Пластмассы на основе ПВХ

Пластические массы на основе поливинилхлорида

На основе поливинилхлорида промышленность выпускает два вида пластмасс: а) жесткие, не содержащие пластификаторов или частично пластифицированные (винипласт), б) мягкие, содержащие пластификаторы (пластикат и пластизоли).

Винипласт

Винипласт - жесткий термопластичный конструкционный материал от светлого до темно-коричневого цвета с плотностью 1390 кг/м3, выпускаемый в форме пленки, листов, труб, сварочного прутка или профильных изделий. В состав композиции пластмассы, кроме поливинилхлорида, входят термо- и фотостабилизаторы, антиоксиданты, смазочные вещества, красители (или пигменты). В массу винипласта, предназначенного для изготовления труб, сварочного прутка и профилированных изделий, вводят до 10% пластификаторов, что улучшает его технологичность (повышается текучесть и термостабильность формуемой массы).

В композицию некоторых марок винипласта включают до 35% модификаторов (например, каучуки повышают ударную прочность изделий). В некоторых случаях (с целью удешевления материала или придания ему особых свойств) винипласт получают как гетерогенную пластмассу, для чего в его состав вводят до 200% наполнителя (поливинилхлорид хорошо совмещается с мелом, сажей, аэросилом). Листовой винипласт выпускают трех марок: ВН (непрозрачный), ВП (прозрачный окрашенный или неокрашенный), ВНТ (нетоксичный), которые базово должны соответствовать ГОСТ 9639-71, на котором базируются различные ТУ.

Суть технологического способа производства винипласта состоит в термической пластикации смеси поливинилхлорида со стабилизаторами, смазывающими веществами, красителями или пигментами (или без них) путем вальцевания и экструзии. Процесс экструзии осложнен близостью температур текучести и разложения полимера (Тт винипласта=160-170 °С, а Тразложения =110-120 °С с выделением НСI), что обосновывает необходимость введения в рецептуру пластификаторов и термостабилизаторов, повышающих температуру деструкции полимера до 180-200 °С.
Производство винипластовых листов и пленок методом экструзии включает следующие основные стадии: 1 - смешение компонентов, 2 - формование пленки экструзией, 3 - каландрование пленки, 4 - прессование листов.

Метод производства винилопласта

Поливинилхлорид из хранилища 1 через бункер-циклон 2, тарельчатый питатель 3 пневмотранспортом подают в обогреваемый корпус 4 двухкорпусного вихревого смесителя. Стабилизатор (меламин) с поливинилхлоридом, поступающий из общего коллектора, через бункер- циклон 7 подают в шаровую мельницу 8, где его дробят и тщательно смешивают с полимером, превращая в стабилизирующий концентрат. Последний через вакуумприемник 9 тарельчатым питателем 10 подают в смеситель 4. Туда же подают и смазывающие вещества (стеараты и трансформаторное масло) по рецептуре (в м.ч.): поливинилхлорид - 100, стабилизаторы - 2-5, смазывающие вещества - 1,5-4. Следует отметить, что в указанной рецептуре стеараты выполняют функции как смазки, так и термостабилизатора. Поливинилхлорид, унесенный воздухом из бункера-циклона 2, отделяется в рукавном фильтре 6 и возвращается в общий коллектор полимера.
В обогреваемом корпусе смесителя 4 загружаемые компоненты тщательно перемешиваются, а поливинилхлорид при температуре 150оС подвергается частичной пластикации. После охлаждения в корпусе смесителя 5 композиция непрерывно поступает в бункер вибропитателя двухшнекового экструдера 11, оборудованного щелевой головкой. В трех зонах материального цилиндра экструдера при температуре 175-180 °С полимерная композиция последовательно-параллельно подвергается процессам смешения, пластикации, гомогенизации и выдавливается через щель головки в виде полотна. Лента-полотно поступает на верхний валок трехвалкового L-образного каландра 12, с температурой 155-160 °С огибает средний валок и входит в зазор между средним и нижним валками при температуре 165-170 °С. На стадии каландрирования протекают процессы окончательной гомогенизации, ориентации (вытяжки) и калибровки полотна.
Тянущими валками 13 ленту-полотно с каландра подают в станок 14 для обрезки кромок дисковыми ножами и нарезания листов гильотинными ножницами. Далее нарезанные листы винипласта толщиной 0,5-5 мм поступают на транспортер укладчика пленочного винипласта 15.
Для получения листового винипласта толщиной 5-20 мм тонкие листы пленочного пластиката набирают в пакеты и прессуют на этажных гидравлических прессах при температуре 170-175 °С и давлении 1,5-10 МПа.

Применение винипласта

Винипласт отличается высокими прочностными и диэлектрическими показателями, химической, водо-, масло- и бензостойкостью, нетоксичностью и нашел широкое применение в машиностроении как конструкционный, электроизоляционный и антикоррозионный материал.
Из него изготовляют корпуса аппаратов, смотровых фонарей, детали химической аппаратуры и лабораторных приборов, вентиляторы и вентиляционные коммуникации, трубы, изделия для пищевой промышленности и медицины.

Пластикат

Пластикат - гомогенная мягкая при обычных условиях пластмасса, получаемая на основе пластифицированного поливинилхлорида в виде гранул, жгутов, лент, пленки, труб и шлангов. В состав композиции кроме полимера вводят пластификаторы (до 100 м.ч. на 100 м.ч. ПВХ), термо- и светостабилизаторы, антиоксиданты, смазки, красители и иногда с целью удешевления наполнители (каолин, мел, аэросил).

Свойства пластиката

В качестве пластификаторов, повышающих пластичность, эластичность и морозостойкость композиции, чаще используют фталаты, себацинаты, фосфаты. Пластификаторы должны обладать хорошей совместимостью с поливинилхлоридом, низкой температурой застывания, стойкостью, нелетучестью, нетоксичностью, коррозионной инертностью к материалу аппаратуры. Из термостабилизаторов применяют стеараты и карбонаты двухвалентных металлов (Ca, Cd, Pb).

Способы производства пластиката

Различают два промышленных способа производства пластиката:
а) вальцевание с последующей экструзией вальцованного материала,
б) экструзия и каландрование.
Производство пленочного пластиката методом экструзии включает четыре основные стадии: 1 - смешение компонентов, 2 - экструзия массы, 3 - каландрирование пленки, 4 - намотка и упаковка пленки.

Поливинилхлорид из хранилища 1 пневмотранспортом через бункер-циклон 2 и вибросито 3 подают в двухшнековый экструдер 4. Сюда же через бункер-циклон 5 и мерник 6 подают соответственно стеарат кальция (термостабилизатор и смазка) и пластификаторы. Рецептура загрузки в бункер экструдера зависит от назначения пластмассы. В материальном цилиндре экструдера 4 при температуре 110-150 °С позонно протекают процессы смешения компонентов, пластикации и гомогенизации массы. Экструдат выдавливают через щелевую головку в виде бесконечной пленки и подают в зазор четырехвалкового Г-образного каландра 7. В процессе каландрирования при температуре валков 140-170 °С пленка подвергается ориентации (вытяжке) и калибровке по толщине. Сходящая с нижнего валка каландра пленка с толщиной 0,12-2,0 мм поступает на перемоточный станок 8, полученные при этом рулоны направляют на упаковку и складирование.

Примерные рецептуры пластикатов (в м.ч.):
Пластикат прозрачный:
ПВХ - 100, диоктилфталат - 24, дибутилфталат - 24, парафин - 1, стеарат кальция - 2, каолин - 10
Пластикат кабельный:
ПВХ - 100, диоктилфталат - 50, карбонат свинца - 8, диоксид титана - 2

Применение пластиката

Технология кабельного пластиката отличается от технологии пленок тем, что полотно из головки экструдера направляют на грануляцию.
Пластикат характеризуется рядом выдающихся свойств: высокой эластичностью и морозостойкостью (-65 °С), атмосферостойкостью, стойкостью к действию углеводородов, в том числе бензина и минеральных масел, хорошими диэлектрическими показателями (низкочастотный диэлектрик). Пластикат применяют в производстве линолеума, изделий медицинского и технического назначения.

Пластизоли

Пластизоли - полимерные пасты, представляющие собой дисперсии поливинилхлорида в органических жидкостях. Функции последних выполняют жидкие пластификаторы (фталаты, адипаты, себацинаты, фосфаты), вводимые в состав композиции в пределах 30-80 %. Пластизоли содержат также поверхностно-активные вещества (ПАВ), разбавители, стабилизаторы и иногда наполнители.

Целесообразность производства пластизолей обусловлена пониженной текучестью и низкой температурой деструкции поливинилхлорида. В то же время поливинилхлорид уже при комнатной температуре начинает набухать в практически любых промышленных пластификаторах, что в известной степени создает проблемы хранения пластизолей, определяет рациональность совмещения производства и переработки их на одном предприятии. С повышением температуры процесс набухания ускоряется. Заметное ускорение наблюдается при 35-40 °С, по достижении 80-100 °С свободный пластификатор исчезает, набухшие частицы соприкасаются между собой, значительно увеличивается вязкость пластизоля, система становится однородной. По достижении некоторой более высокой температуры (температуры желатинизации), когда пластификатор равномерно распределяется в объеме всей композиции, происходит сплавление поверхности набухших частиц полимера, завершается процесс желатинизации. При охлаждении масса переходит в эластическое состояние. Получаемые при этом эластичные материалы характеризуются свойствами обычных пластиков.
На скорость набухания поливинилхлорида в пластификаторе оказывает влияние структура и гранулометрический состав полимера. В производстве пластизолей используют в основном эмульсионный и суспензионный полимер. При эмульсионной полимеризации получают тонкодисперсный полимер с максимально возможной молекулярной массой, а при суспензионной полимеризации образуются глобулярные частицы с размером зерен 1-3 мкм, на основе которых получают низковязкие пластизоли с длительной жизнеспособностью (до 6 месяцев). Пластизоли перерабатывают в искусственные кожи, клеенки, обувь, обои, перчатки, медицинские изделия, фильтры, антикор, игрушки.