Экструзионный компаунд для оконных ПВХ профилей

В предыдущих номерах мы рассматривали методы изготовления и основные свойства исходного сырья для приготовления ПВХ профилей — суспензионный ПВХ (полимерная матрица, дисперсионная среда).

©Строительство и недвижимостьНо в чистом виде ПВХ суспензия для экструдирования оконных и прочих строительных профилей не применяется.
Для этого используется так называемый экструзионный ПВХ компаунд. К группе материалов этого типа относят материалы на основе ПВХ суспензии (более 50%) и специальных добавок — аддитивов. Широкое применение подобных компаундов и быстрый прирост их производства в мире (примерно на 20% в год) обусловлены сравнительно низкой стоимостью, хорошими физико-механическими и электрическими свойствами, химической стойкостью, способностью к модификации свойств, а также возможностью получения из них материалов и изделий практически всеми способами переработки пластмасс. В ПВХ суспензию для повышения термостабильности, улучшения перерабатываемости и модификации свойств вводят различные аддитивы: термо- и светостабилизаторы, наполнители, пигменты, модификаторы, смазки, специальные добавки (фунгициды, антистатики, антипирены, осветлители). Выбор этих аддитивов весьма широк и определяется назначением материала, условиями его переработки и эксплуатации, стоимостью и пр.
Выбор экструзионного компаунда определяется характером его переработки и уровнем требований к исходному продукту — профилю. При этом определяющим фактором является тип полимера, его молекулярная масса, морфология и размеры частиц суспензии. Молекулярная масса определяет уровень физико-механических свойств конечного продукта и возможность его переработки. Чем выше молекулярная масса, тем выше прочностные свойства полимера, но и тем сложнее его переработка.
Термостабилизаторы вводят в ПВХ компаунд с целью снижения интенсивности деструкции полимера при переработке, в результате которой материал темнеет и ухудшаются его свойства. Применяемые для ПВХ термостабилизаторы можно разделить на следующие группы: свинцовые, оловоорганические, барий—кадмий—цинковые, кальций—цинковые.
Также для этих целей широко применяются фосфиты и эпоксисоединения.
Светостабилизаторы (производные бензотриазола, бензофенона и пр.) вводят в материал, предназначенный для эксплуатации на открытом воздухе. Они поглощают активную часть солнечного излучения и экранируют полимер.
Антиоксиданты предназначены для защиты модификаторов от окисления.
Количество стабилизаторов зависит от их эффективности и от некоторых побочных воздействий, которые они могут оказывать на свойства полимеров. Основные стабилизаторы вводят в количестве до 5%. Для придания полимеру определенного комплекса свойств используют смеси стабилизаторов. Вторичные стабилизаторы, светостабилизаторы, антиоксиданты добавляют в значительно меньших количествах.
Введение наполнителей в полимер обусловлено в основном стремлением к снижению их стоимости и приданию им определенных свойств (светостойкости, непрозрачности, диэлектрических свойств, повышение твердости и пр.). При этом необходимо учитывать, что зависимость некоторых свойств полимеров от содержания наполнителя проходит через максимум (прочность, электропроводимость), а изменение других проходит равномерно. В качестве наполнителей применяют мел, каолин, слюду, тальк, диатомит, сульфат бария. Иногда поверхность частиц наполнителя обрабатывают веществами, улучшающими их взаимодействие с полимером. Количество наполнителей достигает до 5% по отношению к массе ПВХ суспензии в экструзионном компаунде.
Растворимые в полимере органические пигменты применяются довольно редко, для окрашивания прозрачных изделий. Их главный недостаток — миграция и невысокая стойкость. Для экструзионных компаундов в основном применяются неорганические пигменты. Кроме спектральных характеристик, термо- и светостойкости, весьма важна дисперсность пигмента, от которой зависит равномерность окрашивания материала.
Модификаторы добавляют в ПВХ (до 10—15%) для улучшения его перерабатываемости и повышения ударной вязкости. В качестве модификаторов ПВХ применяют акриловые сополимеры, хлорированный полиэтилен и некоторые каучуки.
Наилучшие свойства ПВХ компаунда достигаются при определенной фазовой морфологии смеси (степени агрегирования его частиц, оптимальной дисперсности модификатора и т. п.) и оптимальной прочности связи между частицами ПВХ и модификатора. Если показатель преломления модификатора и ПВХ одинаков, получают прозрачный материал с высокой ударной вязкостью.
Смазки — необходимый аддитив для всех жестких экструзионных ПВХ компаундов. Ими могут служить низкомолекулярные или полимерные вещества, малосовместимые с ПВХ. В зависимости от этой степени совместимости смазки подразделяют на внешние и внутренние. Внешние смазки (воски, парафины, низкомолекулярный полиэтилен и пр.) выделяются из расплава экструдата и смазывают зазор между ним и металлическими стенками экструзионного инструмента при переработке, уменьшая внешнее трение. Внутренние смазки (стеараты металлов, моноэфиры глицерина и пр.) остаются в расплаве, распределяясь между элементами надмолекулярной структуры полимера. Они оказывают влияние на вязкость расплава и распределение скоростей течения по профилю канала. Для максимального эффекта используют комбинации различных смазок. Обычно они эффективны в малых концентрациях (не более 1%), но заметно влияют на физико-механические свойства полимера.
Фунгициды предотвращают воздействие на полимер грибков и бактерий (особенно это важно для материалов, применяемых на объектах здравоохранения).
ПВХ — негорючий материал благодаря высокому содержанию в нем хлора, но для повышения огнестойкости в ПВХ добавляют и антипирены.
Для предотвращения накопления электростатических зарядов на поверхности изделий из ПВХ применяют антистатики (алифатические амины и амиды, производные четвертичнных аммониевых оснований и пр.).
Для особых декоративных эффектов, например, флуоресцентный эффект, можно добавлять специальные цветные осветлители (люминофоры) — тинопал, белофор, а для придания поверхности профилей перламутрового эффекта подмешивают специальный аддитив на основе метилметаакрилата.
Экструзионный ПВХ компаунд представляет собой сложную многокомпонентную систему с разнообразными видами взаимодействий между аддитивами. В значительной мере свойства материала зависят от условий его получения.
Независимо от того, в какой конечной форме получают изделие (например, в форме оконного профиля ), начальными стадиями технологического процесса являются смешение и гомогенизация. Цель этой операции — приведение всех компонентов ПВХ компаунда в мелкодисперсное
Пример экструдера для приготовления гранулированного ПВХ компаунда — состояние, обеспечивающее получение изделий и материалов нужного качества при последующей обработке. Различают 2 основных типа процессов смешения и гомогенизации.
К первому можно отнести смешение и гомогенизацию в расплавленном состоянии. В этом случае предварительно грубо смешанные компоненты перетираются и перемешиваются в тяжелых смесителях интенсивного действия, например, на вальцах, смесителях Бенбери, на компаундирующих экструдерах.
В случае смесей, не содержащих трудноперерабатываемых добавок , для компаундирования применяют обычные экструдеры. Температура массы в этом случае повышается в основном за счет внутреннего трения. После этого расплав компаунда поступает на формование профиля методом экструзии, или на гранулирование. Этот метод особенно применим для получения ПВХ компаунда с высоким содержанием наполнителей и модификаторов и для переработки отходов ПВХ изделий.
Второй метод — “метод сухих смесей — dryblend” — заключается в добавлении жидких и твердых аддитивов (дисперсгируемой фазы) в суспензионный ПВХ (дисперсионная среда) и перемешиванию их в легких и быстроходных или тихоходных смесителях до получения сыпучей порошкообразной смеси, в которой ингредиенты распределены достаточно равномерно для последующей переработки обычными методами. Этот способ предъявляет к суспензии ПВХ некоторые специфические требования, но его преимущество в том, что в процессе приготовления смеси полимер подвергается меньшим термическим воздействиям, чем при компаундировании расплава. Также существуют и некоторые специальные приемы агломерирования порошкообразной смеси для получения высокой сыпучести и повышения насыпной массы ПВХ компаунда.
Порошкообразный или гранулированный ПВХ компаунд затем используют для получения самых разнообразных строительных ПВХ профилей методом экструзии. Для переработки этих жестких ПВХ компаундов (uPVC compounds) необходимо использовать экструдеры и экструзионные линии, как одношнековые (предпочтительнее для гранулированного ПВХ компаунда), так и двухшнековые (как для порошкообразного, так и для гранулированного ПВХ компаунда). Вакуум отсос из полости рабочего цилиндра экструдеров необходим.
В последующих номерах газеты мы подробно рассмотрим, как же “ работают” отдельные группы аддитивов в ПВХ компаунде, каковы их состав, свойства, морфология.
Владимир КОВАЛЬpb7251@belsonet.net