Поливинилхлоридные композиции, модифицированные олигомерными органосилоксанами, для высокоскоростных процессов переработки, страница 15

Характеристики модификатора переработкиПоказательЗначениеВнешний видпорошокЦветбелыйМассовая доля влаги (105°С), % масс.1,0Насыпная плотность, г/см30,4-0,6107Акриловый модификатор ударной вязкости – марка DMA 600 производстваAkdeniz Kimyasal Urunler, Турция. Технические характеристики представлены втаблице 29.Таблица 29. Характеристики модификатора ударной вязкостиПоказательЗначениеВнешний видпорошокЦветбелыйМассовая доля влаги (105°С), % масс.1,0Насыпная плотность, г/см30,4-0,6Трехокись сурьмы (Sb2O3) – производства компании HUACHANG MININGLIMITED, Китай.

Химический состав приведен в таблице 30.ПоказательТрѐхокись сурьмы Sb2O3, % масс. мин.As2O3, % масс.PbO, % масс.Fe2O3, % масс.CuO, % масс.Se, % масс.Средний размер частиц, мкмТаблица 30. Химический состав трехокиси сурьмыЗначение99,80,050,080,0050,0010,0020,3-0,6Борат цинка (ZnBO3) – марки Firebrake® ZB производства компании U.S.BoraxInc., США.2ZnO•3B2O3•3,5H2O. Технические характеристики представлены втаблице 31.ПоказательВнешний видОксид цинка (ZnO), % масс.Оксид бора (B2O3), % масс.Кристаллизационная вода, % масс.Таблица 31.

Характеристики бората цинкаЗначениепорошок37.5048,0514,5КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯДиметилсилоксановый олигомер (ПМС) – марки АК-50 производствакомпании Wacker, Германия. М = 3762 г/моль. Технические характеристикипредставлены в таблице 32.108Таблица 32. Характеристики ПМСЗначение0,962500,02150~50ПоказательПлотность, г/см3Температура вспышки, ºС не менееПоверхностное натяжение, Н/мВязкость динамическая при 25 ºС, мПа•сВязкость кинематическая при 25 ºС, мм2•сСтруктура этого соединения выражается химической формулой вида:(124)Органосилоксан с алкильными боковыми группами (САГ-14) – былсинтезированна кафедре ХТЭОС МИТХТ.

Представляет собой слегкажелтоватую жидкость с вязкостью порядка 100-300 сСт (при 25 ºС). М = 12934г/моль Его структура описывается формулой (125).(125)Органосилоксансгидриднымбоковымисинтезирован на кафедре ХТЭОС МИТХТ.группами(СГГ-30)-былПредставляет собой бесцветнуюжидкость с вязкостью порядка 20-45 сСт (при 25 ºС). М = 2190 г/моль Егоструктура описывается формулой (126).(126)109РАСТВОРИТЕЛИТетрагидрофуран(ТГФ)–производстваООО«Компонентреактив».Стабилизированный. CAS 109-99-9.

Технические характеристики представлены втаблице 33.Таблица 33. Характеристики ТГФЗначение75,11Хорошо растворимрастворим0,88 - 0,8999,9 %ПоказательМолекулярный вес , г/мольРастворимость в водеРастворимость в этанолеПлотность (20°C, г/см3)Основного вещества, не менее2.2 Применяемые методики исследованияПРИГОТОВЛЕНИЕ ПВХ КОМПОЗИЦИЙСовмещение компонентов ПВХ композиций проводили на смесителеБрабендера. Объем камеры смесителя – 25 см3, скорость вращения на вала – 50об/мин.Способтермостатирования–жидкостное.Теплоноситель–полидиметилсилоксан с вязкостью 100 сСт.

Время смешения композиций – 5 мин.Температура теплоносителя – 190 ºС. Если смешение производили при другихусловиях, то эти условия указаны отдельно.Перед загрузкой исходной, порошкообразной, смеси в камеру смесителя,производили механическое смешение порошкообразных компонентов, взятых втребуемых пропорциях. Полученный порошок засыпали в камеру смесителя привключенном перемешивании и непосредственно в камеру вводили жидкиесоставляющие смеси.Смеситель оснащен механической системой измерения величин крутящихмоментов на валу прибора при смешении композиций. Эта система применяласьдля получения пластограмм смешения – кривых изменения крутящего момента вовремени.

Данные представлялись в условных единицах.ПластографБрабендераперерабатываемостиПВХявляетсякомпозиций.эффективнымВыполняясредствомфункциюоценкисмесителя,пластограф позволяет проводить смешение высоковязкого полимера и больших110количеств наполнителей, равномерно распределяя дисперсную фазу в матрицеполимера. Также возможно добавление небольшого количества жидкогокомпонента к большому количеству смеси, так как можно быть уверенным в егоравномерном распределении по объему смеси.РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯДля определения объемных расходов истечения расплавов композицийприменяли капиллярный вискозиметр ИИРТ-2.

Выбор именно объѐмных расходовобусловлен большим различием в плотностях наполнителей, полимера и другихкомпонентов смеси.ПВХ композиции, полученные на смесителе Брабендера, измельчали ипомещали в камеру капиллярного вискозиметра. При заданной температуревыдерживали материал в течении 2 минут, для его равномерного прогрева иуплотнения.Измерения объемного расхода проводили при 190 ºС и грузе 21,6 кг.

Еслииспользовали другие условия, то это оговорено отдельно. Применяли капилляр сдиаметром 2,095 мм, длиной 8,000 мм.Непосредственно в ходе эксперимента измеряли величину смещения штоказа время эксперимента. Каждые 20 секунд записывали значение этой величины,при помощи специально установленного на шток микрометра. Корпус устройствабыл неподвижен, а измеряющий индентор упирался в верхнюю часть штока,который давил на расплав материала.В результате, получали зависимость, описывающую изменение положенияштока в различные моменты времени. Исходя из этого и зная размеры камерыприбора (диаметр 9,540 мм), можно рассчитать объем полимера вытекший ковремени τ (абсолютное время от начала истечения расплава) по формуле:, гдеSкам = площадь сечения камеры;L – величина, на которую опустился шток за время τ.Пример такой зависимости приведен на рисунке 20.Объем расплава вытекший ковремени τ, мм31111,41,21,00,80,60,40,20,005001000Время τ, с15002000Рисунок 20.

График, показывающий зависимость вытекшего объема расплава ко времениτ, получаемый во время эксперимента.В результате дифференцирования этой зависимости получали объемныерасходы на интервалах времени. Для этого применяли формулу:, гдеVτ – объем вытекший ко времени τ,Vτ+Δτ – объем вытекший ко времени τ+ΔτΔτ – промежуток времени между измерениями, 20 с.Из нескольких измерений объемных расходов в конкретный моментвремени, вычисляли объемный расход композиций, как среднее значение.Приизмеренииобъемногорасходакомпозицийприразличныхнапряжениях сдвига на стенке капилляра, напряжение сдвига определяли поформуле:[Па], гдеP – разность давлений на входе и выходе капилляра;R – радиус капилляра;L – длина капилляра.Пристенную скорость скольжения определяли по методу Муни.

Физическиеосновы метода изложены в работе [243].Измерения проводили на капиллярном вискозиметре МВ-3М 2679-00-00ТУ.Применяли капилляры с диаметром 1,0 и 2,0 мм. Длина капилляров – 10,0 мм.112Температуры расплава и нагрузки были различны в различных экспериментах,поэтому они указанны отдельно для каждого случая. Использовали композицииполученные смешением на смесителе Брабендера.На основании экспериментальных данных строили график зависимостискорости сдвига при постоянном напряжении сдвига от обратного радиусакапилляра (1/R), который схематично показан на рисунке 21. Отрезок, отсекаемыйна оси OY, представляет собой значение истиной скорости сдвига, а тангенс угланаклона прямой - скорость скольжения (Vs).

Скорость сдвига определяли поформуле:, гдеQ – объемный расход;R – радиус капилляра.Скорость сдвига, 1/с1,201,000,800,600,400,200,0000,20,40,61/R0,811,2Рисунок 21. Зависимость скорости сдвига от величины обратной радиусу капилляра.Тангенс угла наклона прямой – скорость пристенного скольжения.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ПВХ КОМПОЗИЦИЙСтатический метод. Порошкообразные и жидкие компоненты композициимеханически смешивали и для гомогенизации смеси ждали 7 суток, пока жидкиекомпонентысмесипорошкообразнаяпроникнуткомпозициявглубокиеПВХпорыпомещаласьчастицмеждуПВХ.Далеепластинамигидравлического пресса, которые были разогреты до необходимой температуры, ивыдерживалась в течение определенного времени.

Использовалась базовая113композиция, в которую водились компоненты, придающие дополнительнуютермостабильность. Состав базовой композиции представлен в таблице 33.Таблица 33. Состав базовой композиции для испытанияна термостабильность.КомпонентСодержание, м.ч.ПВХ100ТОСС3ДОФ10Динамический метод. В соответствии с этим методом предварительно смешаннаяпорошкообразная композиция загружалась в камеру смесителя Брабендера иподвергалась сдвиговому воздействия в течение определенного времени, приопределенной температуре теплоносителя.Фиксация результатов эксперимента. Изменение цвета композиций, получаемыхподинамическомуистатическомуметодамопределениятермическойстабильности, фиксировали с помощью цифрового фотоаппарата. Модель: CanonEOS 550D, выдержка 1/64, светосила F/5, фокусное расстояние 27 мм, ISO-100,представление цвета sRGB. Фотографии не подвергались дополнительнойобработке на ЭВМ и внедрялись в файл текстового редактора MS Word.Также изменение цветности композиций после термодеструкции измеряли спомощью спектрофотометра ColorFlex EZ 45/0.

Для количественной оценкиизменения цвета, были измерены величины изменения цвета (ΔE) композицииотносительно эталонной белой композиции, как:E(( X RxR ) X R ) 2 (( X GxG ) X G ) 2 (( X BxB ) X B ) 2 где,ΔE – общее изменение цвета; XR, XG, XB – значения красной, зеленой иголубой составляющих цвета эталона; xR, xG, xB – значения красной, зеленой иголубой составляющих цвета образца.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПВХ ПОСЛЕ ТЕРМОВОЗДЕЙСТВИЯОпределение вязкости растворов ПВХ композиций. Измеряли вязкости растворовПВХ композиций после испытаний на термостабильность в статических условиях.Прессованные образцы, с различными временами термовоздействия, растворяли в114ТГФ.

Концентрация растворенной композиции – 7% масс. Вязкость измеряли притемпературе 20°С при различных скоростях сдвига. Применяли вискозиметрБрукфильда модель RS3115LS, работающий в режиме постоянства скоростейсдвига.ИК-спектры растворов ПВХ композиций. ИК спектры растворенных композицийполучали на спектрофотометре Specord 75-1R. Спектры снимали в проходящемсвете, при температуре 22 °С.