автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Поливинилхлоридные композиции строительного назначения, пластифицированные фталатами оксиалкилированных спиртов

На правах рукописи

Маскова Альбина Рафитовна

ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫЕ КОМПОЗИЦИИ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ, ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫЕ ФТАЛАТАМИ ОКСИАЛКИЛИРОВАННЫХ СПИРТОВ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005017287

1 0 [.¡¿г, 20

Уфа-2012

005017287

Работа выполнена на кафедре «Строительные конструкции» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Научный руководитель

доктор технических наук Аминова Гулия Карамовна

Официальные оппоненты:

Коренькова Софья Федоровна

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Самарский

государственный архитектурно-

строительный университет», профессор кафедры «Строительные материалы»

Ханнанова Гульнур Талгатовна

кандидат технических наук, ООО «Инфодор-строй», заведующая

техническим отделом

Ведущая организация

ФГБОУ ВПО «Пензенский

государственный университет

архитектуры и строительства»

Защита состоится 25 мая 2012 года в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.289.02 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Автореферат разослан «. » 2012 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, д.т.н. И.В. Недосеко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Пластифицированный поливинилхлорид (ПВХ) используется при получении материалов различного назначения с широким диапазоном механических и эксплуатационных характеристик, это -строительные отделочные материалы (линолеум, обои, лента липкая), материалы для кабелей, изоляции, прокладок, декоративная клеенка и др.

Увеличение объемов строительства, а также ремонтных и отделочных работ придает сегодня значительный потенциал развитию рынка напольных покрытий. Оценочный объем российского производства напольных покрытий составляет порядка 260-300 млн. м3, из которых на долю линолеума приходится порядка 35-45%.

Многослойный поливинилхлоридный линолеум является одним из основных видов покрытия для полов, выпускаемых в нашей стране. Это обусловлено низкими удельными капитальными затратами на организацию производства линолеумов, высоким качеством материала, возможностью индустриализации строительных работ, простотой в эксплуатации и низкой себестоимостью.

Достижения в области химии и технологии полимеров позволили создавать покрытия из искусственных материалов, обладающих основными свойствами натуральных. Линолеум одним из первых подвергся усовершенствованию в промышленном масштабе. Поливинилхлоридные линолеумы благодаря высокой прочности, износостойкости, биостойкости, малой теплопроводности, гигиеничности, художественной выразительности и фактуры поверхности могут применяться как в жилых помещениях, так и в офисах, аэропортах й даже промышленных цехах. В настоящее время свыше 80% всего выпускаемого в мире линолеума приходится именно на долю ПВХ-покрытий.

При изготовлении ПВХ-линолеума применяются связующие, пластификаторы, разбавители, наполнители и красители. В качестве связующего применяется ПВХ, который характеризуется

термопластичностью и линейной структурой макромолекул. Для придания изделиям эластичности и для облегчения переработки ПВХ его обычно пластифицируют, при этом содержание пластификатора достигает 40%. К наиболее часто применяемым пластификаторам относятся диоктилфталат (ДОФ) и дибутилфталат (ДБФ). ДОФ считается международным стандартным пластификатором ПВХ, удовлетворяющим требованиям переработки, но он сравнительно дорог и дефицитен. Поэтому в составе ПВХ-рецептур линолеума широкое распространение находит ДБФ благодаря своей дешевизне, однако он не обеспечивает длительную эксплуатацию ПВХ-композиций. ДБФ обладает высокой летучестью, что приводит к интенсивным потерям пластификатора из пластиката, ухудшению физико-механических свойств и сокращению срока эксплуатации изделий, полученных на его основе.

Поэтому расширение ассортимента пластификаторов, улучшающих эксплуатационные свойства рецептур ПВХ-композиций, используемых для получения строительных материалов и изделий различного назначения, является актуальной и практически значимой задачей.

Целью работы является разработка отделочных и изоляционных ПВХ-композиций с использованием в качестве пластификаторов фталатов оксиалкилированных спиртов.

Рабочая гипотеза. Несимметричные и симметричные фталаты оксиалкилированного бутанола и 2-этилгексанола могут стать эффективными пластификаторами поливинилхлоридных композиций. Фталаты полученных оксиалкилированных спиртов, во-первых, имеют низкую летучесть, что во многом определяет сохранение пластифицированным материалом своих свойств во времени, во-вторых, проявляют необходимую гомогенизацию композиции, а в-третьих, дают необходимую совокупность прочностных и эксплуатационных свойств для использования в качестве пластификаторов поливинилхлоридных композиций, используемых в производстве изоляционных и отделочных строительных материалов.

Задачи исследований:

1 Разработка новых видов пластификаторов для поливинилхлоридных композиций с использованием фталатов оксиалкилированных спиртов.

2 Изучение основных механических и эксплуатационных показателей поливинилхлоридных композиций в сравнении с серийно выпускаемыми пластикатами.

3 Исследование структуры и свойств пластифицированных поливинилхлоридных композиций и выявление механизма действия предложенных пластификаторов на физико-механические и технологические характеристики отделочных и изоляционных строительных материалов и изделий, получаемых на их основе.

4 Разработка составов многослойного линолеума на ПВХ и ленты ПВХ липкой на основе полученных низколетучих пластификаторов несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированного бутанола и 2-этилгексанола.

5 Оценка возможности и эффективности применения поливинилхлоридных композиций в производстве полимерных отделочных и изоляционных материалов массового назначения - многослойного линолеума и ленты липкой.

Научная новизна работы.

Разработаны и определены физико-химические свойства 32 несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов, из них 16 получены впервые. Установлено, что полученные фталаты оксиалкилированного бутанола являются менее летучими соединениями, чем серийно выпускаемый пластификатор ДБФ, а полученные фталаты оксиалкилированного 2-этилгексанола по степени летучести соответствуют ДОФ. По остальным показателям разработанные пластификаторы также соответствуют уровню ДОФ.

Установлено, что фталаты оксиалкилированных спиртов обладают достаточно высокой эффективностью и близки по этим свойствам к ДОФ.

ПВХ-композиции на основе фталатов оксиалкилированных спиртов обладают более высокой технологичностью (характеризуются высокими значениями ПТР), чем аналогичные компаунды, содержащие ДОФ, что позволяет производить их переработку при более низких температурах, существенно сокращая тем самым общие энергозатраты на их производство.

Установлено, что при введении полученных соединений существенно улучшаются физико-механические и эксплуатационные показатели отделочных (многослойного линолеума) и изоляционных (ленты липкой) поливинилхлоридных строительных материалов и изделий, а именно: прочность при разрыве, относительное удлинение, температура хрупкости, термостабильность, истираемость, изменение линейных размеров и абсолютная остаточная деформация.

Практическая значимость работы.

Разработаны новые составы и рецептуры поливинилхлоридных материалов и изделий многослойного линолеума и ленты липкой с использованием в качестве пластификаторов несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов.

ПВХ пластикаты, полученные с использованием разработанных соединений обладают более низкой стоимостью, энергоемкостью получения и полностью соответствуют требованиям действующих стандартов.

Апробация работы. Представленные в диссертации результаты были доложены на 60-й и 62-и Межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2009, 2011), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (Уфа, 2010, 2011), Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2009, 2011), II Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды» (Уфа, 2011), V научно-практической конференции

«Промышленная безопасность на взрывопожарных и химически опасных производственных объектах» (Уфа, 2011), ХШ-ХУ1 Международной научно-технической конференции при Международной специализированной выставке «Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство, энергосбережение» (Уфа, 2009 - 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликованы более 20 печатных работ, в том числе четыре статьи в ведущих рецензируемых журналах в соответствии с перечнем ВАК Минобразования и науки РФ,

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 143 страницах машинописного текста. Работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и списка литературы. Содержит 35 таблиц. 60 рисунков. Список литературы включает 196 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснованы актуальность исследований, цель работы, задачи, научная новизна и дано краткое описание содержания работы.

В первой главе проведен анализ и обобщение литературных данных о методах получения, возможных областях применения и классификации пластификаторов, а также обзор по современному состоянию, производству и применению поливинилхлоридных композиций строительного назначения.

При получении отделочных и изоляционных ПВХ-композиций, а именно линолеума и ленты липкой, в качестве пластификаторов в основном используются ДОФ и ДБФ, ДОФ принят в качестве стандартного пластификатора, который используется как эталон при оценке пластифицирующего действия различных веществ. Требования к другим пластификаторам обычно согласуются с требованиями к ДОФ. Линолеум на основе ПВХ, полученный с добавлением ДОФ, обладает относительно низкими значениями истираемости, изменения линейных размеров и абсолютной остаточной деформации. Но ДОФ сравнительно дорог и дефицитен. Поэтому в составе ПВХ-рецептур линолеума широкое

распространение находит ДБФ благодаря своей дешевизне. Однако ДБФ обладает высокой летучестью, что приводит к интенсивным потерям пластификатора из пластиката, ухудшению физико-механических свойств и сокращению срока эксплуатации изделий.

Поэтому в соответствии с предложенной гипотезой нами поставлена задача о разработке новых видов низколетучих пластификаторов для поливинилхлоридных композиций с использованием фталатов оксиалкилированных спиртов.

Во второй главе приведены характеристики исходных реагентов, методики проведения синтеза, анализа и испытаний целевых продуктов. Физико-химические показатели пластификаторов анализировали согласно ГОСТ 8728-88. Полученные образцы ленты ПВХ липкой анализировали согласно ТУ 2245-001-00203312-2003; термостабильность определяли по ГОСТ 14041-91; показатель текучести расплава (ПГР) по ГОСТ 11645-73. Полученные образцы пленок верхнего, среднего, нижнего слоев линолеума анализировали согласно СТП 00203312-100-2006; цветостабильность определяли по ГОСТ 11583-74; твердость по Шору (А) по ГОСТ 24621-81; температуру хрупкости по ГОСТ 16782-92. Полученные образцы многослойного линолеума анализировали согласно ГОСТ 7251-77.

В третьей главе приведены результаты получения и исследования свойств несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов, использованных в качестве пластификаторов при получении линолеума на основе ПВХ и ленты ПВХ липкой.

Взаимодействием расчетного количества бутан о ла и 2-этилгексанола различным количеством оксцца этилена и оксида пропилена получены оксиалкшшрованный бутана л и 2-этилгексанол, которые в дальнейшем были использованы для разработки фталатов оксиалкилированных спиртов.

Несимметричные фталаты оксиалкилированных спиртов получали двухстадийной этерификацией фталевого ангидрида в одном реакционном объеме. При эквимолярном соотношении исходных реагентов синтезировали

моноэфир в присутствии паратолуолсульфокислоты (ПТСК) при 110-140°С.

Не выделяя последний, проводили доэтерификацию 50%-ным избытком соответствующего спирта при температуре кипения реакционной массы. Дня облегчения удаления воды синтез проводили в среде ксилола, реакционную массу барботировали инертным газом.

Симметричные фталаты оксиалкилированиых спиртов получали этерифнкацней фталевого ангидрида соответствующим оксиалкилированньш спиртом в присутствии ПТСК. При мольном соотношении исходных реагентов фталевый ангидрид: оксиалкшшрованный спирт 1:2,5 (25%-ный мольный избыток спиртового компонента) синтезировал» моноэфир в присутствии ПТСК в количестве 1-2% (масс, от загрузки) при 120-180°С.

После начала реакции через определенные промежутки времени отбирали пробы этерификата и анализировали на содержание сложных эфиров. За начало реакции принимали момент начала выделения реакционной воды. Для облегчения удаления образующейся воды через реакционную смесь барботировали инертный газ.

Физико-химические свойства пластификаторов для полившшлхлоридных композиций представлены в таблицах 1 и 2.

Как показали проведенные исследования, полученные фталаты оксиалкилированного бутанола являются менее летучими соединениями, чем серийно выпускаемый пластификатор ДБФ, а полученные фталаты оксиалкилированного 2-этилгексанола по степени летучести соответствуют ДОФ. По другим показателям разработанные пластификаторы также соответствуют уровню ДОФ.

Важнейшими характеристиками сложноэфирных пластификаторов являются плотность и показатель преломления, во многом определяющие физико-механические показатели пластификаторов поливинилхлоридных композиций. Эти показатели зависят, прежде всего, от строения сложного эфира.

На основании результатов наших исследований физических свойств

Таблица 1 - Физико-химические свойства пластификаторов для полшинилхлоридных композиций

Пшзшеш Назьмярилгафотпы ошотгарсшашого Гусита НеаьмзряньЕфюшы скзгш га рта п по и в ДОФ

Сгацшоылшага^ииши, п 1,4 2,0 25 ] 2$ ор 2,0 2,4 3,0 0,0

Показатель Ц5&ТОСИ1И, п3о 1,4890 1,4883 1,4876 1 1,4870 1,4904 1,4812 1,4790 1,4768 1,4748 1,4871

Итплси^ОЛ 1,055-} 1Д581 | ЦЫ9 | 1Д>15 1Д132 СУ3875 ог<азд 0^986 ЦГО7 0,9750

Кгстпое ЧИ1, мгЮИ/г 0,1 0,1 ( ОД 0,1 0,1 011 04 0,1 0,1 ОД

Эфирше чисто, мгКОН/г 325 302 285 272 401 242 231 222 213 287

Мгихирин.чосга, щ~цзи М5 371 Ж 412 279 ■КЗ <88 яе 236 т

Мги>тнрин масса, аглспи 3« 366 388 406 278 456 478 •»г, 522 390

Темирапразасшваши, Чс -50 -50 -50 -8 -40 -54 -54 -52 -52 -60

Маховая дга ллупк нщхгщ (100 'Ь. 6 час_Х% ОД) 0,28 ОД) | ОД) ОД) 0,10 0,10 0,10 0-10 одо

Темгцгаправспьшжи,^ 197 | 197 199 1 199 168 200 214 200 200 205

о

Таблица 2 - Физико-химические свойства пластификаторов для паливинилчлоридиых композиции

ПОЕШИПН Сюмпршивфииш ДМ» СцмодяниефЕгши ДОФ

ошщхщанрзкянхо Сугапл

Сюгня>оипилкил1рова1вя,п 1,7 22 23 3,5 0<0 13 23 2,7 00

1Ьказшельпрез1»11Ешя,п'!о 1,4771 1,4745 1,4710 1,4683 1,4904 1,4619 1,4607 1,4599 1,4594 1,4871

Пштизсгь,^ 1,02865 1,02991 1Д3100 1Д3180 1,0432 0,9542 0,9978 1,0253 1,0429 0,9750

К1ЕЛШЮС чшд мгКШ/г 03 0,4 01 оз 0,1 03 0,4 03 05 ОД

Эфцнюе ЧЕЕМ.ЫГКИЙ' т 307 182 160 •»1 3« 180 № 155 282

483 541 615 то т 552 <22 675 722 397

^та>7вр1ш»всса,Еьгпси1) 475 533 «В 684 ш 541 610 657 та 390

Темпрапразагшвапщ'Ь 46 44 -42 40 40 49 -47 -43 43 -60

Массовая ;р:и ллуцкшцхчв (1 00 "С, 6 час.),% - 0,25 0^5 0Д) 030 0,07 0,12 0,10 ОДО 0,10

Темирщура вспышки, Чс ВЫПЕ ВЫПЕ ВШЕ ВЫПЕ 168 200 200 200 200 205

200 200 200 200

разработанных пластификаторов можно получить непосредственные данные, необходимые для идентификации и правильного применения пластификаторов в полимерной композиции. Наши эксперименты показали, что с возрастанием степени оксиалкилирования плотность сложных эфиров увеличивается, а показатель преломления снижается (рис. 1-4),

сб*

1,05 1,04

й 1,03 С 1,02

0

р 3,01

1 1

0,99 0,98 0,97 0,96

—' - — 1

т —

----- —-

— —

'Ъ

я 1.482 | 1.48 § 1,478

^ 1,475

л

I 1,474

а

1 1,472

-- — —

\ -- — — .....

— ..... N ч. — г

- -- --

О 1 2 3 4 "

степень оксипрпгп пчровлння

0 12 3 4

степень океппротипровлнчя

Неавпктршньс фпшгы огегтропшшровзяюге бутагала (1) и 2-зпшгексанэл1 (2) Рисунок 1 - Зависимость плотности от Рисунок 2 - Зависимость показателя

степени оксипропилировання

ч? 1.1 1,08 ё 1,06

| 1-04 § 1,02 1

0,98

преломления от

оксипропилировання

'Ь

5 1,443 1 1,488

степени

0 1,484

3

& 1,482 * 1,48

'4

Я 1.478

1 1.478

С

. 1.474

-- — - —

- -— \ — —

V

\

2

0 1 2 3 4 0 1 2 3 4

степяп. окап7тп|фг.пптл степень окстпмнров.тння

Симметричные фтататы океизтилированного бутанола (1) и 2-этилгексанола (2) Рисунок 3 - Зависимость плотности от Рисунок 4 - Зависимость показателя степени оксиэтилирования преломления от степени

окенэтилирования

В четвертой главе приведены результаты испытаний разработанных несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов в качестве пластификаторов поливинилхлорида. Наименования опытных образцов пластификаторов представлены в таблице 3. Испытания проводили в ПВХ-рецептурах ленты липкой и верхнего, среднего, нижнего слоев линолеума. Опытные образцы пластификаторов, которые представляют

собой маслянистые прозрачные жидкости желтоватого цвета, вводили в ПВХ-рецептуры взамен серийно выпускаемого аналога - ДОФ.

Таблица 3 - Опытные образцы пластификаторов

№ образца Наименование пластификатора

I Симметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола

II Симметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола

III Несимметричные фталаты оксиэтилированного2-этилгексанола

IV Несимметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола

V Симметричные фталаты оксипропилированного бутанола

VI Несимметричные фталаты оксипропилированного бутанола

По внешнему виду пленки лента не имела дефектов в виде включений, сквозных отверстий, разрывов.

Результаты испытаний приведены в таблице 4. Полученные образцы ленты ПВХ липкой по своим основным показателям - прочность и относительное удлинение при разрыве, температура хрупкости, термостабильность - соответствуют ТУ 2245-001-00203312-2003.

Нами были испытаны несимметричные и симметричные фталаты оксиалкилированных спиртов в ПВХ-рецепгурах верхнего, среднего, нижнего слоев линолеума в качестве пластификатора. Результаты испытаний приведены в таблицах 5-7. Технологическая схема производства поливинилхлоридного линолеума представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Технологическая схема получения безосновного поливинилхлоридного линолеума вальцево-халандровым способом: 1,3- бункер для поливинилхлорида; 2 - вибрационное сито; 4 - бункер для барита; 5 - дозатор пластификатора; 6 - дозатор трансформаторного масла; 7- сушильный барабан для барита; 8 - краскотерка; 9 - мешалка; 10 - смесительные вальцы; 11 - каландр; 12 - стол

Наименование показателя Нормы ТУ 2245-001-00203312-2003 Контрольный образец Опытный образец

1 | 11 | III | IV

Внешний вид пленки Лента не должна иметь дефектов в виде включений, сквозных отверстий, разрывов Дефектов не имеет Дефектов не имеют

Прочность при разрыве, кгс/смг Не менее 50 73 65 71 69 73

Относительное удлинение, % Не менее 80 277 258 262 281 276

Температура хрупкости,"С Не выше - 30 выдерживает выдерживают

Технологические свойства

Термостабильность при 170"С, ч. ГОСТ 14041-91 6 ч. 37 мин. 6 ч. 15 мин. 6 ч. 15 мин. 6 ч. 59 мин. 6 ч. 06 мин.

ПТР, при Т=180иС, Н=16,6кгс, г/Юмин. ГОСТ 11645-73 10,5 14,8 12,5 14,2 12,8

Таблица 5 - Результаты испытаний разработанных пластификаторов в промышленной рецептуре верхнего слоя линолеума (Пластикат ПВХ пластифицированный прозрачный с тисненой поверхностью и без тиснения)

Наименование показателя Пластификатор

Нормы СИ100203312-100-2006 1 II III IV V VI

Прочность при растяжении, кгс/см'! Не менее

вдоль 175 279 294 285 290 284 287

поперек 175 241 221 254 227 258 232

Относительное удлинение при разрыве, % Не менее

вдоль 100 297 318 249 263 249 275

поперек 100 253 301 266 253 258 269

Изменение линейных размеров, % Не более 3,0 2,0 1,3 1,7 1,8 1,2 1,4

Технологические показатели

Термостабильность при 180"С, мин Контр, с ДОФ 1ч. 35 1ч.48 1ч, 40 1ч. 37 1ч.51 1ч.43

1ч. 45 мин. мин. мин. мин. мин. мин. мин.

ПТР, г/10 мин Т=170иС, Р=16,6 кгс 7,1 7,5 8,3 9,1 8,9 9,3 8,6

Таблица 6 - Резу льтаты испытаний разработанных пластификаторов в промышленной рецептуре среднего

слоя линолеума (Пластикат ПВХ пластифицированный наполненный натурального цвета)

Наименование показателя Пластификатор

шрмысгпшэвзи-тзюб I 11 III IV V VI

Прочность при растяжении, кгс/см2 Не менее

вдоль 100 138 143 142 163 152 162

поперек 100 105 120 124 140 136 114

Относительное удлинение при разрыве, % Не менее

вдоль 100 190 200 209 223 198 243

поперек 100 178 204 240 217 232 192

Изменение линейных размеров, % Не более 3.0 и 1,0 1,4 и и 1Д

Технологические показатели

Термосгаоильносгь при Ш1°С, мин Кошр. с ДОФ 30 35 33 39 32 34

37 мин. МИН. МИН. МИН. МШ1. МИН. МИН.

ПТР, г/10минТ=170°С, Р=16,6 кгс 8,1 8,4 8,9 9,2 10,4 9,7 9,9

Таблица 7 - Результаты испытаний разработанных пластификаторов в промышленной рецептуре нижнего

слоя линолеума (Пластикат ПВХ пластифицированный наполненный)

Наименование показателя Пластификатор

Нормыстоогозза-кхш» I II III IV V VI

Прочность при растяжении, кгс/см'1 вдоль Не менее 75 117 133 131 129 127 136

поперек 75 85 103 100 99 91 118

Ошосшедыюе удлинение при разрыве, % вдоль поперек Не менее 100 100 208 157 231 219 256 245 245 252 233 208 223 163

Изменение линейных размеров, % Не более 3,0 0,9 0,4 0,7 0,6 0,5 0,4

Технологические показатели

Термостабилыюсть при 180 С, мин Кошр. с ДОФ 18 27 22 21 28 25

28 мин. мин. мин. мин. мин. мин. мин.

ПТР, г/Юмин Т=170°С, Р=16,6 кгс 4,3 4,0 4,5 5,1 4,8 5,4 4,6

Пленки верхнего* среднего и нижнего слоев линолеума, полученные с заменой сорийно выпускаемого пластификатора ДОФ на опытные образцы пластификаторов, соответствуют техническим требованиям, По показателям термостабильности пленки верхнего слоя линолеума, полученные с заменой ДОФ на опытные образцы пластификаторов II и VI (см. табл. 3); пленки среднего слоя линолеума, полученные с заменой ДОФ на опытные образцы пластификаторов II и IV; а также пленки нижнего слоя линолеума, полученные с заменой ДОФ на опытные образцы пластификаторов II и V, соответствуют уровню ДОФ.

Таблица 8 - и^тостабшытъПВХ-шквдк верхнего слоя линолеума при Ш)иС

№ п п Пластификатор Время выдержки, мин

10 20 30 40 50 60

1 ДОФ

2 I

.1 П

4 Ш

< IV

<5 V

VI

Важнейшим параметром, определяющим технологичность ПВХ-композиций, является индекс или показатель текучести расплава (ПТР)

композиции. Мы использовали модельные ПВХ-композиции, содержащие термостабилизатор (Са81: - 2 масс.ч. ПВХ/100 масс.ч, ПВХ) и пластификаторы - опытные образцы несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов или серийно выпускаемый аналог ДОФ. Из экспериментальных результатов (рис. 6) следует, что с увеличением температуры и количества вводимого пластификатора индекс расплава ПВХ-композиции возрастает.

содержание таптфкяифа, мясе ч. ПВХ

Рисунок 6 - Влияние содержания Рисунок 7 - Зависимость температуры

фталатов оксиалкилированных течения ПВХ-композиции от содержания

спиртов и ДОФ на ПТР ПВХ- пластификатора в смеси (1. 2 - фталаты

композиции. Содержание оксиалкилированных спиртов; 3,4-ДОФ)

пластификатора, масс.ч. ПВХ: 1, 2 - при постоянном значении ПТР. г/10 мин:

80; 3,4- 60; 5, б - 40. 1, 3 - 5: 2, 4 - 10.

Установлено, что для ПВХ-композиций, отличающимся количеством

пластификатора, при одинаковом значении ПТР основные параметры, влияющие на реологические свойства композиции, а именно, температура и содержание пластификатора, связаны между собой линейной зависимостью (рис. 7). Для количественной оценки влияния пластификатора на текучесть расплава полимера использовали показатель эффективности 0, равный значению тангенса угла наклона полученных экспериментальных прямых к оси абсцисс. Значение показателя Э соответствует изменению температуры течения ПВХ-композиции при введении в ее состав 1 масс.ч. пластификатора при условии постоянства величины индекса расплава композиции. Из экспериментальных результатов (рис. 6) следует, что предложенные

пластификаторы (0=0,52±0,02) в большей степени, чем ДОФ (9=0,45±0,02), повышает текучесть расплава ПВХ-композиции и снижает температуру ее переработки, что позволяет рекомендовать использование его в составе ПВХ-компаундов для повышения технологичности.

Для сравнения свойств различных пластификаторов необходимо иметь точку отсчета. Количество пластификатора обычно выбирают так, чтобы достичь определенной эластичности, поэтому на практике сравнивают пластификаторы при их одинаковом количестве или по степени эластичности пластифицированного полимера. Такое количество обычно устанавливают по концентрации пластификатора, необходимой для придания определенной твердости или определенного модуля упругости при 100% удлинении На основании многочисленных измерений модуля упругости при растяжении и твердости по Шору ПВХ, пластифицированного разными пластификаторами, были найдены переходные коэффициенты для замены ДОФ другими соединениями (средние количества пластификатора, заменяющие 100 вес. ч. ДОФ при достижении тех же свойств пластиката).

На рис. 8 показано сравнение эффективности пластификаторов -

фталатов оксиалкилированных

спиртов и ДОФ в снижении

твердости по Шору А в

зависимости от концентрации

пластификатора измеренной в

частях на 100 частей ПВХ. По

отношению количества

фталатов оксиалкилированных

спиртов, требуемых для

53 54 .55 5б 57 достижения определенной

концентрация пластификатора нп 100 ч ПВХ

Рисунок 8 - Зависимость твердости по твердости, можно получить

Шору от концентрации пластификатора „ ,

количественный фактор

замещения (ФЗ) для фталатов оксиалкилированных спиртов в сравнении с ДОФ. при обеспечении определенной твердости гибкого ПВХ в комнатных условиях. Из графика видно, что для значения твердости по Шору А=80 требуется по сравнению с 52,9 ч. ДОФ. I - 56,6 ч., ФЗ = 1,07; V - 56,1 ч., ФЗ = 1,067; III - 55,6 ч„ ФЗ = 1,05; VI - 55,0 ч, ФЗ = 1,04; IV - 54.5 ч, ФЗ = 1,03; II - 53,9 ч., ФЗ = 1,02, Это означает, что для данных значений твердости фталатов оксиалкилированных спиртов требуется на 2-7% больше, чем ДОФ Опытные образцы II и IV очень схожи с ДОФ по пластифицирующей эффективности.

Температура хрупкости зависит от концентрации и вида пластификатора, как собственно и показано графически на рис. 8.

Рисунок У - Зависимость тсмпсрггуры хрупкости Рисунок II) - Зависимость температуры от концентрации пластификатора хрупкости от твердости по Шору А

На графике предложенные пластификаторы схожи по уровню с ДОФ.

Сравнивая данные рис. 9 с зависимостью твердости по Шору А от

концентрации пластификатора, как показано на рис. 8, можно предсказать

влияние этих пластификаторов на хрупкость при данной температуре. Это

графически приведено на рис. 10. «Чистым» результатом является то, что

если взять композиции с одинаковой твердостью и с концентрациями

пластификатора, найденными с использованием ФЗ, то композиция,

содержащая фталаты оксиалкилированных спиртов, обладает несколько

лучшей температурной хрупкостью, чем композиция, пластифицированная

ДОФ.

Для изготовления многослойного безосновного линолеума, полученные поливинилхлоридные пленки: нижний, средний и верхний прозрачный слой дублировали на установке дублирования, состоящей из обогреваемых барабанов, обрезиненных прижимных валиков и транспортера охладителя.

Результаты испытаний приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Результаты испытаний многослойного линолеума

Пластификаторы, используемые при получении полимерных пленок Наименование показателей

Изменение линейных размеров, % не более Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не более Абсолютная остаточная деформация, мм, не более Истираемость, мкм, не более

Нормы по ГОСТ 7251-77 0,80 5,0-Ю13 0,45 90

ДБФ 0,71 17,4-10'2 0,42 86

Симметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола 0,65 3,2-1012 0,39 82

Симметричные фталаты оксипрошшировашюго 2-этилгексанола 0,55 4,1 ■ 1012 0,30 52

Несимметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола 0,45 3,6-1012 0,29 47

Несимметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола 0,50 3,8-10'2 0,27 54

Симметричные фталаты оксипропилированного бутанола 0,47 4,2-1012 0,26 44

Несимметричные фталаты оксипропилированного бутанола 0,42 4,МО12 0,32 51

Использование симметричных и несимметричных фталатов оксиалкилированных спиртов в рецептурах ПВХ-пленок способствует улучшению эксплуатационных характеристик готового продукта, а именно снижаются истираемость, изменение линейных размеров и абсолютная остаточная деформация.

По результатам испытаний разработанные несимметричные и

симметричные фталаты оксиалкилированных спиртов обладают достаточно высокой эффективностью как пластификаторы поливинилхлорида и рекомендуются для использования в вышеуказанных рецептурах промышленных ПВХ-материалов строительного назначения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработано 32 новых пластификатора для поливинилхлоридных композиций с использованием фталатов оксиалкилированных спиртов, из которых 16 получены впервые.

2. Выявлены закономерности изменения физико-химических свойств полученных сложноэфирных соединений от их строения. Установлено, что с возрастанием степени оксиалкилирования плотность полученных эфиров увеличивается, а показатель преломления снижается.

3. Определены физико-химические свойства пластификаторов поливинилхлоридных композиций. Установлено, что полученные фталаты оксиалкилированного бутанола являются менее летучими соединениями, чем серийно выпускаемый пластификатор ДБФ, а полученные фталаты оксиалкилированного 2-этилгексанола по степени летучести соответствуют ДОФ. По другим показателям разработанные пластификаторы также соответствуют уровню ДОФ.

4. Проведена сравнительная оценка свойств ПВХ-материалов строительного назначения на основе промышленных и предложенных новых пластификаторов. На основании анализа физико-механических показателей и высокой совместимости с ПВХ выбраны 6 образцов, которые рекомендованы для испытания в поливинилхлоридных композициях многослойного линолеума и ленты липкой и дали положительные результаты.

5.Разработаны ПВХ-рецешуры многослойного линолеума и ленты липкой с использованием новых видов низколетучих пластификаторов -несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированного бутанола и

2-этилгексанола. Оптимизировано содержание фталатов оксиалкилированных спиртов в поливинилхлоридных композициях.

6. Установлено, что фталаты оксиалкилированных спиртов обладают достаточно высокой эффективностью и близки по этим свойствам к ДОФ. ПВХ-композиции на основе фталатов оксиалкилированных спиртов обладают более высокой технологичностью (характеризуются высокими значениями ПТР), чем аналогичные компаунды, содержащие ДОФ, что позволяет производить их переработку при более низких температурах.

7. Установлено, что при использовании разработанных соединений в ПВХ-рецегпурах ленты ПВХ липкой и верхнего, среднего, нижнего слоев линолеума улучшаются их физико-механические и эксплуатационные показатели: прочность и относительное удлинение при разрыве, температура хрупкости, термостабильность, снижаются истираемость, изменение линейных размеров и абсолютная остаточная деформация.

8. Установлено, что ПВХ пластиката, полученные с использованием разработанных соединений, полностью соответствуют требованиям действующих стандартов.

Проведенная оценка технико-экономической эффективности разработанных составов пластифицированных поливинилхлоридных композиций многослойного линолеума и ленты липкой фталатами оксиалкилированных спиртов выявили их преимущество в части их дешевизны и большей эффективности, а также целесообразность использования разработанных композиций в производстве.

Основное содержание диссертации опубликовано в 24 научных трудах, из них 4 опубликованы в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий в соответствии с требованиями ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Ма скова А.Р. Испытание рецептур ПВХ-материалов строительного назначения с использованием симметричных и несимметричных фталатов оксиалкилированных спиртов / Л.Б.

Степанова, Г.К. Аминова // Известия КГ АСУ. - Казань 2012. - № 2(20). -С. 103-108.

2. Аминова Г.К. Синтез и некоторые свойства диэтоксиоктилфталатов / Г.К. Аминова, А.Р. Маскова, А.Е. Слепнев, Е.М. Абакачева, А.К. Мазитова // Башкирский химический журнал-2009. - Т.16. - № 3. - С. 143-145.

3. Аминова Г.К. Симметричные и несимметричные фталаты оксиалкилированных спиртов / Г.К. Аминова, А.Р. Маскова, Л.Б. Степанова, Е.В. Ефимова, А.К. Мазитова // Башкирский химический журнал-2011. - Т.18, № 1. С. 147-151.

4. Аминова Г.К. Симметричные и несимметричные фталаты в качестве пластификаторов поливинилхлорида / Г.К. Аминова, А.К. Мазитова, Е.А. Буйлова, А.Р. Маскова // Башкирский химический журнал-2011. - Т.18, № 3. С. 175-176.

5. Абдрахманова Л.К. Усовершенствование производства фталатного пластификатора / Л.К. Абдрахманова, Г.К. Аминова, Д.У. Рысаев, А.Р. Маскова // Материалы XIII Международной научно-технической конференции при специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Энергосбережение - 2009». -Т.2/Редкол.: Виноградов Д. А. и др. - Уфа: УГНТУ, 2009. - С. 71-74.

6. Маскова А.Р. Фталатные пластификаторы поливинилхлорида / А.Р. Маскова, А.Е. Слепнев, З.Б. Турмагамбетова (ГЛ-08-01) // Материалы XIV Международной научно-технической конференции при специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Энергосбережение -2010». —Т.2/Редкол.: Виноградов Д. А. и др. - Уфа: УГНТУ, 2010. - С. 71-72.

7. Маскова А.Р. Исследование условий синтеза фталатных пластификаторов / А.Р. Маскова, Г.К. Аминова, А.Е. Слепнев, З.Б. Турмагамбетова (ГЛ-08-01) // Материалы Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы естественных, технических и гуманитарных наук». - Уфа, 2010. - С. 159-160.

8. Маскова А.Р. Оксиалкилирование бутанола / А.Р. Маскова, З.Б. Турмагамбетова (ГЛ-08-01), Г.К. Аминова // Материалы Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы естественных, технических и гуманитарных наук». — Уфа, 2010. - С. 161-163.

9. Маскова А.Р. Несимметричные фталаты оксиалкилированных спиртов для пластификации поливинилхлорида / А.Р. Маскова, З.Б. Турмагамбетова (ГЛ-08-01) // 62-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ: сб. матер, конф. - Кн.2 / Редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011.- С. 105-106.

10. Маскова А.Р. Пластификация поливинилхлорида фталатами оксиалкилированных спиртов / А.Р. Маскова, Л.Б. Степанова, Е.В. Ефимова, Г.К. Аминова И V научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожарных и химически опасных производственных объектах»: сб. матер, конф. / Редкол.: Н.Х. Абдрахманов и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011. - С. 222-224.

Маскова Альбина Рафитовна

ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫЕ КОМПОЗИЦИИ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ, ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫЕ ФТАЛАТАМИ ОКСИАЛКИЛИРОВАННЫХ СПИРТОВ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать « Х6Л> 2012г. Формат 60x84 1/16.

Печать ризографическаб. Тираж 90 экз. Заказ №469. Гарнитура «Times New Roman». Отпечатано в типографии «A3» ИП Назметдинов Р.Р. 450000, г.Уфа, ул. Ленина, 16 Тел.: (347)293-16-44

61 12-5/2678

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Уфимский государственный нефтяной технический университет

МАСКОВА АЛЬБИНА РАФИТОВНА

ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫЕ КОМПОЗИЦИИ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ, ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫЕ ФТАЛАТАМИ ОКСИАЛКИЛИРОВАННЫХ СПИРТОВ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Научный руководитель: доктор технических наук

На правах рукописи

Аминова Гулия Карамовна

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................................4

ГЛАВА I ПЛАСТИФИКАТОРЫ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА......................9

1.1 Классификация и основные характеристики пластификаторов 9

1.2 Основные методы получения пластификаторов..................................18

1.2.1 Синтез фталатных пластификаторов..................................................................21

1.3 Современное состояние производства пластификаторов..........23

1.4 Классификация и основные характеристики полимерных материалов..................................................................................................................................32

1.4.1 Классификация и основные характеристики линолеума..................39

1.4.2 Классификация и основные характеристики ленты ПВХ..............45

1.5 Основные способы производства отделочных и изоляционных поливинилхлоридных композиций................................48

1.6 Современное состояние производства линолеума............................50

ГЛАВА II МЕТОДЫ СИНТЕЗА И МЕТОДЫ АНАЛИЗА..........................56

2.1 Исходные реагенты......................................................................................................56

2.2 Методики оксиалкилирования спиртов..........................................................57

2.2.1 Методика оксиэтилирования спиртов............................................................57

2.2.2 Методика оксипропилирования спиртов......................................................58

2.3 Методика синтеза несимметричных фталатов оксиалкилированых спиртов....................................................................................60

2.4 Методика синтеза симметричных фталатов оксиалкилированых спиртов....................................................................................62

2.5 Методы анализа пластификаторов поливинилхлорида......................64

2.6 Методы испытаний поливинилхлоридных композиций......................65

ГЛАВА III СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ

ФТАЛАТОВ ОКСИАЛКИЛИРОВАННЫХ СПИРТОВ................................69

3.1 Синтез и исследование свойств оксиалкилированного

бутанола........................................................................................................................................70

3.1.1 Несимметричные фталаты оксиалкилированного бутанола.... 73

2

3.1.1.1 Несимметричные фталаты оксиэтилированного бутанола............76

3.1.1.2 Несимметричные фталаты оксипропилированного бутанола... 77

3.1.2 Симметричные фталаты оксиалкилированного бутанола..............79

3.1.2.1 Симметричные фталаты оксиэтилированного бутанола..................81

3.1.2.2 Симметричные фталаты оксипропированного бутанола..................82

3.2 Синтез и исследование свойств оксиалкилированного 2-этилгексанола....................................................................................................................84

3.2.1 Несимметричные фталаты оксиалкилированного 2-этилгексанола.. 86

3.2.1.1 Несимметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола..........87

3.2.1.2 Несимметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола. 89

3.2.2 Симметричные фталаты оксиалкилированного 2-эшлгексанола. 90

3.2.2.1 Симметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола... 91

3.2.2.2 Симметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола.... 93

3.3 Сравнение зависимости плотности и показателя преломления от степени оксиалкилирования фталатов оксиалкилированного бутанола и 2-этилгексанола........................94

ГЛАВА IV ИСПЫТАНИЯ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫХ

КОМПОЗИЦИЙ....................................................................................................................................105

4.1 Технологическая схема получения безосновного многослойного поливинилхлоридного линолеума и ленты ПВХ липкой..............................................................................................................................Ю5

4.2 Состав поливинилхлоридной композиции................................................108

4.3 Испытания рецептур поливинилхлоридных материалов строительного назначения..........................................................................................110

4.3.1 Испытания в ПВХ-рецептуре ленты липкой..........................................111

4.3.2 Испытания в ПВХ-рецептуре многослойного линолеума..........112

4.4 Физико-механические показатели рецептур поливинилхлоридных материалов строительного назначения. 118

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ....................................................................................................................123

БИБЛИОГРАФИЯ..............................................................................................................................124

3

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Пластифицированный поливинилхлорид (ПВХ) используется при получении материалов различного назначения с широким диапазоном механических и эксплуатационных характеристик, это -строительные отделочные материалы (линолеум, обои, лента липкая), материалы для кабелей, изоляции, прокладок, декоративная клеенка и др.

Увеличение объемов строительства, а также ремонтных и отделочных работ придает сегодня значительный потенциал развитию рынка напольных покрытий. Оценочный объем российского производства напольных покрытий составляет порядка 260-300 млн. м3, из которых на долю линолеума приходится порядка 35-45%.

Многослойный поливинилхлоридный линолеум является одним из основных видов покрытия для полов, выпускаемых в нашей стране. Это обусловлено низкими удельными капитальными затратами на организацию производства линолеумов, высоким качеством материала, возможностью индустриализации строительных работ, простотой в эксплуатации и низкой себестоимостью.

Достижения в области химии и технологии полимеров позволили создавать покрытия из искусственных материалов, обладающих основными свойствами натуральных. Линолеум одним из первых подвергся усовершенствованию в промышленном масштабе. Поливинилхлоридные линолеумы благодаря высокой прочности, износостойкости, биостойкости, малой теплопроводности, гигиеничности, художественной выразительности и фактуры поверхности могут применяться как в жилых помещениях, так и в офисах, аэропортах и даже промышленных цехах. В настоящее время свыше 80% всего выпускаемого в мире линолеума приходится именно на долю ПВХ-покрытий.

При изготовлении ПВХ-линолеума применяются связующие,

пластификаторы, разбавители, наполнители и красители. В качестве

4

связующего применяется ПВХ, который характеризуется термопластичностью и линейной структурой макромолекул. Для придания изделиям эластичности и для облегчения переработки ПВХ его обычно пластифицируют, при этом содержание пластификатора достигает 40%. К наиболее часто применяемым пластификаторам относятся диоктилфталат (ДОФ) и дибутилфталат (ДБФ). ДОФ считается международным стандартным пластификатором ПВХ, удовлетворяющим требованиям переработки, но он сравнительно дорог и дефицитен. Поэтому в составе ПВХ-рецептур линолеума широкое распространение находит ДБФ благодаря своей дешевизне, однако он не обеспечивает длительную эксплуатацию ПВХ-композиций. ДБФ обладает высокой летучестью, что приводит к интенсивным потерям пластификатора из пластиката, ухудшению физико-механических свойств и сокращению срока эксплуатации изделий, полученных на его основе.

Поэтому расширение ассортимента пластификаторов, улучшающих эксплуатационные свойства рецептур ПВХ-композиций, используемых для получения строительных материалов и изделий различного назначения, является актуальной и практически значимой задачей.

Целью работы является разработка отделочных и изоляционных ПВХ-композиций с использованием в качестве пластификаторов фталатов оксиалкилированных спиртов.

Рабочая гипотеза. Несимметричные и симметричные фталаты оксиалкилированного бутанола и 2-этилгексанола могут стать эффективными пластификаторами поливинилхлоридных композиций. Фталаты полученных оксиалкилированных спиртов, во-первых, имеют низкую летучесть, что во многом определяет сохранение пластифицированным материалом своих свойств во времени, во-вторых, проявляют необходимую гомогенизацию композиции, а в-третьих, дают необходимую совокупность прочностных и эксплуатационных свойств для использования в качестве пластификаторов

поливинилхлоридных композиций, используемых в производстве изоляционных и отделочных строительных материалов.

Задачи исследований:

¡Разработка новых видов пластификаторов для поливинилхлоридных композиций с использованием фталатов оксиалкилированных спиртов.

2 Изучение основных механических и эксплуатационных показателей поливинилхлоридных композиций в сравнении с серийно выпускаемыми пластикатами.

3 Исследование структуры и свойств пластифицированных поливинилхлоридных композиций и выявление механизма действия предложенных пластификаторов на физико-механические и технологические характеристики отделочных и изоляционных строительных материалов и изделий, получаемых на их основе.

4 Разработка составов многослойного линолеума на ПВХ и ленты ПВХ липкой на основе полученных низколетучих пластификаторов несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированного бутанола и 2-этилгексанола.

5 Оценка возможности и эффективности применения поливинилхлоридных композиций в производстве полимерных отделочных и изоляционных материалов массового назначения - многослойного линолеума и ленты липкой.

Научная новизна работы.

Разработаны и определены физико-химические свойства 32 несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов, из них 16 получены впервые. Установлено, что полученные фталаты оксиалкилированного бутанола являются менее летучими соединениями, чем серийно выпускаемый пластификатор ДБФ, а полученные фталаты оксиалкилированного 2-этилгексанола по степени летучести соответствуют ДОФ. По остальным показателям разработанные пластификаторы также соответствуют уровню ДОФ.

Установлено, что фталаты оксиалкилированных спиртов обладают достаточно высокой эффективностью и близки по этим свойствам к ДОФ. ПВХ-композиции на основе фталатов оксиалкилированных спиртов обладают более высокой технологичностью (характеризуются высокими значениями ПТР), чем аналогичные компаунды, содержащие ДОФ, что позволяет производить их переработку при более низких температурах, существенно сокращая тем самым общие энергозатраты на их производство.

Установлено, что при введении полученных соединений существенно улучшаются физико-механические и эксплуатационные показатели отделочных (многослойного линолеума) и изоляционных (ленты липкой) поливинилхлоридных строительных материалов и изделий, а именно: прочность при разрыве, относительное удлинение, температура хрупкости, термостабильность, истираемость, изменение линейных размеров и абсолютная остаточная деформация.

Практическая значимость работы.

Разработаны новые составы и рецептуры поливинилхлоридных материалов и изделий многослойного линолеума и ленты липкой с использованием в качестве пластификаторов несимметричных и симметричных фталатов оксиалкилированных спиртов.

ГТВХ пластикаты, полученные с использованием разработанных соединений обладают более низкой стоимостью, энергоемкостью получения и полностью соответствуют требованиям действующих стандартов.

Апробация работы. Представленные в диссертации результаты были

доложены на 60-й и 62-й Межвузовской научно-технической конференции

студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2009, 2011),

Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы

технических, естественных и гуманитарных наук» (Уфа, 2010, 2011),

Международной научно-технической конференции «Химические реактивы,

реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2009, 2011), II

Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и

7

молодых ученых «Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды» (Уфа, 2011), V научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожарных и химически опасных производственных объектах» (Уфа, 2011), ХШ-ХУ1 Международной научно-технической конференции при Международной специализированной выставке «Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство, энергосбережение» (Уфа, 2009 - 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликованы более 20 печатных работ, в том числе четыре статьи в ведущих рецензируемых журналах в соответствии с перечнем ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 143 страницах машинописного текста. Работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и списка литературы. Содержит 35 таблиц, 60 рисунков Список литературы включает 196 источников.

ГЛАВА I. ПЛАСТИФИКАТОРЫ ПОЛИ ВИНИ Л ХЛОРИДА 1.1 Классификация и основные характеристики пластификаторов

Одним из основных крупнотоннажных полимеров современной химической промышленности является поливинилхлорид (ПВХ). ПВХ был впервые синтезирован еще в 1870 году, а с 1930 года выпускается в промышленном масштабе. Современный мир немыслим без этого полимера, производство и применение которого продолжают расти. По объему производства ПВХ занимает третье место в мире после полиэтилена и полипропилена [1-3].

Поливинилхлорид очень устойчив к окислению и старению, не имеет ни вкуса, ни запаха. Он почти нерастворим при низких температурах в органических растворителях, но легко растворяется в нагретых хлорированных углеводородах. Благодаря высокому содержанию хлора (около 56%) поливинилхлорид не воспламеняется и практически не горюч (рис. 1) [2,4].

а б

Рисунок 1 - Поливинилхлорид (ПВХ) а - структурная формула; б — фрагмент молекулы: в - внешний вид Спрос на него обеспечивается доступностью сырья, преемлимой стоимостью и высокими эксплуатационными характеристиками. К достоинствам поливинилхлорида следует отнести хорошие электроизоляционные и теплоизоляционные свойства, а также высокую устойчивость по отношению к действию сильных и слабых кислот и щелочей, смазочных масел и др.

Однако при обычной температуре этот полимер хрупок и неэластичен,

что ограничивает область его применения. Быстрый рост производства поливинилхлорида объясняется его способностью к модификации свойств за счёт введения при переработке специальных добавок. Перечень добавок, используемых при получении пластмасс, приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Добавки, применяемые в пластмассах

№ п/п Добавки Выполняемые функции

1 2 о Э

1 Добавки, улучшающие условия переработки Стабилизаторы для повышения стойкости в процессе переработки

Смазки

Добавки для повышения текучести

2 Добавки, модифицирующие механические свойства Пластификаторы

Армирующие наполнители

Добавки, повышающие ударную вязкость

3 Добавки, снижающие стоимость материала Дисперсные наполнители

Жидкие и твердые разбавители

4 Модификаторы поверхностных свойств Антистатики

Антифрикционные добавки

Добавки для уменьшения износа

Добавки для предотвращения слипания

Добавки для повышения адгезии

5 Модификаторы оптических свойств Пигменты и красители

Структурообразователи

6 Добавки, повышающие стойкость к старению Антиоксиданты

Стабилизаторы против действия ультрафиолетового излучения

Фунгициды

Для получения высококачественных изделий на основе ПВХ необходима эффективная стабилизация полимера, обеспечивающая высокую технологичность при переработке и длительную эксплуатацию без ухудшения потребительских свойств [2,5-15].

Конкурентоспособность ПВХ обусловлена, прежде всего, его уникальными свойствами, связанными с возможностью получения материалов с широким диапазоном механических и эксплуатационных характеристик. Эта уникальность заключается в способности

10

перерабатываться как в жестком, так и в пластифицированном виде. Это обусловлено сочетанием в одном полимере - полярности, высокой степени упорядоченности, наличия мезоморфного состояния, небольшой степени кристалличности [16,17].

Рост объема потребления объясняется заметным расширением областей применения ПВХ и модифицированных материалов на его основе, после создания марок ПВХ с пониженной горючестью и низким дымовыделением при контакте с открытым пламенем. Прогрессу также способствует разработка новых типов ПВХ со сверхвысокой молекулярной массой, обладающего эластичными свойствами [2,16-19].

Высокий спрос на ПВХ обусловлен возможностью его модификации и получения широкого ассортимента материалов и изделий с улучшенными свойствами, а также экономически выгодным соотношением цена -производительность, доступности сырья, сбережением природных ресурсов [20-23].

Характерной особенностью развития различных областей промышленности в настоящее время является продолжающееся вытеснение традиционных металлических материалов пластмассами. Здесь ПВХ занимает одну из лидирующих позиций [24] .

На основе ПВХ изготавлива�