Введение к работе
Актуальность темы. Поливинилхлорид (ПВХ) занимает лидирующее место по объемам производства и потребления. Полученные на основе этого полимера материалы и изделия широко применяются в промышленности и в быту.
Существенным недостатком ПВХ является его склонность к деструкции, с выделением токсичных веществ под действием кислорода воздуха, тепловых и механических нагрузок, как при переработке композиций на его основе в изделия, так и при их эксплуатации. Для стабилизации ПВХ-композиций, в процессе переработки, и повышения эксплуатационных и технологических характеристик ПВХ-материалов используют различные стабилизаторы.
В промышленности, наиболее эффективными и широко применяемыми первичными стабилизаторами ПВХ, являются соли свинца, кадмия, бария, однако они являются токсичными, возможность применения таких стабилизаторов при производстве материалов и изделий, контактирующих с медицинскими и пищевыми продуктами, ограничено.
Токсичность солей органических и неорганических кислот зависит, прежде всего, от металла. В соответствии с заключением «Директивы по химикатам для полимерной промышленности ЕС», стабилизаторы на основе солей кальция и цинка признаны нетоксичными. Вследствие этого, в ЕС с каждым годом растет ассортимент и объемы потребления кальций-цинковых стабилизаторов.
В России, также, значительно возрос спрос на ПВХ материалы, полученные с использованием нетоксичных кальций-цинковых стабилизаторов. Вместе с тем, рост объемов их потребления сдерживается их высокой стоимостью. Кроме того, имеющийся ассортимент отечественных нетоксичных стабилизаторов ПВХ весьма ограничен и не удовлетворяет повышенным требованиям переработчиков ПВХ. Производители ПВХ материалов и изделий в основном используют импортные нетоксичные стабилизаторы.
При переработке ПВХ, в последнее время интенсивное развитие получило использование комплексных стабилизаторов, состоящих из химикатов-добавок, действующих по различным механизмам. Применение оптимизированного состава стабилизаторов открывает возможность целенаправленного формирования технологических и эксплуатационных свойств ПВХ-материалов.
В этой связи работа, посвященная разработке ПВХ-композиций, с нетоксичными комплексными кальций-цинковыми стабилизаторами, полученными на основе отечественного доступного дешевого сырья, является весьма актуальной и востребованной промышленностью.
Цель и задачи работы - создание ПВХ-композиций, с новыми нетоксичными
кальций-цинковыми стабилизаторами многофункционального - действия,
обеспечивающих высокие технологические и эксплуатационные свойства материалов и изделий.
В соответствии с целью были поставлены и решены следующие задачи:
- изучить технологические и эксплуатационные свойства пластифицированных и непластифицированных ПВХ-композиций и определить интервалы количественного соотношения компонентов нетоксичного комплексного стабилизатора на основе кальций-цинковых солей олеиновой (2-этилгексановой) кислоты, моноолеата глицерина и вторичных стабилизаторов, с различными
механизмами действия, обеспечивающих оптимальные свойства
поливинилхлоридных материалов;
- изучить особенности протекания процесса взаимодействия жирных монокарбоновых кислот со смесями оксидов двухвалентных металлов (CaO, ZnO) и глицерина, при постадийном получении соосажденных кальций-цинковых солей органических кислот, моноолеата глицерина и разработать на этой основе простого экологически безопасного способа получения нетоксичных комплексных стабилизаторов ПВХ;
Научная новизна работы. Установлены закономерности изменения технологических и эксплуатационных свойств ПВХ-композиций при использовании новых нетоксичных жидких комплексных стабилизаторов, полученных постадийным взаимодействием 2-этилгексановой, олеиновой кислот со смесями оксидов кальция, цинка, в присутствии сложноэфирных пластификаторов: диоктилтерефталата (ДОТФ); диизононилфталата (ДИНФ) и фенольных антиоксидантов: 2,6-ди-трет-бутил-4-метил-фенол (ионол); эфир 4-окси-3,5-ди-трет-бутилфенилпропионовой кислоты (ирганокс 1010), на первой стадии, и олеиновой кислоты с глицерином на второй стадии.
Определены интервалы количественного соотношения компонентов нетоксичного комплексного стабилизатора на основе кальций-цинковых солей олеиновой (2-этилгексановой) кислоты, моноолеата глицерина и вторичных стабилизаторов, с различными механизмами действия, обеспечивающих повышение морозостойкости, текучести расплава, термо-, цветостабильности ПВХ-материалов.
Установлено, что полученные кальций-цинковые комплексные стабилизаторы эффективно снижают поверхностное натяжение первичных пластификаторов, увеличивая их адсорбционную активность. Показано, что улучшение взаимодействия пластификатора с ПВХ, способствует повышению комплекса технологических и эксплуатационных свойств материалов на основе ПВХ.
Практическая ценность работы. Созданы ПВХ-композиции, с повышенной термической устойчивостью, с применением 4 новых нетоксичных кальций-цинковых комплексных стабилизаторов, полученных с использованием доступного отечественного сырья.
Полученные с использованием комплексных стабилизаторов ПВХ материалы: кабельного пластиката марки О—40 рец. ОМ-40, древесно-полимерного композита, верхнего слоя линолеума, пленок общего назначения, пластизолей, характеризуются повышенными значениями разрывной прочности, цвето-, термостабильности, морозостойкости, текучести расплава. Использование комплексных стабилизаторов позволяет существенно упростить производственный процесс переработки полимера, за счет сокращения числа дозируемых компонентов, снижения общего количества стабилизаторов при сохранении высокой технологичности переработки, что позволяет повысить производительность технологического оборудования и снизить себестоимость конечного продукта. ПВХ-композиции, содержащие новые комплексные стабилизаторы, по характеристикам, не уступают композициям, содержащим импортные аналоги.
Разработана технология получения жидкого кальций-цинкового комплексного стабилизатора на основе олеиновой кислоты и освоен выпуск в опытно-промышленном участке ОАО «БСК» (г. Стерлитамак). Новый, постадийный способ получения комплексных стабилизаторов, позволяет упростить аппаратурное оформление процесса и сократить энергозатраты на производство.
Апробация работы. Представленные в диссертации результаты публиковались и обсуждались на Всероссийской научной школе для молодежи «Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса» (г. Казань, 2010 г.); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г. Волгоград, 2011 г.); международной молодежной научной школе «Кирпичниковские чтения» (г. Казань, 2012 г.); VII Международной Конференции «Инновационные нефтехимические технологии-2012» (г. Нижнекамск, 2012 г.); Всероссийской молодежной конференции «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (г. Уфа, 2012 г.); VI международной конференции. Перспективные полимерные композиционные материмы. Альтернативные технологии. Переработка. Технология. Применение. Экология. «Композит-2013» (г. Энгельс, 2013 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 7 статей в ведущих рецензируемых журналах в соответствии с перечнем ВАК Минобразования и науки РФ.
Структура диссертации. Работа изложена на Ш страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, включая 3J. таблиц и 32 рисунков и приложения. Список литературы включает .147 наименований.
