пластизоли во времени

Из представленных данных (рис.4,5) видно, что наиболее оптимальными технологическими свойствами обладает пластизоль, в составе которой присутствует диэтиленгликоль. Данный многоатомный спирт существенно стабилизировал технологические свойства ПВХ-пластизоли во времени, а также улучшил технологические и физико-механические свойства материала (табл.5), которые были снижены при замене зарубежного сырья в чешской рецептуре ПВХ-пластизоли на отечественные аналоги.

Свойства ПВХ- пластизолей Таблица 5

Параметры пластизоли	Образец 1	Образец 2
Количество диэтиленгликоля,%	0	0,2
Плотность, кг/м3	1302	1305
Адгезия к грунту ВКЧ-0207	отл	отл
Относительное удлинение, %	96,4	129
Прочность при растяжении, МПа	1,06	1,22

Высокая вязкость не позволяет ПВХ-пластизоли этого состава стекать с кузова автомобиля, а низкая экструзия обусловливает легкое перемещение по трубопроводам технологической системы нанесения пластизоли.

Исследованы рецептуры, в составе которых использовался разбавитель керосинового типа различной молекулярной массы отечественного производства (a-олефины с углеродным скелетом С10, С12, С14, С16-18, С20-26) и зарубежный аналог под маркой Д-70. Испытание на испарение (рис.6) данных веществ показало, что близким аналогом зарубежного разбавителя является а-олефины с углеродной цепочкой С12.

Рис.6 Испаряемость разбавителей керосинового типа в зависимости от температуры

Рис.7 Зависимость течения пластизоли от типа применяемого разбавителя

Из проделанных далее опытов (рис.7,8) видно, что наиболее оптимальными свойствами обладает ПВХ-пластизоль, в составе которых присутствует а-олефины с углеродной цепочкой С14, С16-18, С20-26, так как она имеет наиболее стабильные свойства во времени.

Рис.8 Зависимость вязкости пластизоли от типа разбавителя во времени

Проведены исследования с зарубежным поливинилхлоридом марки "Lacovil XPE-1312" и российским аналогом ПВХ-Е-6250-Ж.

Составы и свойства исследуемых образцов Таблица 6

Параметры	Ед. измерения	Образец №1	Образец №2
Lacovyl XPE-1312	%	10
ПВХ-Е-6250-Ж	%	10
Относительное удлинение,%	74	93
Разрывная нагрузка,МПа	1.16	1.04
Сухой остаток,%	96.5	97.5
Стекание 3мм-го слоя	ВКЧ-0207	0	0
G-1083	0.1	0.1
G-1083+ЭП0228	0	0
Адгезия к грунтам	ВКЧ-0207	отл	отл
G-1083	адгезии нет	адгезии нет
G-1083+ЭП0228	удов	удов

Видно, что ПВХ-пластизоль, в составе которой находится ПВХ-Е-6250-Ж не уступает по качеству зарубежному аналогу, так как её основные физико-механические свойства на уровне свойств ПВХ-пластизоли с зарубежным ПВХ (см. таб. 6). Поливинилхлорид ПВХ-Е-6250-Ж также положительно влияет на сохранение cвойств ПВХ-пластизолью во времени (см. рис. 9,10).

Рис. 9 Зависимость вязкости пластизоли от типа поливинилхлорида во времени

Рис. 10 Зависимость течения пластизоли от типа поливинилхлорида во времени

Следовательно, можно рекомендовать использование в рецептурах

ПВХ-пластизоли в качестве пластификатора - смесь ЭДОСа с ДОФ оптимального состава, как модификатора – диэтиленгликоль, в качестве разбавителя а-олефины с углеродной цепочкой С14,С16-18,С20 и заменитель зарубежного эмульсионного поливинилхлорида – ПВХ-Е-6250-Ж.

Список использованной литература

1. Стрижевский И.В., Белоголовский А.Д., Дмитриев В.И. и др. Защита подземных металлических сооружений от коррозии: Справочник, М.: Стройиздат, 1990, стр. 8.

2. Под ред. Герасименко А.А. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник: В2т.Т.I., М.: Машиностроение, 1987, стр. 6-19.

3. Колотыркин Я.М. Защита от коррозии // Агитатор, 1980, №10, 9-11стр.

4. Герасименко А.А., Ефимов В.А. Исследование значимости факторов атмосферной коррозии // Защита металлов, 1979, т.15, №5, 592-598 стр.

5. Меринов Ю.А., Карташова Н.К., Захарова З.С. Особенности получения, строение частиц и свойства (со) полимеров на основе винилхлорида для пластизолей, НИИТЭХИМ, М., 1990, стр.6.

6. Козловская Ася Ароновна Полимерные и полимербитумные материалы для защиты трубопроводов от коррозии М.,Стройиздат, 1971, 127с., ил.

7. Химический энциклопедический словарь Москва «Советская энциклопедия» 1983, стр. 602.

8. Ульянов В.М., Рыбкин Э.П., Гудкович А.Ф., Пишин Г.Л. Поливенилхлорид изд-во М., «Химия», 1992, 288с.