ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫЕ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ПОЛОВ
Наполнение полимеров – есть сочетание полимеров, обычно, с твердыми веществами, которые относительно равномерно распределены в объеме образующейся композиции и имеют четко выраженную границу раздела с непрерывной полимерной фазой [1]. Обычно принято классифицировать по их влиянию на механические свойства наполняемой среды, как активные и инертные. Однако, правомернее согласиться с предложенной интерпретацией активности наполнителей в монографии В. П. Соломко [2], который считает, что нельзя говорить об активности наполнителя вообще, а следует относить ее к какому-то определенному свойству наполненной системы. Он предложил ввести понятие структурной, кинетической и термодинамической активности наполнителей, рассматривая соответствующее влияние наполнителей на указанные свойства полимерного материала.
Любая наполненная система рассматривается условно как трехфазная система, состоящая из фазы частицы наполнителя, граничного слоя различной протяженности и матричного полимера. В зависимости от соотношения этих трех фаз свойства системы будут существенно меняться, приводя к сложным зависимостям свойств от соотношения и свойств компонентов системы [3].
В данной работе авторы уделяют внимание специфическим видам легких минеральных наполнителей, представляющих собой полые или пористые частицы. Их использование для создания композиционных материалов на основе полимеров позволяет при значительном снижении расхода полимерной составляющей, снизить среднюю плотность материалов, то есть облегчить их вес, и при этом повысить теплоизоляционные свойства изделий за счет введения пористых частиц.
Нами рассмотрены, согласно существующей классификации [4] по форме и размеру частиц наполнителей полимерных материалов, алюмосиликатные микросферы, относящиеся к дисперсным наполнителям и вспученный перлит, являющийся объемным наполнителем.
Алюмосиликатные микросферы представляют собой полые сферические частицы диаметром от 50 до 250 мкм с толщиной непористых стенок от 2 до 10 мкм. Средний диаметр зерен порядка 120 мкм. Микросферы марки АСМ производства (г. Асбест, Свердловской обл.) характеризуются насыпной плотностью 300-400 кг/м3, плотность оболочки 2400-2500 кг/м3.
Вспученный перлитовый песок представляет собой отработанную теплоизоляционную засыпку криогенных установок . Имеет насыпную плотность от 35 до 70 кг/м3, средний размер частиц от 10 до 250 мкм. Вспученный перлитовый песок характеризуется рентгеноаморфной фазой. Из минералов присутствует кварц, выявлены следы полевого шпата.
Химический состав (по основным видам окислов) для двух типов наполнителей представлен в табл.1. Из этих данных следует, что, значимыми являются оксиды кремния и алюминия. В составе алюмосиликатных микросфер содержится до 3-4 масс. % оксидов железа. Кроме того, присутствуют оксиды щелочных металлов, причем их количество почти в раза выше в составе вспученного перлита.
Таблица 1
Химический состав, % на абсолютно сухую навеску
Наименование | Содержание оксидов в % | |||||||
SiO2 | FeO + + Fe2O3 | Al2O3 | CaO | MgO | Na2O + K2O | TiO2 | SO3 | |
Алюмосиликатные микросферы | 56,5 | 3,50 | 19,0 | 0,90 | 1,30 | 4,7 | 0,65 | - |
Вспученный перлитовый песок | 74,9 | 0,91 | 12,4 | 0,91 | 0,17 | 7,93 | 0,08 | 0,05 |
Таким образом, исходя из анализа химического состава и дисперсности частиц, можно ожидать различного влияния их технологические и эксплуатационные свойства ПВХ. Наиболее важными показателями являются перерабатываемость, которую можно оценить по показателю текучести расплава композиций и термостабильность, которая оценивается по времени начала выделения хлористого водорода в результате разложения ПВХ при воздействии температуры.
Данные по изменению этих показателей в зависимости от вида наполнителя и его концентрации в составе пластифицированного ПВХ представлены в табл. 2.
Таблица 2
Свойства пластифицированного наполненного ПВХ
Наименование показателя | Содержание наполнителя, масс. ч. на 100 масс. ч. ПВХ + 30 масс. ч. диоктилфталата + 3 масс. ч. стеарата кальция | |||||
0 | 1 | 3 | 5 | 10 | 20 | |
Показатель текучести расплава, гр/10 мин при 180 0С | 1,15 | 1,15 1,10 | 1,66 1,91 | 1,35 1,85 | 1,23 1,21 | 0,65 1,10 |
Термостабильность, мин. при 175 0С | 11 | 12 14 | 13 14 | 14 14 | 16 14 | 18 14 |
Примечание: в числителе – показатели пластифицированных ПВХ-композиций в присутствии вспученного перлита; в знаменателе – в присутствии микросфер
Из представленных в табл. 2 данных можно сделать следующие выводы.
Во-первых, в области концентрация наполнителей от 3 до 10 масс. ч. на 100 масс. ч. ПВХ наблюдается увеличение показателя текучести расплавов композиции, то есть снижение вязкости. Причем, облегчение перерабатываемости композиции в большей степени наблюдается в присутствии алюмосиликатных микросфер, хотя их средний размер частиц больше, чем размер частиц вспученного перлита (в области оптимальных концентраций в присутствии микросфер показатель текучести возрастает по сравнению с ненаполненной композиций более, чем в 1,7 раза, а в присутствии вспученного перлита в 1,4 раза). Очевидно, это связано с характером поверхностных слоев частиц наполнителей. Так как частицы вспученного перлита имеют пористую поверхность, они характеризуются высокой сорбционной способностью и могут частично поглощать пластификатор, в отличии от микросфер, имеющих плотную поверхность недоступную для пластификатора. При поглощении пластификатора микропорами вспученного перлита истинная концентрация пластификатора в полимере уменьшается и поэтому эффективность пластифицирующего действия снижается.
Во-вторых, термостабильность композиций незначительно изменяется при введении наполнителей. Однако, все же при введении вспученного перлита показатели термостабильности выше, чем в присутствии микросфер. С увеличением концентрации вспученного перлита термостабильность повышается от 11 до 18 минут. Причиной термостабилизирующего действия частиц вспученного перлита, очевидно, может быть как пористая структура частиц, так и повышенное содержание оксидов натрия и калия и пониженное содержание железосодержащих оксидов. Пористая структура частиц вспученного перлита обуславливает физический механизм стабилизации полимера, благодаря сорбции хлористого водорода и нивелированию его автокаталитического действия на деструкцию полимера. Присутствие оксидов железа оказывает, обычно негативное влияние на термостабильность, поэтому присутствие их в составе вспученного перлита в очень небольших количествах является положительным моментом и не вызывает ускорение деструктивных процессов полимера. Таким образом, при использовании вспученного в качестве наполнителя может быть реализован как механизм физической стабилизации, так и химической стабилизации полимера. То, что эффекты повышения термостабильности не столь высоки, обусловлены тем, что химическая активность железосодержащих, а также натрий и – калийсодержащих соединений по отношению к выделяющемуся хлористому водороду зависит от их природы. Очевидно, в минеральном составе вспученного перлита эти элементы входят в состав соединений, не обладающих высокой реакционной активностью по отношению к хлористому водороду. Что касается, алюмосиликатных микросфер, то они не влияют практически на изменение термостабильности ПВХ, то есть в этом отношении являются нейтральными добавками.
Механические свойства пластифицированных ПВХ-композиций при наполнении микросферами и вспученным перлитом, несмотря на то, что частицы являются полыми или пористыми и достаточно крупных размеров (в сравнении с большинством традиционных тонкодисперсных минеральных наполнителей [5]), снижаются незначительно, особенно в присутствии вспученного перлита. До 10 масс. ч. наполнителя значения прочности при растяжении почти сохраняются на уровне ненаполненного полимера. Этот факт является положительным, так как наряду со снижением плотности образцов, снижением коэффициента теплопроводности вследствие наполнения композиции легкими наполнителями, разработанные материалы имеют достаточно высокие показатели механических свойств, водостойкости и т. д., что позволяет их рекомендовать для использования в рецептурах материалов для покрытия полов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. С. Физическая химия наполненных полимеров. – М.: Химия, 1977. – 304 с.
2. П. Наполненные кристаллизующиеся полимеры. – Киев: Наукова думка, 1980. – 264 с.
3. И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. – Л.: Химия, 1967. – 378 с.
4. С. Наполнение полимеров. – В Кн.: Энциклопедия полимеров, 1974. – Т.2 – С.325-332.
5. С. Коллоидная химия полимеров. – Киев: Наукова думка, 1984. -344 с.
УДК 666.9.015.7
С., д-р техн. наук, профессор, А., В., В.,
А., Е.
Магнитогорский государственный технический университет
АКТИВАЦИЯ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ
ПРИ ТВЕРДЕНИИ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ¯
По терминологии физико-химической механики структурообразование в твердеющих вяжущих системах означает синтез их прочности. Прочность искусственного камня определяется прочностью единичных контактов между частицами и числом контактов на единицу поверхности разрушения, следовательно, увеличение физико-механических показателей достигается либо ростом числа контактов, либо возрастанием прочности единичного контакта. С технологической точки зрения наиболее приемлемым способом повышения прочности является увеличения числа контактов.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
Основные порталы (построено редакторами)