Поливинилхлоридная композиция
Изобретение относится к жестким поливинилхлоридным композициям с использованием наполнителей пластифицирующего и окрашивающего действия для изготовления материалов, преимущественно строительных, и может быть использовано для производства погонажных профильных изделий, сайдинга. Композиция содержит поливинилхлоридную композицию (в расчете на поливинилхлорид) 100 мас.ч и дисперсный наполнитель полифункционального действия битумсодержащая порода с битумонасыщенностью от 1 до 8% - 1-20 мас.ч. Технический результат - удешевление материалов на основе ПВХ, в частности погонажных, без ухудшения их основных потребительских свойств, повышение текучести расплава, окрашивающий эффект без дополнительного использования пигментов, а также расширение областей применения местных сырьевых ресурсов. 2 табл.
Изобретение относится к жестким поливинилхлоридным композициям (ПВХ-композициям) с использованием наполнителей полифункционального действия для изготовления материалов, преимущественно строительных, и может быть использовано для производства погонажных профильных изделий, сайдинга.
Известны ПВХ-композиции, наполненные органофилизованными карбонатными компонентами (С.Ж.Гукосян. Модифицированный травертин - наполнитель поливинилхлорида. Пластические массы, №5, 1999, с.43-45). Модификация поверхности частиц минерального наполнителя (гидрофобизация) - известный прием для улучшения совместимости наполнителя с полимером, приводящий к улучшению эксплуатационных характеристик композитов. Однако модификация поверхности наполнителя требует дополнительных затрат.
Наиболее близким аналогом являются жесткие композиции на основе поливинилхлорида (ПВХ), наполненные неорганическими компонентами, для изготовления отделочных материалов строительного назначения (Патент Российской Федерации RU 2210579 С2, кл. С 08 L 27/06, 2003), включающие (мас.ч.):
ПВХ-композиция - 100
Дисперсный наполнитель - 1-10.
Недостатками композиции-прототипа является то, что введение аспирационной пыли не приводит к снижению полимероемкости, ухудшает термостабильность материала, снижает и без того невысокий коэффициент текучести, растет водопоглощение.
Существование проблемы обеспечения строительного комплекса нерудными полезными ископаемыми в условиях установления рыночных отношений повысило спрос на региональном уровне на месторождения легкодоступных строительных материалов, нетрадиционных минеральных и органоминеральных видов сырья. На основе геологоразведочных данных на территории Республики Татарстан выявлены большие запасы битумсодержащих пород (БСП), представляющих собой породы, частично пропитанные битумом.
Задачей изобретения являлся поиск для ПВХ-композиций недорогих наполнителей полифункционального действия на основе местных сырьевых ресурсов.
Другой задачей является удешевление материалов на основе ПВХ, в частности погонажных, без ухудшения их основных потребительских свойств, повышение текучести расплава, наличие окрашивающего эффекта без дополнительного использования пигментов, а также расширение областей применения местных сырьевых ресурсов.
Задачи решаются в составе на основе ПВХ-композиции, которая в качестве дисперсного наполнителя полифункционального действия содержит битумсодержащую породу с битумонасыщенностью от 1 до 8%, при следующем соотношении ингредиентов (мас.ч.):
ПВХ-композиция (в расчете на поливинилхлорид) - 100
Битумсодержащая порода - 1-20.
В качестве ПВХ-композиций применяют жесткие ПВХ-композиции, которые содержат различные виды стабилизаторов: традиционным является стеарат кальция, но чаще всего - это стабилизаторы комплексного действия (интерстаб, нафтомикс, комплексные стабилизирующие смеси КСС). В композицию могут входить различные модифицирующие добавки, смазки, отбеливатели и т.д.
Битумсодержащие породы (БСП) представляют собой осадочные горные породы, большей частью пески, песчаники, известняки, содержащие в своем естественном состоянии природные битумы (мальты, асфальты, асфальтены). Битумонасыщенность пород, используемых в композиции в качестве наполнителей, колеблется от 1 до 8% (битумосодержание менее 1% неэффективно, а более 8% нецелесообразно ввиду сложности получения порошка с необходимой удельной поверхностью). Состав минеральной части битумсодержащих пород весьма разнообразен. Содержание кварца в них может достигать 98%. Содержание полевых шпатов колеблется в пределах до 70%. В битумсодержащих породах значительную роль играют глинистые минералы, среди которых преобладают магнезиально-железистый хлорид, слюды и гидрослюды. Из минералов тяжелой фракции наиболее распространен пирит, в меньших количествах встречаются иллит, аппатит, гранат и др. В цементе песчаников присутствует кальцит, каолинит, гидрослюда. Минералогический состав карбонатных пород, вмещающих битум, характеризуется преобладанием кальцита и доломита, а также наличием глинистых минералов, гипса, ангидрита, целестина, пирита.
Для приготовления образцов использовались битумсодержащие породы, характеристики которых представлены в табл.1.
| Таблица 1 | ||||||||||
| Битумсодержащие породы | Битумонасыщенность, % | Показатель фракционного состава органического вещества, Fов | Минералогический состав | Месторождение | Удельная поверхность, см2/г | |||||
| Обломочные породы | Аутигенные породы | |||||||||
| кварц | Пол. шп. | Хлорит | Слюды | Гипс | Кальцит | |||||
| Известняки | 4,6 | 1,5 | - | - | - | - | - | 100 | Миннибаевская площадь РТ, Верхнетурейский п/ярус | 3288 |
| Песчаники | 6,26 | 0,29 | 45 | 30 | 11 | 8 | 4 | 2 | Никифоровское месторождение (Васильевский карьер), РТ | 1883 |
Для исследований ПВХ-композиций были получены образцы в виде пленок и пластин.
Образцы готовились следующим образом: компоненты предварительно перемешивались в течении 60-90 сек при комнатной температуре, термостатировались (для пластифицированных составов) в течение 20 мин при температуре 80°С. Пленочные образцы готовились методом термопластикации на лабораторных вальцах с фрикцией 1:1,25 при температуре валков 140-160°С в течении 5-6 мин в зависимости от состава композиции. Вальцевание проводилось при толщине зазора между валками 8-13 мкм.
В табл.2 под номерами 1, 2 использованы ПВХ-композиции следующего состава (мас.ч.):
1. ПВХ -100
Стеарат кальция - 3
2. ПВХ -100
Модификатор ударной прочности FM-22 - 7,0
Интерстаб 3009 - 5,5
Полиэтиленовый воск - 0,1
Двуокись титана - 5,0
- ПВХ С-758-М (ГОСТ 14332-78)
- Стеарат кальция (ТУ 6-09-4104-87)
- Модификатор ударной прочности FM-22
- Полимерсвязанный акрилонитрил, % 21,5-23,5
- Распределенное вещество ПВХ, % 7-10
- Внешний вид, количество цветных пятен
на 100 г, не более 5
- Содержание испарений, %, не более 1,0
- Тонкость, %, менее 1 мм мин. 99
- Интерстаб сертификат №99-00244
- содержание свинца, % 43,0-46,5
- внешний вид гранулы
- Полиэтиленовый воск (ТУ 6-05-1516-77)
- Двуокись титана (ГОСТ 9808-84).
| Таблица 2 | |||||
| Составы и свойства ПВХ-композиций, наполненных БСП | |||||
| Примеры | Количество наполните ля, масс.ч. на 100 масс. ПВХ-композиции | Показа- тель текучести расплава, Ip, г/10 мин | Термоста бильность, t, мин | Прочность на растяжение, σ, МПа | Водопо- глощение, W,% |
| Состав 1. | |||||
| Наполнитель | |||||
| -битумсодержа- | 1 | 0,31 | 17 | 40 | 0,3 |
| щий песчаник | 10 | 0,37 | 17 | 36 | 0,3 |
| 20 | 0,34 | 17 | 34 | 0,3 | |
| Состав 2. | |||||
| Наполнитель | |||||
| БС песчаник, | 10 | 1,65 | 123 | 37 | 0,2 |
| БС известняк | 10 | 1,44 | 126 | 37 | 0,24 |
| Прототип | 10 | 0,32 | 68 | 36 | 0,3 |
Наличие битумной компоненты в породе придает окрашивающий эффект ПВХ-композиции (от молочного до кремового).
Поведение ПВХ-композиций, наполненных битумсодержащими породами, отличается от композиций с традиционными видами наполнителей (мел, кварцевый песок) в лучшую сторону. Оно обусловлено эффектом "смазки" (или эффектом межструктурной пластификации) битумной компоненты наполнителя. Уже при использовании традиционного стабилизатора (стеарата кальция) в составе 1 (см. табл.2) свойства композиции приближены к прототипу, а при использовании ПВХ-композиции с комплексным стабилизатором, аналогичной прототипу в составе 2, наполнение битумсодержащими породами заметно улучшает технологические характеристики, при этом не ухудшая эксплуатационных.
Улучшение технологических показателей позволяет уменьшить температуру переработки композиции, а значит, обеспечить запас сохранения положительных свойств композиции при изготовлении из них строительных материалов, повысить долговечность их эксплуатации, при этом снижаются энергозатраты.
Предлагаемая композиция позволит решить в определенной степени проблему расширения областей применения местных сырьевых ресурсов.
Поливинилхлоридная композиция, содержащая дисперсный наполнитель полифункционального действия, отличающаяся тем, что в качестве дисперсного наполнителя полифункционального действия, содержит битумсодержащую породу с битумонасыщенностью 1-8%, при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:
| Поливинилхлоридная композиция | |
| (в расчете на поливинилхлорид) | 100 |
| Битумсодержащая порода | 1-20 |
