КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ И ОБОЛОЧЕК ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ Российский патент 2013 года по МПК C08L27/06 C08K3/36 

Изобретение относится к области переработки пластмасс, в частности, к полимерным композициям на основе поливинилхлорида (ПВХ), которые используются для изготовления изоляции и оболочек проводов и кабелей.

Поставленная задача состояла в разработке пластифицированной композиции на основе ПВХ для изоляции и оболочек проводов и кабелей, обладающей улучшенной перерабатываемостью и высокими физико-механическими свойствами.

Улучшение перерабатываемое™ оценивали снижением вязкости расплава и характеризовали относительной вязкостью, которую рассчитывали как отношение вязкости наполненной композиции к ненаполненной.

Прототипом предлагаемого изобретения является поливинилхлоридная композиция, применяемая в кабельной промышленности, содержащая ПВХ, пластификатор, стабилизатор и наполнитель - белую сажу с удельной поверхностью 20-40 м²/г в количестве 2-15 вес.ч. на 100 вес.ч. ПВХ (Авторское свидетельство СССР №468927, C08F 29/18, опубл. 30.04.75 г.). Введение в состав ПВХ композиции белой сажи с удельной поверхностью 20-40 м²/г в количестве 2-15 вес.ч снижает вязкость расплава композиции при сохранении хороших физико-механических свойств. Морозостойкость пластиката, приведенная в авторском свидетельстве, составляет минус 55 - минус 60°С, а вязкость расплава при 170°С - 1,25·10³ - 6,3·10² пз. Воспроизведение указанной композиции и испытание ее по методикам, которыми располагают авторы, показало, что при введении белой сажи с удельной поверхностью 20-40 м²/г в количестве 2-15 мас.ч. относительная вязкость композиции составляет 0,74-0,87, а морозостойкость снижается от минус 65°С до минус 45 - минус 60°С.Белая сажа, используемая по авторскому свидетельству и имеющая удельную поверхность 20-40 м²/г, представляет собой осажденную двуокись кремния формулы mSiO₂·nH₂O со средним размером частиц 120 нм.

Целью предлагаемого изобретения является снижение вязкости расплава пластифицированной композиции на основе ПВХ, повышение ее морозостойкости, термостабильности и физико-механических свойств.

Для достижения поставленной цели композиция на основе ПВХ для изоляции и оболочек проводов и кабелей, включающая пластификатор, термостабилизатор и диоксид кремния, в качестве последнего содержит пирогенный диоксид кремния с размером частиц 5-40 нм и удельной поверхностью 175-380 м²/г. при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:

ПВХ 100 Пластификатор 40-80 Термостабилизатор 3-15 Пирогенный диоксид кремния   с размером частиц 5-40 нм и   удельной поверхностью 175-380 м²/г 0,05-0,8

В качестве пирогенного диоксида кремния можно использовать Орисил А-175 (10-40 нм), Орисил А-300 (5-20 нм), Орисил А-380 (5-15 нм), выпускаемые ООО «Орисил» (Украина) по ГОСТ 14922-77 «Аэросил», а также Аэросил А-175, Аэросил А-300, и Аэросил А-380 фирмы Evonik Degussa Gmbh и др. Можно использовать также пирогенный диоксид кремния, на поверхность которых привиты диэтиленгликоль (АДЭГ, 16 нм), этиленгликоль (АЭГ, 16 нм) и др.

В качестве пластификатора можно использовать диоктилсебацинат (ДОС), диоктилфталат (ДОФ), триоктилтримеллитат (ТОТМ) или их смеси и др.

В качестве термостабилизатора можно использовать трехосновной сульфат свинца (ТОСС), двухосновной фталат свинца (ДОФТС), двухосновной стеарат свинца (ДОСС) и др.

Композиция может дополнительно содержать целевые добавки, такие как антиоксиданты, смазки, состабилизаторы, антипирены, пигменты и др.

Для сравнительных испытаний по прототипу использовали белую сажу по ГОСТ 18307-78 марки БС-30 с размером частиц 60-108 нм и удельной поверхностью 35±10 м²/г.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример №1

В разогретый смеситель фирмы Henshel объемом 10 л при температуре 40°С загружают 100 мас.ч ПВХ, 5 мас.ч. термостабилизатора ТОСС, 0,05 мас.ч. пирогенного диоксида кремния Орисил А-175 с размером частиц 10-40 нм и удельной поверхностью 175 м²/г, перемешивают до температуры 60°С в течение 15 мин. Затем в смеситель добавляют 50 мас.ч. пластификатора ДОС и продолжают перемешивание смеси до температуры 100°С в течение 15 минут. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры. Порошкообразную смесь вальцуют на вальцах с масляным обогревом при температуре 160°С в течение 5 мин. Полученные вальцовки прессуют при температуре 165°С в течение 10 мин.

На полученных образцах определяют морозостойкость пластикатов в соответствии с ГОСТ 5960-72 на трех образцах с размером 130×10 мм и толщиной (1±0,1) мм. За температуру хрупкости принимают минимальную температуру, при которой все образцы сохраняли свою целостность при изгибе на 180°.

Прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве определяли по ГОСТ 11262-80 при температуре (20±2)°С.

Вязкость расплава пластикатов определяли с помощью капиллярного реометра «Instron» модели 3211 с диаметром капилляра 0,127 см и длиной 2,55 см при 165°С и скорости сдвига 3,79 с^-1.

Относительную вязкость (η_отн) рассчитывают как отношение вязкости наполненной композиции (η_н) к ненаполненой (η_о):

$${\eta }_{отн}=\frac{{\eta }_{н}}{{\eta }_{о}}$$

Термостабильность композиций определяли методом «Конго-рот» по ГОСТ 14041-91 при 200°С.

Свойства пластикатов приведены в таблице.

Примеры №№2-17 (по изобретению)

Способ получения композиции и методы испытаний пластикатов по примеру 1. Состав и свойства композиций приведены в таблице.

Пример №18 (по прототипу - авторскому свидетельству СССР №468927)

Пример №19 (по прототипу)

Способ получения композиции и методы испытаний пластикатов по примеру 1. Состав и свойства композиций приведены в таблице

Примеры №№20-27 (для сравнения)

Способ получения композиции и методы испытаний пластикатов по примеру 1. Состав и свойства композиций приведены в таблице.

Из приведенных в таблице данных следует, что введение в состав заявленной пластифицированной ПВХ-композиции пирогенного диоксида кремния с размером частиц 5-40 нм и удельной поверхностью 175-380 м²/г в количестве 0,05-0,8 мас.ч. на 100 мас.ч. ПВХ позволяет значительно снизить вязкость расплава композиции (относительная вязкость расплава составляет 0,52-0,70), повысить морозостойкость до минус 50°С -минус 70°С, термостабильность до 230-245 мин., прочность при растяжении до 18,9-21,0 МПа, относительное удлинение при разрыве до 365-405%. Эти показатели значительно выше показателей прототипа, приведенных в описании к авторскому свидетельству СССР №468927, и полученных при воспроизведении этого изобретения с использованием 2-15 мас.ч. белой сажи с размером частиц 60-108 нм и удельной поверхностью 35±10 м²/г (марка БС-30 по ГОСТ 18307-78). Относительная вязкость расплава по прототипу составляет 0,71-0,87, морозостойкость минус 45°С - минус 60°С, термостабильность 180-207 мин, прочность при растяжении 17,0-19,7 МПа, относительное удлинение при разрыве 315-370%. (см. примеры №№1-17 в сравнении с №№18-19).

Использование пирогенного диоксида кремния с размером частиц 5-40 нм и удельной поверхностью 175-380 нм в количествах за пределами заявляемых не снижает вязкость расплава (см. примеры №№20 и 21).

Пирогенный диоксид кремния как наполнитель для ПВХ известен. Известно также, что введение аэросила загущает ПВХ-композиции, придает им тиксотропные свойства («Наполнители для полимерных композиционных материалов» под редакцией Г.С. Каца, Москва, «Химия», 1981, с.177-179). Снижение вязкости расплава при введении очень небольшого количества (0,05-0,8 мас.ч.) пирогенного диоксида кремния с размером частиц 5-40 нм и удельной поверхностью 175-380 м²/г явилось неожиданным эффектом, выпадающим из известной закономерности повышения вязкости расплава пластифицированной ПВХ- композиции при введении пирогенного диоксида кремния.

Увеличение вязкости расплава при введении пирогенного диоксида кремния в состав ПВХ-композиции в количествах 2-15 мас.ч. подтверждается примерами №№22-24.

Примеры №№25-27 показывают, что белая сажа в заявляемых количествах пирогенного диоксида кремния 0,05-0,8 мас.ч. не снижает вязкость расплава.

Изобретение относится к области переработки пластмасс, в частности к полимерным композициям на основе поливинилхлорида, которые используются в различных областях промышленности, в том числе для изготовления изоляции и оболочек проводов и кабелей. Композиция для изоляции и оболочек проводов и кабелей содержит поливинилхлорид, пластификатор, термостабилизатор и пирогенный диоксид кремния с размером частиц 5-40 нм и удельной поверхностью 175-380 м²/г. Технический результат - снижение вязкости расплава композиции, повышение ее морозостойкости, термостабильности и физико-механических свойств. 1 табл., 27 пр.

Композиция на основе поливинилхлорида для изоляции и оболочек проводов и кабелей, включающая пластификатор, термостабилизатор и диоксид кремния, отличающаяся тем, что в качестве диоксида кремния она содержит пирогенный диоксид кремния с размером частиц 5-40 нм и удельной поверхностью 175-380 м²/г при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
поливинилхлорид 100 пластификатор 40-80 термостабилизатор 3-15 пирогенный диоксид кремния   с размером частиц 5-40 нм и   удельной поверхностью 175-380 м²/г 0,05-0,08