Пластификация поливинилхлорида со сланцевой смолой и исследование их свойств

1.

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И
ИННОВАЦИЙ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
НАВОИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МУХАМАДИЕВА МАЛИКА ШАВКАТ КИЗИ
70710103-Химическая технология высокомолекулярных соединений
ПЛАСТИФИКАЦИЯ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА СО
СЛАНЦЕВОЙ СМОЛОЙ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ
Научный руководитель:
д. х. н., проф. Мухиддинов Б. Ф.
1

2. .

Актуальность темы диссертации
.
В соответствии с основными направлениями экономического и социального развития
республики ускоренными темпами развивается химическая промышленность, в особенности
.
производство
местного сырья и материалов, обеспечивающих технический прогресс во всех
отраслях хозяйства. Ускорение научно-технического прогресса обусловило бурное развитие
химической промышленности и повлияло на образование вторичных продуктов и отходов,
значительно загрязняющих окружающую среду, но в то же время являющихся ценным и
дешевым сырьем для получения на их основе новых материалов.
Поливинилхлорид (ПВХ) наиболее широко применяемый в хозяйстве из-за его низкой
цены и доступности исходного сырья, подвергающийся разнообразной модификации и
выпуска за счет этого большого ассортимента материалов и изделий на его основе. Этот
полимер имеет также недостаток – низкая стойкость к различным энергетическим
воздействиям, что выражается в повышенной склонности получаемых материалов к
старению.
2

3. .

Для предохранения ПВХ от воздействий тепла, света, атмосферных и других факторов,
.
в процессе переработки полимера и при эксплуатации изделий, необходимо применение
стабилизирующих и пластифицирующих добавок, относящихся к различным классам
.
химических соединений. Важнейшими требованиями к добавкам, вводимым в ПВХ
композиции с целью обеспечения улучшения перерабатываемости модифицированных
высококачественных
материалов,
являются
технологичность,
доступность,
нетоксичность.
В настоящее время в республике Узбекистан, а именно в АО Навоиазот начали
выпускать поливинилхлорид на основе ацетилена и хлористого водорода. Известно, что
ПВХ из-за близости температуры плавления и температуры начало разложения
препятствует переработку самого исходного полимера. Это требует разработать научную
основу теорию и практику термостабилизации и пластификации поливинилхлорида.
3

4.

Цель работы: Исследование закономерности процесса пластификации поливинилхлорида со
сланцевой смолой; Изучение влияния содержания сланцевой смолы на термостабилность
поливинилхлорида методами, дериватографии, изотермогравиметрии, ИК-спектроскопии и другими
методами;
Задачи исследования:
-исследование закономерности процессов пластификации поливинилхлорида со сланцевой смолой;
-определение влияния содержания сланцевой смолы
на показателю текучести расплава
поливинилхлорида;
-исследование содержания сланцевой смолы на физико-механические свойства поливинилхлорида;
-исследование
термостабильности
поливинилхлорида
методами
дериватографии,
изотермогравиметрии;
-исследование структуры композиций ПВХ со сланцевой смолой методом ИК- спектроскопии.
Научная новизна:
Проведено систематическое исследование пластификации поливинилхлорида и его композиций
со сланцевой смолой.
Впервые получены композиции поливинилхлорида со сланцевой смолой и исследована их
показатель текучести расплава;
Исследованы физико-механические свойства поливинилхлорида с содержанием сланцевой смолы.
Исследованы структуры композиций ПВХ со сланцевой смолой методом ИК- спектроскопии.
4

5.

Исследование термомеханических свойств композиций
поливинилхлорида со сланцевой смолой
Рис.1. Термомеханические кривые исходного (1) и
пластифицированных образцов ПВХ. Содержание
сланцевой смолы, масс.%: 2-3,0; 3-5,0; 4-10,0; 5-20
Рис.2.
Зависимость
пластифицированного ПВХ
сланцевой смолы
снижения
тс
от содержания
5

6.

Влияние содержания сланцевой смолы на температурные
переходы
.
Компози Содержание
сланцевой
ции
Тс,0С Тпл, 0С
смолы,
ПВХ
масс.%
Тс и Тпл поливинилхлорида
Увеличение содержания сланцевой
Тпл-Тс
смолы
в
хлорида
1
ПВХ
2
0
4
80
5
196
6
116
Сланцев
ая смола
5,0
10,0
15,0
20,0
30,0
73
67
62
58
53
190
185
182
179
174
117
118
120
121
122
составе
поливинил-
снижает
температуру
плавления полимера и способствует
переработку ПВХ из расплава без
деструкционных
процессов
тра-
диционными
методами
для
термопластичных полимеров.
6

7.

ДЕРИВАТОГРАММА КОМПОЗИЦИИ
ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА С 20,0 МАСС.%
СЛАНЦЕВОЙ СМОЛОЙ
Анализ результатов исследования кривых
ДТГА показывает, что кривая состоит, в
основном, из двух сигмоидов, которые в
процессе происходят в две стадии. Первая
стадия происходит в интервале температур от
150оС до 300оС, при этом потеря массы
составляет 57,59 % . Вторая стадия происходит в
интервале температур от 350оС до 490оС, при
этом потеря массы составляет 85,45 %.
Разложение начинается, в основном, при 50
0С при этом потеря массы у композиции ПВХ
содержащие 20,0 масс.% сланцевой смолы
составляют 10,05 масс.%.
С возрастанием
температуры возрастает скорость разложения
исходных полимеров. Интенсивное разложение
полимеров, в основном, происходит после 200
0С и достигается максимума при 400- 500 0С,
при этом потеря массы составляет 86,36
масс.%.
7

8.

Потеря массы и количество израсходованной энергии композиции
поливинилхлорида с 20,0 масс.% сланцевой смолой
Температура,оС
Потеря
массы, мг
Потеря
массы, %
Количество
израсходованной
энергии (µV*s/mg))
1.
50
0,638
10,05
2,33
2.
100
0,981
16,41
4,81
3.
150
1,112
19,58
6,01
4.
200
1,451
22,65
7,02
5.
• . 250
1,984
29,18
7,93
6.
300
3,422
57,59
8,15
7.
400
4,521
75,86
7,75
8.
500
5,182
86,36
5,86
9.
600
5,569
90,08
9,77
№
т/р
8

9.

ДЕРИВАТОГРАММА КОМПОЗИЦИИ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА
С 30,0 МАСС.% СЛАНЦЕВОЙ СМОЛОЙ
9

10.

Для композиции ПВХ содержащие 20,0 масс.% сланцевой
смолы при температурах 200; 300; 400; 500 и 600 0С
количество израсходованной энергии для разложения
полимерных композиций составляют 7,02; 8,15; 7,75; 5,86 и
9,77 µV∙s/mg , соответственно. А у композиций ПВХ,
содержащие 30,0 масс.% сланцевой смолой количество
израсходованной энергии для разложения полимерных
композиций составляют при температурах 200; 300; 400; 500
и 600 0С составляют 6,92; 6,15; 7,11; 7,86 и 8,77 µV∙s/mg
(табл.4), соответственно.
10

11.

Потеря массы и количество израсходованной энергии композиции
поливинилхлорида с 30,0 масс.% сланцевой смолой
№
Потеря
массы, мг
Потеря
массы, %
Количество
израсходованн
ой
энергии
(µV*s/mg))
т/р
Температ
ура,оС
1.
50
0,116
2,451
2,88
2.
100
0,681
7,511
4,81
3.
150
1,322
17,58
5,01
4.
200
1,851
23,95
6,92
5.
250
2,885
36,18
8,93
6.
300
4,622
57,59
6,15
7.
400
6,721
83,86
7,11
8.
500
6,892
84,99
7,86
9.
600
7,041
85,88
8,77
Анализ результатов исследования показывает, что
композиции, ПВХ содержащие 30,0 масс.% сланцевой
смолы более термостабильны, чем композиции ПВХ,
содержащие 20,0 масс.% сланцевой смолы. Например,
для композиций ПВХ
содержащие 30,0 масс.%
сланцевой смолы температура начала разложения
составляет 103 0С, а для композиций ПВХ содержащие
20,0 масс.%
сланцевой смолы температура начала
разложения составляет 100 0С.
Также определена
потеря массы композиций ПВХ со сланцевой смолой
при температурах 400 и 600 0С, результаты которых
приведены. Результаты показывают, что композиций
ПВХ содержащие 30,0 масс.% сланцевой смолы более
термостабильны, чем композиций ПВХ содержащие
20,0 масс.%
сланцевой смолой.
Например,
у
композиции ПВХ содержащие 30,0 масс.% сланцевой
смолой потеря массы составляет при температурах 400
и 600 0С 64,13 и 85,88 масс.%, а у композиции ПВХ,
содержащие 20,0 масс.%
сланцевой смолы
эти
показатели составляют 65,88 и 90,08 масс.%,
соответственно.
11

12. Сравнительные данные результатов динамического термогравиметрического анализа композиции поливинилхлорида с 20,0 и 30,0 масс.%

Определена по кривым ДТГА температура начала разложения,
соответствующая
температура 10 и 20 %-ная потеря массы и Т50(ipdt)— температура, носящая название
«интегральная процедурная температура разложения», соответствующая 50%-ной потери
массы композиции ПВХ с сланцевой смолой, результаты которых приведены в табл.
Сравнительные данные результатов динамического термогравиметрического
анализа композиции поливинилхлорида с 20,0 и 30,0 масс.% сланцевыми смолами
Температура разложения, оС
Композиции
поливинилхлорид
Потеря массы
при
определенной
температуре, %
а
Т0
Т10
Т20
Т50(ipdt)
Т400
Т600
ПВХ + 20,0 % СС
100
281
344
424
65,88
90,08
ПВХ + 30,0 % СС
103
285
359
435
64,13
85,88
Таким образом, на основании результатов исследования можно заключить , что
композиции ПВХ содержащих 30,0 масс.% сланцевой смолы более термостабильны
чем, композиции ПВХ содержащие 20,0 масс.% сланцевой смолы.
12

13.

ИК- спектроскопические исследование композиций поливинилхлорида со сланцевой смолой
ИК спектр исходного поливинилхлорида
ИК спектр исходной сланцевой смолы
ИК – спектр композиций поливинилхлорида с 20,0
масс.% сланцевой смолой
ИК – спектр композиций поливиниллхлорида с
30,0 масс.% сланцевой смолой
13

14. ВЯЗКОСТЬ И ПОКАЗАТЕЛЬ ТЕКУЧЕСТИ РАСПЛАВА

Зависимость ηэ и ПТР ПВХ от
концентрации сланцевая смола
ПВХ-композиции с низким содержанием сланцевой
смолы (<10 масс.%) трудно перерабатываются из
расплава, так как эффективная вязкость расплава в
этом случае снижается незначительно. Полученные
результаты по показателю текучести и эффективной
вязкости расплава хорошо согласуются с данными
термомеханических исследований по снижению Тп
ПВХ - композиций, представленных ранее в табл.2.
Анализ результатов исследования показывают, что
с увеличением содержания сланцевой смолы значения
показатель
текучести
расплава
возрастает
с
одновременным снижением эффективной вязкости
расплава. Например, композиции ПВХ содержащей
20,0 и 30,0 масс.% сланцевая
смола показатель
текучести расплава составляет 12,04 г/10 мин и 39,06
г/10 мин, а эффективной вязкости расплава 1,2892
н·сек/м2 и 0,3974 н·сек/м2, соответственно.
Таким образом, композиции ПВХ со сланцевой
смолой повышают показатель текучести расплава, что
открывает
возможность
переработки
поливинилхлорида
из расплава традиционными
методами.
14

15. Механические свойства ПВХ композиций

Одним из важных свойств, определяющих
области
применения
полимерных
композиционных
материалов,
относятся
физико-механические свойства.
В этой связи представляло интерес
исследования
механических
свойств,
модифицированного
ПВХ со сланцевой
смолой.
Относительное удлинение при
разрыве композиций ПВХ с сланцевой смолой
наблюдается снижение до 10,0 масс.%, а
дальнейшее
увеличение
концентрации
сланцевая смола приводит к возрастанию
относительного удлинения при разрыве.
Таким образом, рассмотренные выше
экспериментальные данные по изменению
механических свойств пластифицированного
ПВХ
показывают
наличие
некоторых
характерных точек перегибов в областях
низких
концентраций
пластификатора
Изменение механических показателей ПВХ-пленок от содержания
связанных с изменением межмолекулярных
взаимодействий «полимер-пластификатор» с
сланцевой смолой: 1-модуля упругости при растяжении;
одновременным формированием структуры
2-прочности при разрыве; 3-относительного удлинения при разрыве. систем.
Механические свойства ПВХ
композиций
15

16.

ВЫВОДЫ
1. Разработаны композиции поливинилхлорида со сланцевой смолой.
2. Исследован пластифицирующий эффект сланцевой смолы поливинилхлорида.
Установлено, что с увеличением содержания сланцевой смолы в состав поливинилхлорида
температуры стеклования снижается от 80 0С до 53 0С, а температуры плавления от 1960С
до 1740С.
3. Методом дериватографии оценена термостабильность композиций ПВХ с содержанием
сланцевой смолы. Установлено, что температура начала разложения возрастает от 1000С до
1030С .
4. Изотермогравиметрическим методом изучены термостабильность ПВХ. Определено, что
в с увеличением содержания сланцевой смолы в составе ПВХ, потеря массы композиции
полимера возрастает при 2000С от 13 масс.% до 52,5 масс.%.
5. Исследованы ИК – спектроскопическим методом композиции ПВХ с сланцевой смолой
выявлены водородные связи между атомами водорода и хлора макромолекулами ПВХ, в
которых снижается интенсивность полосы поглощения с увеличением содержания сланцевой
смолы.
6. Исследованы реологическое свойства композиций ПВХ с сланцевой смолой. Определено,
что с увеличением концентрации сланцевой смолы значения показателя текучести расплава
возрастает, а снижаются.эффективная вязкости расплава.
16

17.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
17