Введение к работе
Актуальность темы. Поливинилхлорид (ПВХ) занимает первое место среди других полимеров в строительстве, как по объему, так и по номенклатуре применяемых изделий. В мировом масштабе 49% используемых в строительстве полимеров, приходится на ПВХ, а потребление ПВХ в строительной индустрии составляет 30% от общего объема его производства. Обладая высокими эксплуатационными свойствами и уникальной способностью к модификации, ПВХ, однако, очень сложно перерабатывать, т.к. он характеризуется высокой вязкостью расплава и температура его переработки в изделия близка к температуре разложения. Поэтому материалы на основе ПВХ являются многокомпонентными. Специфические модифицирующие добавки к полимерам (такие как стабилизаторы, антипирены, мягчители, пластификаторы и т.д.) относятся к определенным классам веществ со строгими, вполне конкретными требованиями к ним. Поэтому выбор их достаточно ограничен. Другое дело -наполнители. Они могут применяться в большом количестве и значительно снизить полимероемкость строительных материалов. В качестве наполнителей полимеров, особенно активных, можно применять местные виды сырья из ряда природных ресурсов и различных видов техногенных отходов производств.
Вовлечение в разряд эффективных наполнителей специфических видов минерального сырья и выявление особенностей их модифицирующего действия является весьма актуальным.
На основе геолого-разведочных данных на территории Республики Татарстан выявлены большие запасы битумсодержащих пород (БСП), представляющих собой песчаники и известняки, частично пропитанные битумом. В составе полимерных строительных материалов, в частности, на основе ПВХ, би-тумсодержащие породы до сих не рассматривались.
Для жестких и пластифицированных ПВХ-композиций БСП могут быть эффективными заменителями каолина, мела, известняковой, доломитовой и кварцевой муки. Этому утверждению предшествовал анализ минерального и вещественного состава пород, их морфологической структуры, и на основании полученной информации были выдвинуты рабочие гипотезы о механизме положительного влияния БСП на комплекс технологических и эксплуатационных свойств ПВХ-материалов.
Научные предпосылки использования их в качестве минеральных дисперсных наполнителей ПВХ основываются на классических работах по физи-ко-химии наполненных полимеров, а практическая целесообразность обусловлена тем, что, кроме расширения и улучшения комплекса технических свойств ПВХ, при введении битумсодержащих компонентов в качестве наполнителей, можно существенно снизить полимероемкость и частично решить задачу рационального использования местных сырьевых ресурсов.
Работа выполнялась в рамках гранта Минобразования РФ по разделу «Архитектура и строительство» ffi00^20fl2 rj'J Ш1 ШШй «Исследование влияния рецептуры и климатических факто|^іД|^|щірвеч|ость оконных блоков
О»
Т8%щ
из ПВХ-профилей» и по единому заказ-наряду Министерства образования РФ на проведение научных исследований (2004 г) по теме «Физико-химические основы наполнения линейных и сетчатых полимерных строительных материалов тонкодисперсными наполнителями и наночастицами».
Целью работы явилась разработка ПВХ-материалов строительного назначения с использованием битумсодержащих известняков и песчаников в качестве полифункциональных наполнителей.
Достижение этой цели предусматривает решение следующих задач:
изучение основных физико-химические свойств песчаников и известняков, различающихся минеральным составом и битумонасыщенностью, для экспериментально-теоретического обоснования использования их в рецептурах ПВХ-материалов;
выявление особенностей влияния битумсодержащих пород на технологические и эксплуатационные свойства ПВХ-композиций и их долговечность;
установление оптимальных рецептур пластифицированных и жестких ПВХ-композиций с битумсодержащими наполнителями различной природы;
- разработка технологических рекомендаций применения битумсодер
жащих наполнителей в рецептурах ПВХ-материалов (профильно-погонажных
изделий для внутреннего и наружного применения, линолеумов, защитно-
декоративных пленок);
- формулирование требований к составам битумсодержащих известняков
и песчаников как наполнителей-модификаторов ПВХ-материалов.
Научная новизна. Впервые обоснована и изучена эффективность битумсодержащих песчаников и известняков в качестве наполнителей-модификаторов ПВХ-композиций.
Установлены особенности наполнения ПВХ-композиций дисперсными битумсодержащими породами, проявляющиеся в зависимости свойств от би-тумонасыщенности и фракционного состава битумной компоненты. При моделировании состава органоминерального наполнителя, способов смешения компонентов и изучении взаимодействия компонентов системы установлено, что в пластифицированном и жестком ПВХ модифицирующее действие БСП проявляется на разных свойствах композиций. В пластифицированных композициях выявлено повышение термостабильности (в 2,5-3 раза), а в жестких -снижение вязкости расплава (в 2-5 раз) за счет пластифицирующего действия битумной компоненты наполнителей.
Показано, что БСП с преобладающим содержанием асфальтенов в битумной компоненте ингибируют процессы старения ПВХ, повышая цвето-стойкость и долговечность композиций.
Практическое значение работы. Разработаны рецептуры ПВХ-материалов строительного назначения (профильно-погонажные изделия для внутренней отделки и наружного применения, линолеумы, защитно-декоративные пленки) с использованием оптимальных количеств битумсодержащих песчаников и известняков, что позволяет снизить полимероемкость изделий, расширить ассортимент традиционных наполнителей ПВХ-
материалов строительного назначения и увеличить срок их эксплуатации. Разработано одно из направлений комплексного использования БСП в производстве строительных материалов.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке требований к минеральному составу и битумонасыщенности БСП для использования их в рецептурах ПВХ. Выполнены дипломные проекты по теме диссертации. Разработан проект технических условий «Битумсодержащие породы, как наполнители поливинилхлоридных композиций», составлен пакет данных для выбора оптимальных рецептур ПВХ строительных материалов различного функционального назначения.
Достоверность результатов, научных выводов и рекомендаций работы обеспечивается достаточным объемом экспериментальных данных, полученных современными методами исследований, корреляцией результатов экспериментальных данных, полученных разными независимыми методами, а также использованием для корреляционного анализа полученных данных метода главных компонент.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной НТК «Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве» (Белгород, 2002), Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Йошкар-Ола, 2002, 2004), международной НТК «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2003), Всероссийской НТК «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза, 2003), на Юбилейной НМК «Третьи Кирпичниковские чтения» (Казань, 2003), Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры-2004» (Москва, 2004), Вторых Воскресенских чтениях «Полимеры в строительстве» (Казань, 2004), на отчетных республиканских НТК КГАСА (Казань, 2002 -2004).
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в т.ч. в журнале «Известия вузов. Строительство», подана заявка № 2004128281 на изобретение «Поливинилхлоридная композиция».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 167 наименований и приложений. Работа изложена на 179 страницах машинописного текста, включает 32 таблицы, 47 рисунков.
