Способ получения экструзионной поливинилхлоридной композиции и композиция, полученная указанным способом
Владельцы патента RU 2477296:
Закрытое акционерное общество "Терна Полимер" (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В.Ломоносова) (RU)
Изобретение относится к области переработки полимеров в материалы строительного назначения, пригодные для изготовления методом экструзии профильно-погонажных строительных изделий, преимущественно сайдинга. Способ получения композиции включает двухстадийное смешение, в первый смеситель, нагретый до 110-125°С, последовательно вводят холодные исходные компоненты: 40-80 мас.% от его общего количества суспензионного поливинилхлорида, наполнитель, затем целевые добавки с термостабилизатором - дибутил-бис-(2-этилгексилмалеат) олова, предварительно смешанные с 3-5 мас.% от общего количества суспензионного поливинилхлорида, перемешивают до достижения температуры 115-125°С, перегружают полученную смесь во второй, охлаждаемый водой смеситель, вводят в него оставшееся количество суспензионного поливинилхлорида и продолжают смешение до достижения температуры смеси 40-45°С. Предложена композиция, полученная указанным способом. Технический результат - увеличение термостабильности композиции. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.
Группа изобретений относится к области переработки полимеров в материалы строительного назначения, пригодные для изготовления методом экструзии профильно-погонажных строительных изделий, используемых для внешней отделки зданий, сооружений, преимущественно сайдинга.
Поливинилхлорид не может перерабатываться методом экструзии в профильно-погонажные изделия и полноценно эксплуатироваться без введения в состав термостабилизаторов, а также наполнителей и целевых добавок. Термостабильность и другие эксплуатационные характеристики материалов на основе поливинилхлорида зависят как от природы термостабилизатора, так и от равномерности распределения всех добавок в массе поливинилхлорида, от однородности состава композиции. Последнее достигается известным приемом приготовления маточных смесей, смешением компонентов в несколько стадий.
Так, известен способ получения поливинилхлоридной композиции, включающий двухстадийное смешение суспензионного поливинилхлорида с суспензией стабилизатора в пластификаторе и минеральным наполнителем, причем сначала смешивают дисперсии низкодисперсного антипирена в пластификаторе в соотношении 1:1,6 и наполнителя в пластификаторе в соотношении 1:1 с суспензионным поливинилхлоридом, пластификатором, стабилизатором и лубрикантом при 40-50°С в течение 3-5 мин, затем полученную композицию смешивают в течение 20-30 мин с высокодисперсным антипиреном и пигментами при 100-110°С (RU 96110524 A).
Известен также способ получения экструзионной поливинилхлоридной композиции строительного назначения введением в смеситель при 20-60°С суспензионного поливинилхлорида совместно с частью суспензиии стабилизатора в пластификаторе, их смешением и при достижении температуры 70-75°С введением оставшейся части суспензии стабилизатора с наполнителем с последующим продолжением смешения до 80-20°С (RU 2048487 C1).
Перечисленные известные способы не позволяют получить высокооднородную композицию, обладающую термостойкостью, достаточной для изготовления из нее качественных профильно-погонажных строительных изделий, таких как сайдинг, методом высокоскоростной экструзии.
Одним из методов повышения термостабильности поливинилхлоридных композиций является использование эффективных оловосодержащих термостабилизаторов, таких как диоктилкарбоксилат или диалкилтиокарбоксилат олова (RU 2149166 С1), различные оловоорганические соли, в частности метил-, бутил- и октилоловокарбоксилаты, соли полуэфиров малеиновой кислоты и меркаптоэфиров (ЕР 0734414 В2, US 6878310 В2, JP 2003327781 А).
Однако указанные известные композиции не пригодны для изготовления строительных профильно-погонажных изделий методом высокоскоростной экструзии, которая сопровождается дополнительным разогревом расплава и необходимостью работы при повышенных температурах.
Наиболее близким к предлагаемому способу получения экструзионной поливинилхлоридной композиции строительного назначения является известный способ получения экструзионной поливинилхлоридной композиции строительного назначения, включающий двухстадийное смешение суспензионного поливинилхлорида с наполнителем, термостабилизатором и целевыми добавками (RU 2251557 С1 - прототип). Условия проведения каждой из стадий процесса смешения в прототипе не конкретизированы. В качестве термостабилизатора используют трехосновной сульфат свинца.
Наиболее близкой к предлагаемой композиции является известная композиция, полученная вышеописанным способом и включающая суспензионный поливинилхлорид, термостабилизатор - трехосновной сульфат свинца, наполнитель и целевые добавки (RU 2251557 С1 - прототип).
Недостатком известного способа и получаемой композиции является недостаточная для высокоскоростной экструзии термостабильность.
Техническая задача группы изобретений состоит в создании способа получения экструзионной поливинилхлоридной композиции строительного назначения и композиции, полученной этим способом, лишенных указанного недостатка.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемой группы изобретений, состоит в повышении термостабильности композиции.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения экструзионной поливинилхлоридной композиции строительного назначения, включающем двухстадийное смешение суспензионного поливинилхлорида с наполнителем, термостабилизатором и целевыми добавками, в нагретый до 110-125°С первый смеситель последовательно вводят холодные исходные компоненты: 40-80 мас.% от его общего количества суспензионного поливинилхлорида, наполнитель, а затем - целевые добавки с термостабилизатором, предварительно смешанные с 3-5 мас.% от его общего количества суспензионного поливинилхлорида, перемешивают до достижения температуры 115-125°С, перегружают полученную смесь во второй, охлаждаемый водой смеситель, вводят в него оставшееся количество суспензионного поливинилхлорида и продолжают смешение до достижения температуры смеси 40-45°С, причем в качестве термостабилизатора используют дибутил-бис-(2-этилгексилмалеат) олова.
Указанный технический результат достигается тем, что экструзионная поливинилхлоридная композиция строительного назначения, включающая суспензионный поливинилхлорид, наполнитель, термостабилизатор и целевые добавки, получена вышеописанным способом и содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
| суспензионный поливинилхлорид | 100 |
| наполнитель | 5-25 |
| термостабилизатор дибутил-бис-(2-этилгексилмалеат) олова | 3-5 |
| целевые добавки | 7-10. |
В качестве термостабилизатора используют дибутил-бис-(2-этилгексилмалеат) олова, который получают взаимодействием дибутилоксидолова, малеинового ангидрида и 2-этилгексилового спирта, вводимого в избытке, при перемешивании и 70-80°C с последующим удалением выделившейся воды и избытка 2-этилгексилового спирта. Эффективное количество дибутил-бис-(2-этилгексилмалеат) олова составляет 2-5 мас.ч. на 100 мас.ч. суспензионного поливинилхлорида. Снижение количества этого термостабилизатора приводит к недостаточной термостабильности композиции, использование термостабилизатора в количестве более 5 мас.ч. не приводит к дальнейшему повышению термостабильности композиции и неоправданно увеличивает ее стоимость.
Используемый в составе композиции поливинилхлорид является суспензионным, поскольку суспензионный поливинилхлорид по сравнению с эмульсионным поливинилхлоридом и поливинилхлоридом, полученным в массе, обладает сравнительно узким молекулярно-массовым распределением, малой степенью разветвленности и высокой степенью чистоты, низким водопоглощением, хорошими диэлектрическими свойствами, лучшей термостойкостью и светостойкостью. Он легко поддается модификации свойств за счет хорошего совмещения его пористых частиц с модифицирующими добавками. Размер частиц суспензионного поливинилхлорида составляет 100-200 мкм.
В качестве наполнителя могут быть использованы любые наполнители строительного назначения; предпочтение отдается имеющим белый цвет, таким как мел. В зависимости от конкретного назначения композиции используют от 5 до 25 мас.ч. наполнителя на 100 мас.ч. суспензионного поливинилхлорида. Так, если назначение композиции - изготовление сайдинга, то в составе для изготовления нижнего (внутреннего) слоя сайдинга оптимальное количество наполнителя составляет 16-18 мас.ч. на 100 мас.ч. суспензионного поливинилхлорида, а в составе для изготовления верхнего (внешнего) слоя сайдинга оптимальное количество наполнителя составляет 5-6 мас.ч. на 100 мас.ч. суспензионного поливинилхлорида.
В качестве целевых добавок могут быть использованы различные технологические смазки (например, моностеарат глицерина, оксистеариновая кислота, стеариновая кислота, окисленные полиэтиленовые воски, полиэфирный воск), модификаторы перерабатываемости (порошкообразные акриловые полимеры, привитые акрилатные или метакрилатные сополимеры поливинилхлорида, сополимеры этилена и винилацетата, алкиленкарбонаты и пр.), модификаторы ударопрочности (например, порошкобразные капсулированные каучуки, порошковые капсулированные акриловые модификаторы), пигменты (выбираются в зависимости от желаемой окраски; в качестве белого пигмента, например, используют диоксид титана) и другие добавки. Выбор конкретных целевых добавок и их количественного содержания в композиции зависит от назначения композиций, от технологических и эксплуатационных характеристик изготавливаемых из них изделий.
С целью иллюстрации влияния условий способа получения композиции на ее свойства были изготовлены несколько композиций, отличающихся друг от друга природой термостабилизатора и условиями способа получения.
Пример 1
Предварительно в отдельной емкости получают смесь 3 мас.ч. суспензионного поливинилхлорида с 4 мас.ч. дибутил-бис-(2-этилгексилмалеата) олова и 8 мас.ч. целевых добавок (стеариновая кислота - 0,3 мас.ч.; окисленный полиэтиленовый воск - 0,3 мас.ч.; сополимер этилена с винилацетатом - 1,5 мас.ч.; сополимер бутилакрилата с метилметакрилатом - 4,4 мас.ч.; диоксид титана - 1,5 мас.ч.) смешением холодных исходных компонентов. В первый, снабженный мешалкой смеситель, имеющий температуру около 115°С, последовательно вводят следующие холодные исходные компоненты: 50 мас.ч. суспензионного поливинилхлорида, 20 мас.ч. мела в качестве наполнителя и вышеуказанную предварительно полученную смесь суспензионного поливинилхлорида с термостабилизатором и целевыми добавками. Поскольку исходные компоненты загружают в смеситель в холодном состоянии, температура в смесителе падает до 70-90°С. В результате перемешивания, за счет трения твердых частиц друг о друга, смесь разогревается. При достижении температуры в первом смесителе 120°С при работающей мешалке смесь перегружают во второй, холодный смеситель, дополнительно охлаждаемый водой, куда дополнительно загружают 47 мас.ч. холодного суспензионного поливинилхлорида, и продолжают перемешивание. При достижении температуры смеси 43°С ее выгружают. В непрерывном процессе в первый горячий смеситель засыпают новую порцию исходных компонентов сразу же после его освобождения от первой порции смеси.
Пример 2
Способ получения композиции осуществляют по примеру 1, однако в качестве термостабилизтора используют трехосновной сульфат свинца.
Пример 3
Способ получения композиции осуществляют по примеру 1, однако исключают стадию предварительного приготовления смеси суспензионного поливинилхлорида, дибутил-бис-(2-этилгексилмалеата) олова и целевых добавок.
Пример 4
Способ получения композиции осуществляют по примеру 1, однако перемешивание в первом смесителе осуществляют до достижения температуры 90°С.
Пример 5
Способ получения композиции осуществляют по примеру 1, однако выгрузку продукта из второго смесителя осуществляют до достижения температуры 55°С. Частицы выгружаемой композиции слиплись и не подлежат дальнейшему исследованию.
В таблице представлены показатели термостабильности композиций, полученных в примерах 1-5. Термостабильность композиций оценивалась на приборе ИИРТ (ГОСТ 11645-73) по времени (τт) выдержки композиции при определенной указанной температуре, в течение которого скорость истечения расплава композиции через стандартный капилляр (длина 8 мм и диаметр 2 мм) снизилась на 15%.
Из композиции, полученной по изобретению, были изготовлены образцы сайдинга, причем в композиции для изготовления нижнего (внутреннего) слоя сайдинга количество наполнителя составляло 17 мас.ч. на 100 мас.ч. суспензионного поливинилхлорида, а в композиции для изготовления верхнего (внешнего) слоя сайдинга - 5 мас.ч. на 100 мас.ч. суспензионного поливинилхлорида. Способ изготовления сайдинга состоит в следующем.
Композицию из загрузочного бункера при помощи шнека-питателя подают в загрузочную зону экструдера. Процесс экструзии состоит из следующих технологических операций:
- дозирование компонентов (порошковой композиции и концентратов дополнительных пигментов);
- пластикация композиций и выдавливание двухслойной заготовки ленты через формующий инструмент (температура по зонам цилиндра двухшнекового экстудера увеличивается от 170 до 195°С, температура экструзионной головки составляет 185-210°С, скорости вращения шнеков изменяются в пределах от 30 до 60 об/мин);
- придание рельефа внешней поверхности ленты путем прокатки через тиснильные валки (температура темперирующих валов и валов тиснения от 30 до 50°С, скорости вращения темперирующих валов и валов тиснения от 20 до 60 м/мин);
- охлаждение ленты на темперирующих валках;
- выравнивание распределения температуры в сечении ленты за счет прохождения ее через воздушный промежуток между выходным роликом установки тиснения и предкалибратором;
- предварительное формование профиля сайдинга на предкалибраторе и придание окончательного профиля сайдинга на вакуумном калибраторе при температурах калибратора от 30 до 50°С и при вакууме калибрования (-0,3) - (-0,5) бар;
- охлаждение ленты сайдинга в охлаждающей ванне с водой при температурах воды в водяной ванне от 25 до 40°С;
- сушка поверхности сайдинга путем обдува интенсивным потоком воздуха. Полученные образцы сайдинга по всем показателям соответствуют требованиям стандарта ASTM D-3679.
| Таблица | |||||
| Температура испытания, °С | τт, мин | ||||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 | |
| 200 | 30 | 25 | 25 | 27 | - |
| 210 | 20 | 15 | 14 | 18 | - |
| 220 | 12 | 7 | 6 | 10 | - |
| 230 | 6 | 4 | 3 | 5 | - |
1. Способ получения экструзионной поливинилхлоридной композиции строительного назначения, включающий двухстадийное смешение суспензионного поливинилхлорида с наполнителем, термостабилизатором и целевыми добавками, отличающийся тем, что в нагретый до 110-125°С первый смеситель последовательно вводят холодные исходные компоненты: 40-80 мас.% от его общего количества суспензионного поливинилхлорида, наполнитель, а затем - целевые добавки с термостабилизатором, предварительно смешанные с 3-5 мас.% от его общего количества суспензионного поливинилхлорида, перемешивают до достижения температуры 115-125°С, перегружают полученную смесь во второй, охлаждаемый водой смеситель, вводят в него оставшееся количество суспензионного поливинилхлорида и продолжают смешение до достижения температуры смеси 40-45°С, причем в качестве термостабилизатора используют дибутил-бис-(2-этилгексилмалеат) олова.
2. Экструзионная поливинилхлоридная композиция строительного назначения, включающая суспензионный поливинилхлорид, наполнитель, термостабилизатор и целевые добавки, отличающаяся тем, что она получена способом по п.1 и содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
| суспензионный поливинилхлорид | 100 |
| наполнитель | 5-25 |
| термостабилизатор дибутил-бис-(2-этилгексилмалеат) олова | 3-5 |
| целевые добавки | 7-10 |
