ПВХ-пасты

  ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

 

 

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра ТПМ

      

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

на тему:

ПВХ-пасты

 

 

 

                                                                                            

 

 

 

 

 

 

 

                  Студентка 5 курса гр. ХТВМС 0408:                      Козлова С.С.

                  Научный руоводиетль:                                             Смирнов Ю.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тверь  2008

                                                     Содержание  

	с
Введение……………………………………………………………………	3
1 Преимущества пластизолей……………………………………………	4
2 Состав пластизолей……………………………………………………...	6
3 Свойства  пластизолей и механизм желатинизации………………..	10
4 Производство…………………………………………………………….	11
5 Переработка и применение…………………………………………….	12
Список использованных источников…………………………………….	16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Введение

 

Пасты полимерные (polymer pastes, polymere Pasten, pates polymeriques) — индивидуальные полимеры или смеси на их основе, обладающие свойствами  пластично-вязкой). «Пасты» — эмпирическое понятие, распространяемое на любые пластично-вязкие (тестообразные) тела вне зависимости от их состава, структуры и назначения. Пасты могут  гомогенными или микрогетерогенными (двух- или многофазными) системами. Примеры гомогенных паст — некоторые блоксополимеры окиси этиле- этилена и окиси пропилена, полипгликолевыс эфиры алифатичных кислот, спиртов или алкилфенолов. Микрогетерогенные пасты -  концентрированные дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, в которых одна из фаз (среда или диспергированное в ней вещество) образована полимером. Многие полимерные формовочные композиции (например, неотвержденный фаолит, некоторые эпоксидные компаунды) представляют собой пасты, в которых связующее образует дисперсионную среду, а наполнитель — дисперсную фазу. Пасты с  полимерной дисперсной фазой в свою очередь  подразделяются на водные и неводные. Примеры водных паст — коагуляты латексов некаучукоподобных полимеров, крахмальный клейстер и др. Неводные пасты -  концентрированные дисперсии полимеров в органических  жидкостях (пластизоли). В технологической практике понятие «пасты» относят главным образом к пластизолям.Создание пластизолей обусловлено необходимостью переработки в изделия плохо растворимых и нестойких при нагревании полимеров. Пластизоли обладают относительно высокой текучестью при больших напряжениях сдвига и невысоких температуpax, что позволяет изготовлять из них изделия относительно сложной формы. При этом для них характерна очень высокая вязкость или даже полная нетекучесть при низких напряжениях сдвига, благодаря чему изготовленные изделия не теряют формы до затвердевания пластизоля. Отформованные изделия из пластизоля подвергают желатинизации (гелеобразованию) при нагревании, в результате чего пластизоль затвердевает во всем объеме без нарушения однородности системы. Некоторые пластизоли затвердевают в результате испарения дисперсионной среды. Для приготовления пластизолей используют специальные марки полимеров и органические  жидкости.

Тяжелые бензины, вазелиновое  масло в которых эти полимеры не набухают при комнатной температуре, но набухают при нагревании. Наиболее часто используют промышленные пластификаторы. Поскольку практически не существует таких пластификаторов, в которых полимеры совершенно не набухали бы при комнатных температурах, при хранении пластизоля происходит частичная желатиниизация, что приводит к росту вязкости и частичной потере текучести пластизолем. В результате по истечении некоторого времени, называемого жизнеспособностью пластизоля,  материал уже нельзя переработать по стандартной (пластизольной) технологии. Жизнеспособность пластизоля зависит также от скорости седиментации частиц полимера в пластификаторе. Известно значительное количество различных пластизолей , однако широкое промышленное применение нашли только пластизоли на основе поливинилхлорида.

 

2 Преимущества пластизолей

 

Из пластизолей можно создавать компаунды для производства продуктов с широким диапазоном физических свойств. Компаунды с твердостью 8 по шкале Шора A используются для производства искусственной наживки для рыбной ловли, 75 по шкале Шора A для покрытия ручек инструментов и формования предохранительных ковриков дверных проемов в кузове, и 60 по шкале Шора D для отливки жестких предметов. Выбор ингредиентов компаунда позволяет опытному разработчику рецептур производить много различных товаров, включая продукцию со следующими свойствами:

- низкая токсичность  необходимая для контакта с  пищевыми продуктами и водой;

- электрические свойства  от статических диссипативных  (рассеивающих) до хорошего сопротивления;

- огнеупорность;

- способность к пенообразованию;

- адгезионность.

Пластизоли, подобно другим пластифицированным продуктам из ПВХ, известны многими особыми свойствами. В их число входят следующие:

- отличная устойчивость  к истираемости;

- возможность декорирования;

- изоляционная устойчивость;

- огнеупорность;

- устойчивость к воздействию многих химических веществ.

Физические свойства, такие как: прочность на разрыв, растяжимость и модуль упругости, в значительной мере, определяются соотношением содержания каучука и пластификатора; при  этом твердость снижается с увеличением доли пластификатора. Многие другие свойства можно контролировать независимо от уровня содержания пластификатора. К числу таких свойств относятся: эластичность при низких температурах; летучесть; сопротивление разрушающему воздействию тепла и света; устойчивость к воздействию химических веществ; огнеупорность; перетекание в поверхности, с которыми осуществляется контакт; глянцевая или матовая поверхности; а также и другие особые свойства.

Должна также учитываться  утечка пластификатора из промышленного  изделия из-за теплопотери, экстракции, перетекания, химического воздействия и окисления. Все ингредиенты должны выбираться с учетом технологических условий и конечного использования готового продукта, поэтому для большинства применений требуется пластизоль, создаваемый по заказу потребителя.

 

3 Состав пластизолей

 

 Для производства  поливинилхлоридных пластизолей  применяют гомо- и сополимеры  в и н и л х л о р  и д а с молекулярной массой 150 000 —180 000. В производстве особо  прочных изделий используют пластизоли на основе более высокомолекулярных полимеров. Пастообразующий поливинилхлорид получают суспензионной или эмульсионной полимеризацией винилхлорида. При суспензионной полимеризации может образоваться полимер с частицами двух различных морфо- логических типов: 1) индивидуальные глобулярные частицы со средним диаметром 1—3 мкм; распределение частиц по размеру может быть мономодальным (диаметр около 1 мкм) или полномодальным; 2) неоднородные пористые комки неправильной формы. Пластизоли па основе суспензионного полимера первого тина обладают малой вязкостью и жизнеспособностью до 6 месяцев.

 

Наилучшими  пастообразующими  свойствами  обладают полимеры с  константой Фикетчера (Кф = 1000К) не менее 70 с частицами сферической формы  и широким распределением по размеру и не содержание высоко дисперсной фазы. Значение К находят по уравнению:

 

 ,где

 

 

hoтн. - относительная вязкость при 25°0;

С - концентрация полимера (0, 5г или 1 г на 100 мл растворителя, для ПВХ это

циклогексанон, или дихлорэтан).

 

Латекс, образующийся при эмульсионной полимеризации винилхлорида, сушат распылением. При этом частицы полимера спекаются в агломераты диаметром 5—70 мкм, представляющие собой полые сферы (ценосферы) и их осколки или компактные сферические комки (иленосферы). В ценосферах частицы сплавлены прочно, а в иленосферах они распадаются при нагревании, что облегчает желатинизацию пластизоля. Эмульсионный поливинилхлорид, высушенный при высокой температуре, меньше набухает в пластификаторах при хранении пластизоля, однако значительные размеры частиц, образующихся при этом, приводят к их быстрой седиментации. Поэтому пластизоли на основе эмульсионного  полимера обладают жизнеспособностью не более 6—8 недель. На поверхности высушенных распылением частиц полимера остаются эмульгаторы и электролиты, вводимые в полимеризационную среду для придания ей буферных свойств, а также сода, которая добавляется перед сушкой в латекс для термостабилпзации. Природа и количество этих веществ влияют на свойства пластизоля. Часто в латекс перед сушкой добавляют вещества, предотвращающие термодеструкцию пластизоля и замедляющие набухание полимера. Влажность полимера не должна превышать 0,3% т. к. вода снижает жизнеспособность пластизоля и качество изделий.

 

В состав пластизоля обычно входит 40—150% пластификатора (от массы полимера). Для приготовления пластизоля пригодны обычные первичные и вторичные пластификаторы, применяемые в композициях на основе поливинилхлорида. Растворяющая способность вторичных пластификаторов (по отношению к поливинилхлориду) при комнатной температуре меньше, чем первичных. Поэтому приготовленные на них пластизоли имели бы большую жизнеспособность. Однако вторичные пластификаторы плохо совмещаются с поливинилхлоридом, что не дает возможности ввести их в композицию в необходимых количествах. Поэтому на практике чаще пользуются смесями первичных и вторичных пластификаторов. Смеси обычно готовят на основе октил- и децилфталатов, различных фосфатов, жидких хлорированных парафинов, метилацетилрезорцинолеата, тетрагидрофурфурилолеата и полимерных пластификаторов. Следует отметить, что хлорированные парафины придают изделиям высокую стойкость к кислотам и щелочам. Для регулирования вязкости  используют разбавители или загустители. Наиболее эффективно  вязкость снижают летучими разбавителями, в которых полимер не набухает даже при нагревании, а также полярными органическими летучими жидкостями, способными частично сольватировать полимер. Для этой цели применяют парафиновые, терпеновые и ароматические углеводороды, спирты, диизобутил- и метилизобутилкетон. Пластизоли с большим содержанием летучих разбавителей называются о р г а н о з о л я м и. Разновидностью органозолей являются р и г и з о л и — композиции с уменьшенным (обычно менее 30%) содержанием пластификаторов и небольшим количеством органических  разбавителей. Для приготовления ригизолей пригоден поливинилхлорид с глобулярной формой частиц и пластификаторы, образующие с ним смеси низкой вязкости (например, фталаты). Рпгизоли можно перерабатывать по обычной пластизольной технологии и при этом получать жесткие изделия. Введение небольших количеств ( 3%) поверхностно-активных веществ, например. полиэтиленгликольмоноолеата, синтанола-ДТ-7, снижает вязкость и повышает жизнеспособность пластизолей. Для значительного повышения вязкости пластизоля к ним добавляют гелеобразователи: мыла (соли жирных к-т и многовалентных металлов), гидрофобизованный бентонит и различные наполнители с высокой маслоемкостью. Лучшим гелеобразователем считается дистеарат алюминия. Пластизоли, содержащие гелеобразователь, называются п л а с т и г е л я м и. В отличие от собственно пластизолей, они сохраняют приданную им форму без желатинизации. Для термостабилизации пластизоля обычно применяют те же стабилизаторы, что и для других  материалов на основе поливинилхлорида. Предпочтение отдается жидким стабилизаторам, которые, в отличие от порошкообразных, не повышают вязкости пластизоля. Стеараты бария, кадмия и кальция редко вводят в пластизоли, т. к. они при комнатной температуре со временем приводят к гелеобразованию. Некоторые барий-, кадмий- и цинксодержащие жидкие стабилизаторы не применяют для стабилизации поливинилхлорида, латекс которого перед сушкой был термостабилизирован содой,  поскольку они вступают с ней во взаимодействие с образованием газообразных продуктов, приводящих к возникновению в изделиях пузырей. Серусодержащие органические  стабилизаторы не применяют, т. к. они вызывают образование на гладкой поверхности изделий матовых пятен. Наполнители вводят в пластизоль для модификации свойств и удешевления готовых изделий. Кроме того, наполнители могут служить для изменения вязкости пластизоля,  например, 2— 5% коллоидной окиси кремния (аэросила) или  небольшие добавки бентонитов значительно увеличивают вязкость пластизоля. Напротив, СаСО3 и BaSO4 с малой маслоемкостью даже при содержании около 20% почти не влияют на вязкость. Часто для снижения вязкости в качестве наполнителя применяют суспензионный поливинил- хлорид. Влажные наполнители снижают жизнеспособность пластизоля. В производстве пластизоля применяют те же пигменты, антипирены, антистатики и другие добавки, которые вводят в другие композиции на основе поливинилхлорида.

 

В некоторых случаях  в пластизоль вводят вещества, изменяющие технологические  свойства материала. Так, добавление 15% порошкообразного полиэтилена снижает просачиваемость пластизоля через трикотаж, а окись кальция или магния поглощает влагу. Около 1% кремнийорганической жидкости снижает поверхностное натяжение пластизоля и тем самым способствует более быстрому удалению из него пузырей воздуха. Для придания пластизолю адгезии к металлу и стеклу используют олигоэфиракрилаты, диаллиловые эфиры с инициаторами (напр., с гидроперекисями) и эпоксидные смолы с отвердителями (например, с меламином).

 

4 Свойства пластизолей и механизм желатинизации.

 

Характер течения пластизоля может изменяться в широких пределах в зависимости от состава, условий  получения и скорости сдвига при  переработке. Поэтому реологические  свойства пластизолей нельзя строго характеризовать вязкостью при одной скорости сдвига (эффективной вязкостью). Тем не менее, для практических целей пластизоли условно классифицируют на низковязкие [1—3 и-сек/м'1 A0—30 пз)], средневязкие [10 —15 н-сек/м2 A00— 150 пз)] и высоковязкие [100 — 1000 н-сек/м2 A000 — 10 000 пз)]. При этом вязкость измеряется при низкой скорости сдвига, например, при 1 сек'1.

 

Механизм желатинизации  состоит в следующем. При повышении  температурыры пластификатор медленно проникает в частицы полимера, которые увеличиваются в размере. Агломераты распадаются на первичные частицы. В зависимости от прочности агломератов распад может начаться при комнатной или повышенной температуре. По мере увеличения температуры до 80 —100 °С вязкость пластизоля сильно растет, свободный пластификатор исчезает, а набухшие зерна полимера соприкасаются. На этой стадии, называемой преджелатинизацией, материал выглядит совершенно однородным, однако изготовленные из него изделия не обладают достаточными физико- механическими характеристиками. Желатинизация завершается лишь тогда, когда пластификатор равномерно распределится в поливинплхлориде, и пластизоль превратится в однородное тело. При этом происходит сплавление поверхности набухших первичных частиц полимера и образование пластифицированного поливинилхлорида. Желатинизацию характеризуют температурой, при которой завершается процесс. Изделия из пластизоля, подвергнутого нагреванию при этой температуре, обладают максимальными физико-механическими характеристиками. В зависимости от конкретных требований пластизоли могут быть изготовлены с высокой или низкой жизнеспособностью. Пластизоли с высокой жизнеспособностью 4—6 мес.) в технике иногда называют товарными, или специальными. Их можно транспортировать на большие расстояния и затем перерабатывать распылением, окунанием, ротационным формованием и другими методами. Пластизоли с жизнеспособностью 2—6 недель называют техническими. Их перерабатывают на месте изготовления преимущественно в кожу искусственную. Материалы с оптимальными жизнеспособностью и способностью к желатинизации производят из ноливинилхлорида с молекулярной массой 150 000—180 000. Наличие в полимере низкомолекулярных фракций или глобул диаметром менее 1 мкм и повышение температуры хранения выше 25 °С снижают жизнеспособность пластизоля.