автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Разработка и исследование композиционных материалов и защитных покрытийна основе ПВХ с использованием отходов лесопромышленного комплекса

На правах рукописи ИСМАИЛОВА АЛСУ ГАЛИЕВНА

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПВХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА

Специальность 05.23.05 — строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза-1996

Работа выполнена на кафедре материаловедения и технологии материалов Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева.

Научные руководители: — кандидат технических наук, профессор

И.Н.Шканов

— кандидат химических наук Э.Р.Галимов

Официальные опоненгы: — доктор технических наук, профессор

A.Н.Бобрышев

— кандидат технических наук, профессор

B.В .Арбузов

Ведущая организация: — Государственный научно-исследовательский

институт химических продуктов

Защита состоится "___" июня 1996 г. в__часов на заседани

диссертационного Совета в Пензенском государственно:

архитектурно-строительном институте по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Г.Титов; 28 (Зал заседаний Ученого Совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государст венного архитектурно-строительного института.

Автореферат разослан "_" июня 1996 г.

Ученный секретарь специализированного

совета: — кандидат технических наук, В.А.Худяков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время доминирующей тенденцией развития производства пластических масс, композиционных материалов , защитных покрытий и других видов полимерных материалов является создание новых композиций на базе сравнительно небольшого числа промышленно важных полимеров, в том числе на основе поливинилхлорида ( ПВХ)[1-3].

Композиции на основе ПВХ широко используются во многих отраслях промышленности для изготовления конструкционных, теплоизоляционных, лакокрасочных, защитных, клеевых, электроизоляционных и других видов материалов и изделий , обладающих высокими деформационно-прочностными, антикорризионными, теплофизическими и специальными свойствами, в том числе негорючестью.

Особенно перспективно применениекомпозиций на основе ПВХ в производстве строительных материалов [4-8].Например, в Российской Федерации на долю 12 специализированных предприятий из 90 приходится большая часть всего объема выпускаемых полимерных материалов на основе ПВХ: линолиума, пленки ПВХ без основы, на бумажных и прочих подосновах, профильно-поганажных изделий и др. Объем производства только линолиума (рулонные материалы и плитки) в 1993 году составил около 100 млн.м2. В связи с увеличением спроса происходят изменения в ассортименте полимерных строительных материалов: напрмер, увеличивается выпуск линолиума на тканевой и теплоизолирующей подосновах и т.п., что вызывает необходимость поиска путей решения проблемы острого недостатка исходного сырья, дефицита подоснвы и многоцветной печатной пленки для производства линолиума , а также расширения диапазона свойств строительных материалов на основе ПВХ.

Одним из наиболее доступных и перспективных способов целенаправленного регулирования свойств материалов на основе ПВХ является введение в его состав на определенных стадиях получения различных по назначению модифицирующих компонентов в виде наполнителей, пластификаторов, антипиренов, стабилизаторов и других добавок, ассортимент которых непрерывно расширяется и повышается эффективность их действия [7,9].

В последние годы в мировой практике проведен широкий скрининг потенциальных модифицирующих компонентов полимерных материалов и поэтому появление совершенно новых добавок - довольно редкое явление. Усилия исследователей в большей степени направлены на модификацию или специальную обработку уже выявленных добавок.

На сегодняшний день достигнуто понимание того факта, что время дешевого сырья прошло! Модифицирующие добавки природного происхождения в основном уже полностью вовлечены в производственные процессы, и резервы следует искать, в первую очередь, в различных промышленных отходах, основная масса которых еще не находит практического применения.

При современных масштабах материального потребления (объемы

потребления материалов удваивается примерно каждые 11 лет) [10] фактор степени вовлечения в промышленное производство вторичных материальных ресурсов, в том числе неиспользуемых производственных отходов, имеет первостепенное значение. Решение указанной проблемы связано с разработкой и освоением безотходных экологически чистых энергоресурсосберегающих промышленных технологий.

Особый интерес для использования в качестве модифицирующих компонентов полимерных материалов представляют многочисленные неиспользуемые отходы производств лесопромышленного комплекса. Основная масса, образующихся на различных стадиях химической переработки древесного сырья промышленных отходов накапливается в отвалах, сбрасывается в водоемы или сжигается, что приводит к серьезным, а иногда, и необратимым изменениям экологической ситуации во многих промышленно развитых регионах [11-13].

При разработке основных направлений целенаправленной утилизации продуктов химической переработки древесины (ПХПД) необходимо, в первую очередь, принимать во внимание их углеродсодержащую природу. Основными факторами, гарантирующими указанным отходам положение модификаторов будущего, являются их возобновляемость и высокая экологическая эффективность. Ежегодный прирост твердой биомассы лесов мира составляет 59 млрд.т.,а добывается в мире лишь 1,1-1,3 млрд.т. в год. Из всего лесного массива используется около 7,5% древесины [14], причем в так называемых "отходах" оказывается не менее 30% промышленной древесины.

В силу сказанного реальной представляется возможность получения новых композиций на основе ПВХ с использованием в их составе нетрадиционных модификаторов, обеспечивающих необходимый уровень технологических, эксплуатационных и специальных свойств материалов и готовых изделий. !> Высокий комплекс технических свойств материалов и изделий на основе поливинилхлорида делают их потенциально пригодными для широкого применения в строительной промышленности в качестве конструкционных и отделочных материалов - пленочных, листовых, профильно-погонажных изделий, пенопластов, труб и т.п. Опережающими темпами развивается производство поливинилхлорвдных порошковых композиций (сухие краски) для получения механически прочных, химически стойких антикоррозионных покрытий, используемых для защиты различных панелей с металлическими обшивками, элементов каркасных и несущих конструкций, кровельного материала и др.

Комплексные исследования возможности разработки композиционных материалов на основе ПВХ и продуктов переработки древесного сырья были начаты на кафедрах материаловедения Казанского государственного технического университета и технологии строительных конструкций и изделий Казанской государственной архитектурно-строительной академии. Положительные результаты этих работ послужили основой для дальнейшей: расширения и углубления систематических исследований по проблеме модификации ПВХ продуктами химической переработки древесины с целые создания композиционных материалов с ценными техническими свойствами.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. На основе комплексного исследования реологических, теплофизических, деформационно-прочностных свойств жесткого, пластифицированного и эластифицированного ПВХ, модифицированногс

фомышленными отходами в виде различных продуктов химической 1ереработки древесного сырья, разработать композиционные материалы 1ащитных покрытий и ресурсосберегающие технологии их производств.

При выполнении работы решались следующие основные задачи: исследовать эффективность и особенность модификации ПВХ продуктами симической переработки древесного сырья путем комплексного изучения технологических, эксплуатационных и специальных свойств дисперсно-1аполненных композиционных материалов на его основе и выявить ¡акономерности их изменения;

■ исследовать комплекс основных технических свойств полимерных юрошковых композиций и покрытий на основе ПВХ и ПХПД; • разработать оптимальные составы и технологические процессы формования «делий из композиционных материалов и пленкообразования защитных токрытий;

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для исследования был выбран ;успензионный ПВХ марки С-7058М, стабилизатором служила смесь стеарата кальция и силиката свинца (по 3 масс.ч.) пластификатором являлся тиоктилфталат (ДОФ), содержаниие которого меняли от10 до 80 масс.ч.

В качестве модифицирующих добавок были использованы продукты химической переработки древесного сырья в виде гидролизного лигнина (ГЛ), хлорированного гидролизного лигнина (ХГЛ), окисленного гидролизного пигнина (ОГЛ), шлама холодного отстоя (ШХО), последрожжевого остатка (ПДО), полимерного остатка (ПО), таллового пека (ТП), омыленного талловопо пека (ОТП), и омыленною таллового лигнина (ОТЛ), содержание которых меняли от 1 до 30 масс.ч. В качестве эластомерных наполнителей были использованы синтетические каучуки СКН-18, СКН-26, СКН-40, СКФ-26, СКФ-32 и СКУ-8.

При решении поставленных в диссертационной работе научно-технических задач были использовании следующие методы исследований: реологический, термомеханический, физико-механический, термогравиметрический, дифференциальный термический анализ, дифференциальная сканирующая калориметрия, электронная микроскопия, пиролитеская газовая хроматография и др.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В процессе решения научно-технической проблемы получены следующие новые научные результаты:

- проведена модификация жесткого, пластифицированного и эласти-фицированного ПВХ новыми продуктами химической переработки древесного сырья - хлорированным гидролизным лигнином, окисленным гидролизным лигнином, последрожжевым остатком и шламом холодного отстоя;

- выявлены особенности и закономерности изменения технологических, эксплуатационных и специальных свойств композиционных материалов и покрытий в зависимости от типа и содержания модифицирующих добавок и интенсивности температурно-силовых воздействий;

- исследованы многокомпонентные системы типа: ПВХ-дисперсный ПХПД-олигомерный ПХПД;

- обобщены экспериментальные данные по изменению комплекса технических свойств ПВХ-композиций, модифицированных различными типами наполнителей в виде ПХПД и дана их классификация по степени влияния на изменение свойств полимерных систем;

- разработаны новые дисперсно-наполненные порошковые композиции на основе ПВХ и ПХПД;

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Подвергается экспериментальными исследованиями, применением современного измерительного оборудования, а также внедрением результатов работы в производство и исследовательскую практику.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. В результате выполненных исследований разработаны композиционные материалы на основе ПВХ и различных ввдов продуктов химической переработки древесного сырья. Научные результаты, методы их решения и разработанное оборудование переданы и используются на ряде промышленных предприятий, что подтверждается соответствующими актами внедрения, представленными в приложении к данной диссертации.

Внедрение результатов исследований позволило получить значительный технико-эколого-экономический эффект.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты выполненной работы обсуждались на научно-технических семинарах "Экологически чистые лакокрасочные покрытия" -Санкт-Петербург, 1992, 1993 гг.; научно-техническом семинаре "Порошковые полимерные составы - экологически чистые материалы для покрытий"- Пенза, 1992г.; Гагаринских чтениях - Москва, 1993, 1995г.; Международной, конференции " Авиация - пути развития"- Москва, 1993г.; Всероссийской научной студенческой конференции - Казань, КИСИ, 1994 г.; научно-технической конференции по итогам работы за 1992-1993 г.г.-Казань, КГТУ, 1994 г.; Всероссийской межвузовской научно-практической конференции "Конверсия вузов - защите окружающей среды"- Екатеринбург, 1994 г.; V-ой Всероссийской студенческой научной конференциях "Проблемы теоретической и экспериментальной химии"- Екатеринбург, 1995,1996 г.г.; Международной научно-технической конференции "Современные проблемы строительного материаловедения"- Самара, 1995 г.; научно-технической конференции "Новая химическая продукция; технология изготовления и применения"-Пенза, 1995 г.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Постановка основной части экспериментальных исследований, их анализ и обобщение выполнены лично автором,

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертационной работы опубликованс 14 печатных трудов.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения Содержит 209 страниц машинописного текста, в том числе 10 таблиц, 55 иллюстраций, библиографию из 180 наименований.

Во введении обоснована актуальность разработки новых ком-позиционнных материалов и ресурсосберегающих технологий их производстве с применением многотоннажных отходов лесопромышленного комплекса Сформулированы цель и задачи исследований, дана краткая аннотация работы

В первой главе рассмотрены современные представления с молекулярной, топологической и морфологической структуре полилигнинов методы их получения, а также некоторые аспекты их практического примененш как компонентов полимерных материалов.

Во второй главе рассмотрены способы подготовки образцов дл5

испытаний, приведены характеристики компонентов и основных модифицирующих добавок ПВХ в виде продуктов химической переработки древесного сырья ПХПД. Описаны экспериментальные установки, приборы и методы испытаний, дана методика обработки экспериментальных данных..

Третья глава посвящена исследованиям физико-химических аспектов разработки дисперсно-наполненных композиционных материалов на основе ПВХ и продуктов химической переработки древесного сырья.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния дисперсных наполнителей в виде ПХПД на изменение технологических и эксплуатационных свойств эластифицированного ПВХ.

Пятая глава посвящена исследованию особенностей изменения технологических и эксплуатационных свойств поливинилхлоридных порошковых композиций и защитных покрытий на их основе, определению оптимальных режимов их пленхообразования, а также разработке комплекса специализированного оборудования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Исследование фшико-химических аспектов разработки дасперснонапалненных ПВХ-композиций.

Одним из основных технологических параметров, определяющим поведение полимерных материалов в условиях переработки, является вязкость расплава. Исследования вязкостных свойств ПВХ-композиций на капиллярном вискозиметре в широком диапазоне температур и режимов деформирования позволили установить, что существует широкая область деформирования в которой удается достичь установившегося течения расплавов с участком соответствующим эффективной вязкости (Т|э).

На рис.1, в качестве примера представлена зависимость Г|э рас- Зависимость эффективной вязкости плавов жестких ПВХ-композиций от расплавов наполненного ПВХ

степени наполнения дисперсными lg г|э, ПХПД. Видно, что в области малых [Па с] содержаний добавок наблюдается экстремальное изменение эффективной вязкости, причем положение минимума, а также степень снижения и последующего возрастания вязкости зависит от типа наполнителя. По степени модифицирующего действия ПХПД можно разделить на три группы. Первую группу составляют хлорированный и окисленный лигнины, вторую -гидролизный лигнин, третью - после-дрожжевой остаток и шлам холодного отстоя.

Полученные экспериментальные данные по изменению эффективной

Р, масс.ч.

Кривые 1, 2, 3, 4, 5 соответствуют ХГЛ, ОГЛ, ГЛ, ПДО, ШХО. Т= 180°С. lg х =5,4 [Па]

вязкости можно интерпретировать используя представления о микрогетерогенной глобулярной структуре, сохраняющейся в процессе течения расплавов ПВХ-композиций.

Введение малых доз дисперсных наполнителей приводит, в первую очередь, к равномерному распределению их в межструктурных областях полимерии матрицы и одновременно к возникновению двух взаимноконкурирующих процессов. Первый процесс связан с формированием сдвиго-неустойчивых фаз, обеспечивающих деформацию материала (течение) и увеличение их подвижности в направлении сдвигового деформирования за счет разрыва проходных цепей, связывающих глобулярную структуру. Второй процесс обусловлен межструктурным взаимодействием и возникновением на границе раздела полимер-наполнитель адсорбированных межфазных слоев.

Снижение т^ в области малых содержаний наполнителей свидетельствует о преобладающем влиянии первого фактора - увеличении подвижности кинетических единиц течения. По мере увеличения содержания наполнителей наблюдается повышение эффективного объема наполнителей за счет адсорбционного взаимодействия и вовлечения все большего объема полимера е граничные слои, приводящее к возрастанию вязкости. Кроме того, при больших концентрациях добавок формируются структуры плотной упаковки настиг наполнителей, связанных полимерными прослойками, что приводит также к закономерному повышению эффективной вязкости.

Следует отметить, что повышение температуры, интенсивностг деформирования и содержания в полимерных системах пластификатор* приводит к уменьшению степени снижения и последующего повышенш эффективной вязкости соответственно в области малых и больших содержание наполнителей, что объясняется изменением подвижности кинетических едини течения за счет разрыва или образования адгезионных связей междз структурными элементами полимерной композиции.

На качественное изменение механизма течения расплавов ПВХ-композиций выражающееся в формировании структурных образований различного уровш при переходе от малых доз наполнителей к большим, указывает такж« экстремальный характер измене-ния величины индекса течения (п) определяемого по данным вискозиметрических испытаний.

Результаты исследований температурной зависимости вязкости и оценю энергии активации вязкого течения (Е) позволили установить, что в облает! малых содержаний ПХПД наблюдается снижение величины Е, а по мер( повышения концетрации наполнителей характерно некоторое возрастание шн постоянство данного параметра. Подобное изменение Е подтверждав вышесказанные предположени о возникновении двух взаимноконкурирующш процессов при течении расплавов наполненных ПВХ-композиций и позволяв" качественно оценить вклад каждого из них в структурные превращения наблюдаемые при введении наполнителей.

Исследования других вязкоупругих свойств композиционных материале] позволили установить сложный характер их изменения от интенсивного сдвигового деформирования, температуры и содержания модифицирующи: компонентов. Например, изменение коэффициента разбухания экструдата (Кэ носит экстремальный характер от напряжения сдвига и содержания ПХПД] особенно для жестких и слабопластифицированных композиций, в то врем

как для средне- и силыюпластифицированных систем наблюдается возрастание этой характеристики. С использованием теоретических уравнений, связывающих первую разность нормальных напряжений и величину Кэ, определены количественные характеристики наполненных систем, обусловленные дашшмзффектом.

Расчет спектров времен релаксаций позволил установить, что введение малых доз ПХПД приводит к ускорению протекания релаксационных процессов в полимерных системах, что коррелирует с результатами исследований вязкостных свойств расплавов ПВХ-композиций.

Исследованы вопросы совместимости и устойчивости в процессе течения ПВХ-композиций, модифицированных олигомерными ПХПД. Результаты оценки эффекта пристенного скольжения с использованием реологического метода позволили устан9вить, что из олигомерных модификаторов хорошо совместимой с ПВХ добавкой явяляется ПО, а ТП, ОТП и ОТЛ являются ограниченно совместимыми компонентами. Установлено увеличение скорости пристенного скольжения <ит) по мере увеличения содержания добавок и интенсивности деформирования.-

В данной главе рассмотрено также влияние наполнителей на процессы термического разложения ПВХ-композиций методами ДТА, ТГА, ДСК, пиролитической газовой хроматографии. Установлено, что введение наполнителей приводит к заметному повышению температуры начала интенсивного дегидрохлорирования и разложения полимерных систем (рис.2).

С использованием манометрического метода изучена кинетика процессов термического разложения КМ и определены основные кинетические характеристики.

Исследование динамической термостабильности наполненных ПВХ-композиций реологическим методом позволило установить ее повышение по мере увеличения содержания ПХПД. Показано уменьшение периода термостабильности с увеличением интенсивности деформирования и температуры.

Анализ изменения термомеханичеких свойств наполненных композиций показал,что введение дисперсных наполнителей третьей группы приводит к снижению температуры стеклования (Тс) в области их малых содержаний, а наполнители первой и второй групп практически не влияют на изменение величины Тс как жестких, так пластифицированныхсистем. Температура текучести (Тт) ПВХ-композиций снижается в областии небольших содержаний ПХПД, особенно для жестких и слабопластифицированных систем, в то время как для средне- и сильнопластифицированных композиций степень снижения Тт уменьшается и становится практически незаметной при максимальном содержании пластификатора.

Оценка влияния дисперсных ПХПД, представляющих собой соединения фенольного типа, на процессы горения позволила установить повышение кислородного индекса, т.е. снижение горючести по мере повышения их содержания в ПВХ-композициях.

Исследование деформационно-прочностных свойств позволило выявить упрочнение жестких ПВХ-композиций в области малых доз наполнителей и уменьшение деформативности во всем интервале содержания ПХПД. Для пластифицированных систем установлено снижение деформационно-

ТаБдмда 1.

Иямепепяе комплекса технических свойств систем! ПВХ-ОЛИГОмирные ПХПД-дисперсные ШЩД

Тип капил-нители ïtputft-риотккв, Т, "С Содержание олигомерЯУХ продуктов, мвес.ч.

а тп 20 ТП 5 ОТП 20 ОТП 5 0ТЛ 20 0ТЛ 5 ПО 20 ПО

Содержим» наоолни-гела, шлс.ч.

0 10 30 0 10 30 0 10 30 0 10 80 0 10 30 0 10 30 0 10 30 0 10 30

ГЛ Т^-С Ig ОиСПл-с]* <тр, МП» ê. % 80 79 ТЭ 140 137 139 4j60 4.50 4.71 SS 60 50 26 22 18 75 75 78 122 120 123 3.35 ЗЛО 3.40 49 44 40 80 76 70 80 80 80 140 136 130 4.35 4JÎ2 4.40 5Я SB 52 26 83 20 75 75 75 123 lift 123 3.20 3.15 3.22 50 44 40 80 73 71 8Û «0 81 144 130 J41 1.80 4.74 4.80 54 5S 50 25 20 15 70 70 71 134 131 133 U1 3.38 3.42 42 38 33 78 73 69 78 76 78 142 128 140 4 ДО 4J81 4.92 50 53 45 28 25 22 68 68 70 128 124 130 1.40 4.35 4.41 39 35 31 84 80 70

хгл К с Тг с С„, МПв е, % ВО 70 79 140 1ST 139 4.60 4.52 4.82 58 61 52 25 22 18 75 74 76 122 120 123 135 332 3.45 51 46 43 7в 74 70 80 79 80 140 133 140 Í3Ó 4.25 4.10 58 81 54 Z-1 20 1» 75 74 74 122 117 121 3.ZC 3.20 51 44 40 SO 73 71 80 80 80 144 138 140 1.80 4.70 4.82 SS S» 51 24 20 15 70 70 71 134 J 31 133 >.41 3.33 3.44 43 38 33 78 73 60 79 76 78 144 140 143 ÍJ90 435 4.90 48 50 42 26 24 20 68 68 70 130 126 130 1.40 4.38 4.40 38 34 30 85 80 70

1ГДО Ге.-с Т„'С Ы ri^CIU c]* of, МПа £, % 80 79 70 140 134 139 4.60 4MI 4.57 56 65 40 2в 24 20 75 75 74 122 118 121 7.35 3.27 3.31 49 43 40 80 76 72 80 70 79 140 133 137 4M 4.20 4.35 66 64 50 Î6 23 20 75 75 75 122 119 122 З.Й0 3.13 ЗЛО 40 43 3» 80 75 70 80 7Й 78 144 132 130 1.80 4.72 4-7« 54 58 50 25 22 19 70 69 69 134 131 134 1.41 3.35 3.38 42 Зв 32 78 75 58 7ft 75 78 142 132 138 4.90 4.78 4.82 48 51 42 SB 25 22 67 6» 88 128 122 126 ».40 4ЛЗ 4.38 38 ЗБ 31 80 74 65

* 1« Ц, пРи Т 180'С и Ig 1 - 5.4 1Ш]

прочностных свойств по мере увеличения степени наполнения. Дана, интерпретация подобного изменения физико-механических характеристик композиционных материалов.

В данной главе исследованы также многокомпонентные полимерные системы типа: ПВХ- дисперсный ПХПД-олигомерный ПХПД. Установлен экстремальный характер изменения основных технологических и эксплуатационных свойств подобных систем в области малых содержаний добавок.

На основании проведенных исследований • реологических свойств жестких и пластифицированных ПВХ-композиций можно считать установленным, что в пределах многочисленных вариаций химического, строения и состава ПХПД, в областях их малых содержаний наблюдается резкое или экстремальное изменение вязко-упругих параметров (рис. 2), что обусловлено одновременным и неадекватным действием двух основных конкурирующих процессов, описанных выше.

Характер и интервалы изменения пязкоупругих свойств ПВХ-композиций, наполненных ПХПД

и

О 10 20 Р, масс.ч.

г)8,п, Кэ, тп-т„2,Е, Н(б) — соответственно эффективная вязкость, индекс течения, коэффициент разбухания струи, первая разность нормальных напряжений, энергия активации вязкого течения, спектр времен релаксации.

Исследование влияния дисперсных наполнителей на изменение свойств эластифицированного ПВХ

Разработка материалов на основе смесей ПВХ и синтетических каучу-ков обусловлена необходимостью рассширения диапозона их технических свойств.

Известно, что оптимальный уровень технологических и эксплуатационных'свойств ПВХ-композиций реализуется в основном при содержании сравнительно небольших доз элатомерных модификаторов (до 10 масс.ч. на 100 масс.ч. ПВХ).

С точки зрения открывающихся возможности получения новых материалов большой интерес представляют исследования эффективности применения в составе эластифицированного ПВХ дисперсных ПХПД.

Комплексные исследования реологических, термомеханических и деформаЦионно-прочностных свойств дисперсно-наполненных материалов

на основе эластифицированного ПВХ (таб.2) позволили установить, что характер их изменения в целом сохраняется, как и для неэластифицированных композиций; меняется лишь положение и глубина экстремумов на концентрационных зависимостях. Наблюдаемые изменения в степени влияния наполнителей обусловлены адсорбционным взаимодействием макромолекул синтетических каучуков с поверхностью лигнинсодержащих наполнителей и макромолекулами ПВХ, приводящим соответственно к возникновению дополнительных межфазных и переходных слоев.

Полученные экспериментальные данные и вышеизложенные предположения о характере распределения дисперсных наполнителей и их влияние на процессы структурообразования подтверждаются исследованиями ПВХ-композиций методом электронной микроскопии.

На основании проведенных исследований установлено влияние химического строения синтетических каучуков и содержания в них полярных групп на изменение технических свойств дисперсно-наполненных материалов и дана интерпретация наблюдаемых явлений.

Обобщая экспериментальные данные по влиянию различных типов модифицирующих добавок на изменение вязкоупругих, термомеханических, деформационно-прочностных и других свойств жестких, пластифицированных и эластифицированных ПВХ-композиций можно сделать заключение о целесообразности и эффективности применения ПХПД для разработки и производства различных видов материалов, в том числе строительиых материалов и изделий. Заметное или экстремальное изменение комплекса технических свойств ПВХ-композиций в области малых содержаний ПХПД обусловлено одновременным и неадекватным действием нескольких конкурирующих факторов, основными из которых являются изменение подвижности структурных образований полимерной матрицы и формирование адсорбированного межфазного слоя, от интенсивности действия которых зависит величина суммарного эффекта, а также характер и направление изменения свойств.

Исследование свойств порошковых композиций и покрытий на основе ПВХ и ПХПД. Разработка оптимальных составов, технологий и оборудования.

Основным направлением в улучшении свойств порошковых композиций на основе ПВХ является повышение текучести в процессе пленкообразования покрытий. В связи с этим проведено исследование влияния дисперсных ПХПД на изменение вязкостных свойств ППК. Установлено, что введение малых доз ПХПД (до 5 масс.ч.) приводит к повышению текучести расплавов, что обусловлено увеличением подвижности структурных элементов полимерной композиции при формировании покрытий.

Исследование влияния наполнителей на изменение прочности адгезионного соединения покрытий на основе ПВХ позволило установить, что введение в состав ППК наполнителей первой и второй групп (ХГЛ, ОГЛ и ГЛ) до 5 масс.ч. приводит к некоторому возрастанию этой характеристики, обусловленное изменением условий сплавления порошковых частиц в процессе плен-

:ообразования и наличием большого количества функциональных групп в 1ХПД. Снижение прочности адгезионного соединения при введении [аполнителей третьей группы (ПДО и ШХО) связано с наличием в их составе начительного количества низкомолекулярных соединений, оказывающих шастифицирующее действие.

С целью реализации технологических процессов нанесения защитно-[екоративных порошковых покрытий в электростатическом поле разработано (есколько вариантов комплекса специализированного оборудования годульного типа (тупиковый и проходной варианты).

Основной проблемой в технологии нанесения покрытий является проблема 'лавливания и сепарации не осевших на поверхности изделий и конструкций юрошковых композиций. Для повышения эффективности сепарации юрошковых материалов автором разработана конструкция циклона и доведены исследования по расчету и определению его основных сонструктивно-технологических параметров.

Выводы.

1. Разработаны новые дисперсно-наполненные композиционные материалы 1а основе жёсткого, пластифицированного и зластифицированного ПВХ'и >тходов лесопромышленного комплекса в виде побочных продуктов хими-1еской переработки древесного сырья (хлорированного и окисленного лиг-1инов, последрожжевого остатка и шлама холодного отстоя).

2. Исследование реологических свойств расплавов композиционных материалов в широком интервале температурно-силовых воздействий позволило установить экстремальное или резкое изменение вязкоупругих характеристик 5 области небольших содержаний наполнителей (до 10-15 масс.ч. на 100 масс.ч. ПВХ). С использованием современных представлений о структурно-мор-|юлогической модели строения ПВХ дана интерпретация аномального изменения реологических свойств наполненных композиций.

3. Исследовано влияние наполнителей на изменение теплофизических характеристик материалов на основе ПВХ. Показан различный характер изменения термомеханических параметров в области малых и больших содержаний наполнителей, установлено поввышение термической стабильности и :нижение горючести модифицированых ПВХ-композиций. Определены кинетические параметры процессов термического разложения полимерных систем.

4. Исследования дефформационно-прочностных свойств позволили установить, что'для жестких композиций наблюдается эффект упрочнения при малых содержания наполнителей, степень которого возрастает по мере уве-ничения в ПХПД лигнинсодержащих соединений и полярных групп, а для пластифицированных систем наблюдается некоторое снижение предела прочности во всем интервале содержания наполнителей. Деформативность как жестких, так пластифицированных систем уменьшается с увеличением содержания ПХПД.

5. Рассмотрены вопросы совместимости и устойчивости при течении

расплавов ПВХ-композиций, модифицированных (пластифицированных) олигомерными продуктами химической переработки древесного сырья -ПО,ТП,ОТП,ОТЛ. Установлена хорошая совместимость ПО и ограниченная совместимость ТП, ОТП и ОТЛ с полимерной матрицей. Проведена оценка скорости пристенного скольжения для ПВХ-композиций модифицированных ТП,ОТП и ОТЛ при различных содержаниях добавок и режимах деформирования.

6. Исследованы многокомпонентные системы: ПВХ-дисперсный ПХПД-олигомерный ПХПД. Показана эффективность их совместного действия и целесообразность практического применения для производства материалов на основе ПВХ.

7.0бобщены экспериментальные данные по изучению комплекса технических свойств ПВХ-композиций, установлены закономерности их изменения в широком диапозоне содержания продуктов химической переработки древесного сырья и температурно-силовых воздействий, дана классификация дисперсных наполнителей по содержанию в них лигнинных соединений, а также характеру и степени влияния на изменение реологических, теплофизи-ческих и деформационно-прочностных свойств.

8. Разработаны порошковые композиции на основе ПВХ и ПХПД с повышенной текучестью и защитные покрытия на их основе с высокими адгезионными свойствами. С использованием метода математического планирования эксперимента определены оптимальные технологические параметры нанесения порошковых покрытий. Разработана конструкция циклона и определены оптимальные конструктивно-технологические параметры, позволяющие повысить эффективность сепарации порошковых композиций.

Разработанные автором новые дисперсно-наполненные композиционные материалы и защитные покрытия на основе ПВХ и продуктов химической переработки древесного сырья могут быть использованы в промышленности строительных материалов и ряде других отраслей народного хозяйства.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Исмаилова А.Г., Коновалова И.А., Маминова Д.А. Оборудование и технологии нанесения и формирования защитных порошковых полимерных покрытий.- в сб.: Тезисы докладов научн.-технич. конф.'Тагаринские чтения", г.Москва ,1993,ч.4, с.27.

2. Галимов Э.Р., Исмаилова А.Г., Шканов И.Н., Круглов Е.П. Композиционные защитные покрытия для повышения надежности изделий авиатехники.-В сб.: Тезисы докладов Междунар.научн-техн. конф."Авиация- пути развития", г.Москва, 1993, с.41-42.

3. Исмаилова А.Г., Маминова Д.А. Эффективность применения защитно-декоративных полимерных порошковых покрытий. В сб.: Тезисы докладов Всеросс.научн.студ. конф.,г.Казань,КИСИ,1994, с. 15-16.

4. Исмаилова А.Г., Галимов Э.Р. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе ПВХ. В сб.:Тезисы докладов научн.-техн. конф. по итогам работы за 1992-194 гг.,г.Казань, 1994, КГТУ, с.48.

5. Исмаилова А.Г., Галимов Э.Р. Влияние композиционных защитных покрытий для повышения надежности и работоспособности изделий

авиатехники. В сб.:Тезисы докладов научн.-техн. конф. по итогам работы за 1992-1994 гг.,г.Казань, 1994, КГТУ, с.48.

6. Галимов Э.Р., Исмаилова А.Г. Эффективность использования промышленных отходов в производстве композиционных материалов. В сб.: Тезисы докладов Всеросс. межвуз.научн.-практ.конф. "Конверсия вузов-защите окружающей среды",г.Екатеринбург, 1994,с.154-157.

7. Исмаилова А.Г., Галимов Э.Р. Влияние защитных полимерных порошковых покрытий на надежность и ресурс изделий авиатехники. В сб.: Тезисы докладов "XXI Гагаринские чтения", 1995,4.4, с.36.

8. Исмаилова А.Г., Гизатуллин С.Г. Иссследование процессов термического разложения композиционных материалов на основе ПВХ. В сб.: Тезисы докладов У Всеросс. студ.научн.конф." Проблемы теоретической и экспериментальной химии", Екатеринбург, 1995, с.150-151.

9. Исмаилова А.Г.,Гизатуллин С.Г., Семенов Л.Н., Ежов Е.В. Композиционные материалы на основе ПВХ и продуктов химической переработки технических лигнинов. В сб.:Тезисы Республ.научн.студ.конф., Казань,КИСИ, 1995, с. 103.

10. Галимов Э.Р., Исмаилова А.Г., Низамов Р.К.,-Ушакова Г.Г, Иваненко А.Д. Разработка энерго-ресурсосберегающих технологий производства композиционных строительных материалов на основе ПВХ и промышленных отходов. В сб.: Тезисы докладов Междунар.научн.-техн.конф."Современные проблемы строительного материаловедения", Самара, 1995, с.74- 75.

11. Исмаилова А.Г., Галимов Э.Р., Галимов Н.Р. Технико-экономические и экологические аспекты разработки и внедрения высокоэффективных защитных покрытий. В сб.: Тезисы докладов Междунар. научн.-техн. конф."Новая химическая продукция ; технология изготовления и применения", Пенза, 1995, с.7-8.

12. Исмаилова А.Г., Галимов Э.Р., Галимов Н.Р. Разработка порошковых поливинилхлоридных композиций с использованием отходов лесохимического производства. В сб.: Тезисы докладов Междунар. научн.-техн. конф."Новая химическая продукция ; технология изготовления и применения", Пенза, 1995, с.22-23.

13. Галимов Э.Р., Исмаилова А. Г. Опыт внедрения экологически чистых энерго-ресурсосберегающих технологий нанесения защитных порошковых покрытий. 2-ая Республиканская конференция "Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан", Казань, 1995.

14. Галимов Э.Р., Исмаилова А. Г. Экспериментально-теоретические исследования по оптимизации составов, структуры, свойств и разработка экологически чистых технологий получения новых полимерных КМ и защитных покрытий. Научно-технический отчет по программе "Конверсия и высокие технологии" раздел "Экология" Госрегистр. № 01.9.40 008518.

Соискатель

А.Г.Исмаилова