ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2003 года по МПК C08L27/06 

Изобретение относится к ПВХ-композициям с использованием красящего вещества для изготовления материалов, преимущественно строительных, и может быть использовано для производства погонажных профмльных изделий для окон и дверей при строительстве и ремонте зданий.

Известны композиции на основе поливинилхлорида (ПВХ) для изготовления труб, оконных, дверных профилей, модифицированные различными органическими и неорганическими добавками для стабилизации, повышения ударовязкости материала и пр. (Информационный бюллетень "Окна и двери", N 1(10)/98, стр. 16 [1] ). Указанные композиции выгодно отличаются от других термопластов тем, что при обработке ПВХ в экструдере в зоне между металлом и расплавом ПВХ образуется пленка, повышающая скользящие свойства массы, благодаря чему из расплава ПВХ можно изготавливать профили сложных форм и точных размеров на непрерывном конвейере, тогда как другие термопласты обнаруживают в расплавленном состоянии "вяжущий" эффект.

Известны красящие вещества для окрашивания полимерных материалов (Т.В. Калинская, С. Г.Доброневская, З.А.Аврутина. Окрашивание полимерных материалов, Ленинград, "Химия", Ленинградское отделение, 1985 год, стр. 16, 74 [2], Энциклопедия полимеров, т. 2, стр. 599, 1974 г. [3]). Классификация красящих веществ для полимеров достаточно разветвлена, они имеют разную природу, разные характеристики и сообщают полимерам разные физико-механические свойства. При выборе красящего вещества следует учитывать все аспекты проблемы окрашивания полимерного материала, в том числе требования к дисперсности пигмента в конечном продукте и вопросы оборудования и экономики производства. Благодаря их высокой красящей способности и укрывистости, насыщенности цвета, светостойкости, термостойкости он выдерживает высокие температуры переработки полимерные материалов. Однако производство указанных пигментов довольно сложное, требует высокого технического оснащения, процесс их получения протекает при высоких температурах, что создает определенные трудности технического и экономического планов.

Известны также композиции на основе ПВХ-материала, окрашенные в массе с использованием красящих веществ (Технология производства профильно-погонажных изделий из вспененных ПВХ-композиций, Строительные материалы, 1990 г. , N 9, стр. 4 [4], Табл. 3. Применимость неорганических пигментов для полимерных материалов. Энциклопедия полимеров, т. 1. - М.: Изд. Советская энциклопедия, 1972 г., стр. 1126 [5]), которые представляют собой многокомпонентные системы с пластификаторами, стабилизаторами, другими специальными модифицирующими добавками, с добавлением железоокисных пигментов: желтого, красного, коричневого и др. в объеме 0,4 масс. частей, обладающих высокой красящей способностью, хорошей светостойкостью, термостойкостью. Пигменты не оказывают влияния на перерабатываемость композиции, их механические свойства; наблюдается некоторое снижение термостабильности на 15-27%, однако в области концентрации пигментов до 0,1-0,2 масс. частей отмечаемое снижение термостабильности несущественно. Красящая способность указанных пигментов высока, поэтому для получения цветовых тонов и полутонов требуется небольшое их содержание в объеме ПВХ-композиции, ограниченное 0,2 до 1,0 масс. частей. Однако основа - ПВХ - критична к содержанию красителей и пигментов, так как повышение их процентного содержания в ПВХ снижает и без того невысокий коэффициент текучести, повышает водопоглощение самого материала, что сказывается отрицательно на его технологических и эксплуатационных качествах. Кроме того, использование дорогих неорганические красителей удорожает и без: того дорогой материал на основе ПВХ-композиции с их использованием. Композиция [5] является наиболее близким аналогом.

Одновременно существует проблема утилизации отходов металлургического производства, например, аспирационной пыли электропечей литейного производства, образующейся при производстве чугуна и стали, например, отходов производства ОАО "Камский литейный завод" АО КАМАЗ, город Набережные Челны, Республика Татарстан.

Задачей изобретения являлся поиск отходов производств, которые могли бы быть использованы в качестве дешевых красящих веществ.

Другой задачей является удешевление материалов на основе ПВХ, в частности погонажных, без ухудшения их основных потребительских свойств, повышение текучести расплава, а также утилизация отходов металлургического производства.

Задачи решаются в композиции на основе ПВХ-материала, которая включает красящий компонент, где в качестве красящего компонента использована аспирационная пыль электропечей литейного производства, в составе, масс. частей:
ПВХ-композиция - 100
Аспирационная пыль электропечей литейного производства - 1,0-10
Аспирационная пыль - это ферромагнитный материал, тонкодисперсный порошок темно-коричневого цвета с плотностью 3,5 г/куб. см, удельной поверхностью 5000 кв. см/г, с химическим составом, %:
FeО - 7,0-11,32
Fe₂О₃ - 63,9-70,01
SiО₂ - 8,9-16
Al₂О₃ - 1,45-3,12
MnО - 1,35-3,82
CaО - 1,37-3,13
МgО - 1,21-5,83
Другой термин аспирационной пыли - бегхаузная пыль.

В качестве ПВХ-композиции для их окрашивания могут быть использованы любые составы из известных, например, из указанных в [1], [4] либо описанные в табл. 20, стр.94, А.С.Быков, М.И.Данцин, Г.И.Зохин. Строительные материалы и изделия на основе синтетического сырья. - M.: Издательство литературы по строительству, 1970 г. [6], Б.А.Оленев, Е.М.Мордкович, В.Ф.Калошин. Проектирование производств по переработке пластических масс. - М.: Химия, 1982 г. [7] и др.

Цветовая гамма окрашиваемых полимеров от светло-бежевых тонов до темно-коричневых может варьироваться в зависимости от процентного содержания аспирационной пыли в общем количестве вещества.

Указанные отходы, будучи по механическому состоянию тонкодисперсными, обладают хорошими красящими свойствами.

Красящая способность предлагаемого пигмента определена визуально и с помощью колориметра.

На фиг. 1 показаны усредненные результаты исследований ПВХ-композиции с использованием в качестве красящего вещества штатных пигментов в соответствии с [3] , на фиг.2 - колористические оттенки ПВХ-композиции в зависимости от процентного содержания аспирационной пыли. В таблице приведены разные составы ПВХ-композиций с использованием разного содержания аспирационной пыли и соответствующие им характеристики, а также результаты исследований ПВХ-композиций разных составов со штатными красителями (прототип) в максимально возможных для них количествам.

Способ получения предлагаемой композиции предполагает смешение тонкодисперсной аспирационной пыли с гранулами ПВХ-композиции в заданных пропорциях, термопластификацию на фрикционных вальцах; при температуре 160-170^oС в течение 7 мин с последующим экструдированием для формования профилей с использованием экструдеров.

В таблице под номерами 1,2,3 использованы ПВХ-композиции следующего состава (мас. частей):
1. ПВХ С70 - 100
Модификатор ударной прочности FM-22 - 7,0
Интерстаб 3009 - 5,5
Полиэтиленовый воск - 0,1
Мел М90Т - 6,0
Двуокись титана - 5,0
2. ПВХ - 100
Комплексная стабилизирующая смесь КСС-2 - 24,0
3. ПВХ - 100
Дакрилан - 7,0
Нафтомикс GMX-1050 - 5,3
Мел - 6,0
Двуокись титана - 5,0
Тонкодисперсная структура нештатного пигмента - аспирационной пыли обеспечивает однородность, гомогенность всей композиции, что ведет к равномерному окрашиванию материала. Поскольку поливинилхлориды представляют собой полярные жестко цепные полимеры с сильным взаимодействием макромолекул, они обладают низкой текучестью. Добавление небольшого количества штатных красителей до 1,0 мас. частей на 100 мас. частей ПВХ не улучшает текучесть композиции. Аспирационная же пыль, представляя собой тонкодисперсную структуру, добавленная в расплав в значительных количествах (на порядок больше, чем штатный краситель), служащая одновременно и наполнителем, значительно ослабляет связь макромолекул ПВХ, эффективно повышает его текучесть, повышая индекс расплава на 10-20% по отношению к ПВХ-композиции со штатным красителем, что позволяет уменьшить температуру переработки композиции, а значит, обеспечит запac сохранения положительные свойств композиции при изготовлении из них строительных материалов, повысит долговечность их эксплуатации. При этом уменьшаются энергозатраты.

Оптимальным является состав аспирационной пыли в общей массе ПВХ-композиции до 5%, когда наблюдается высокая термостабильность не хуже прототипа, прочность, минимальное водопоглощение и высокий индекс расплава.

Количественное увеличение содержания красителя в общей массе композиции позволяет уменьшить долю ПВХ-компонента, что снизит стоимость композиции, строительных деталей из них.

Предлагаемая композиция позволит решить в определенной степени проблему утилизации отходов металлургического производства.

Использованная литература
1. Информационный бюллетень "Окна и двери", N 1(10)/98, стр. 16.

2. Т.В.Калинская, С.Г.Доброневская, Э.А.Аврутина. Окрашивание полимерных материалов, Ленинград, "Химия", Ленинградское отделение, 1985 год, стр. 16, 74.

3. Энциклопедия полимеров, т. 2, стр. 599, 1974 г.

4. Технология производства профильно-погонажных изделий из вспененных ПВХ-композиций. - Строительные материалы, 1990 г., N 9, стр. 4.

5. Энциклопедия полимеров, т. 1. - М.: Изд. Советская энциклопедия, 1972 г., стр. 1126, Табл. 3. Применимость неорганических пигментов для полимерных материалов - прототип.

6. А.С.Быков, М.И.Данцин, Г.И.Зохин. Строительные материалы и изделия на основе синтетического сырья, табл. 20, стр.94. - М.: Издательство литературы по строительству, 1970 г.

7. Б.А.Оленев, Е.М.Мордкович, В.Ф.Калошин. Проектирование производств по переработке пластические масс. - М.: Химия, 1982 г.

Изобретение относится к поливинилхлоридным композициям с использованием красящего вещества для изготовления материалов, преимущественно строительных, и может быть использовано для производства погонажных профильных изделий для окон и дверей при строительстве и ремонте зданий. Поливинилхлоридная композиция содержит в качестве красящего вещества аспирационную пыль электропечей литейного производства. Технической задачей является применение отходов металлургического производства в качестве дешевых красящих веществ без ухудшения основных потребительских свойств материалов на основе поливинилхлорида и повышение текучести расплава поливинилхлоридных композиций. 1 табл., 2 ил.

Поливинилхлоридная композиция, содержащая красящий компонент, отличающаяся тем, что в качестве красящего компонента служит аспирационная пыль электропечей литейного производства, в составе, мас. ч. :
Поливинилхлоридная композиция - 100
Аспирационная пыль - 1,0 - 10,0