КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ И ОБОЛОЧЕК ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ Российский патент 2013 года по МПК C08L27/06 C08K9/04 C08K3/26 B82B1/00 

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, обладающей улучшенной перерабатываемостью и высокой морозостойкостью при сохранении физико-механических свойств.

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

Прототипом предлагаемого изобретения является поливинилхлоридная композиция, используемая 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 снижает вязкость расплава композиции при сохранении хороших физико-механических свойств. Морозостойкость пластиката, приведенная в авторском свидетельстве составляет минус 55 - минус 60°C. По авторскому свидетельству вязкость расплава при 170°C составляет 1,25·10³ - 6,3·10² П. Воспроизведение указанной композиции и испытание ее по методикам, которыми располагают авторы, показало, что при введении белой сажи в количестве 2-15 мас.ч. на 100 мас.ч. ПВХ относительная вязкость композиции составляет 0,74 - 0,87, а морозостойкость снижается от минус 65°C до минус 45 - минус 60°C.

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

Для достижения поставленной цели композиция на основе ПВХ, включающая пластификатор, термостабилизатор и наполнитель в качестве последнего содержит химически осажденный карбонат кальция с поверхностной обработкой жирными кислотами с размером частиц 15-70 нм при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:

ПВХ 100 Пластификатор 40-80 Термостабилизатор 3-15 Химически осажденный карбонат   кальция с размером частиц 15-70 нм 0,1-8,0

В качестве химически осажденного карбоната с поверхностной обработкой жирными кислотами используют Socal 312 V (60 нм) (ф. Solvay, Бельгия), Shengke - 206 S (40-70 нм), Shengke - 206 Т (40-70 нм), Shengke - 505 A (15-30 нм) (ф. Shengda Tech Inc, Китай), Calcium carbonate nanoparticle (75-105 нм) фирмы PlasmaChem Gmbh и др.

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

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 (60-108 нм).

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример №1

В разогретый смеситель фирмы Henshel объемом 10 л при температуре 40°C загружают 100 мас.ч ПВХ, 5 мас.ч. термостабилизатора ТОСС, 0,1 мас.ч. химически осажденного карбоната кальция Socal 312 V, с размером частиц 60 нм, перемешивают до температуры 60°C 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 165°C в течение 5 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)°C.

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

Относительную вязкость (η_отн) рассчитывают как отношение вязкости наполненной композиции (η_н) к ненаполненной (η₀):

$${\eta }_{отн}=\frac{{\eta }_{н}}{{\eta }_0}$$

Свойства пластиката приведены в таблице.

Примеры №№2-11 (по изобретению)

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

Пример №12 (по прототипу - авторскому свидетельству СССР №468927)

Примеры №№13-17 (по прототипу)

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

Примеры №№18-25 (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 химически осажденного карбоната кальция с поверхностной обработкой жирными кислотами с размером частиц 15-70 нм в количестве 0,1-8,0 мас.ч. на 100 мас.ч. ПВХ позволяет значительно снизить вязкость-расплава композиции (относительная вязкость расплава составляет 0,48-0,71) и повысить морозостойкость, которая составляет минус 50°C - минус 70°C. 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. Относительная вязкость расплава по прототипу составляет 0,71-0,87, а морозостойкость минус 45°С - минус 60°C (см. примеры №№1-11 в сравнении с №№12-17).

В таблице приведены примеры, иллюстрирующие снижение вязкости расплава и повышение морозостойкости при введении наночастиц (15-70 нм) химически осажденного карбоната кальция в композициях, содержащих различные пластификаторы в разных количествах в пределах заявляемых. Поскольку показатели морозостойкости пластиката зависят еще и от выбранного пластификатора и его количества, то необходимо сравнивать примеры №№1-7 с №13, №8 с №14, №9 с №15, №10 с №16, №11 с №17. При этом сравнении следует, что морозостойкость заявляемой композиции повышается в сравнении с прототипом на 5-10°C.

Введение в состав заявляемой композиции осажденного карбоната кальция в заявляемом количестве, но с размером частиц 75-105 нм и более не снижает значительно вязкость расплава и ухудшает морозостойкость композиций (см.примеры №18-23 в ср. с №№1-7).

Использование осажденного карбоната кальция с размером частиц 15-70 нм в количествах за пределами заявляемых также не снижает значительно вязкость расплава (см. примеры №№24-25).

Прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве заявляемой композиции составляют 14,5-22,0 МПа и 300-400%, что находится на уровне прототипа, где прочность и относительное удлинение составляют 14,0-19,7 МПа и 315-370% соответственно.

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 содержит на 100 мас.ч. поливинилхлорида 40-80 мас.ч. пластификатора, 3-15 мас.ч. термостабилизатора и 0,1-8,0 мас.ч. наполнителя, представляющего собой химически осажденный карбонат кальция с поверхностной обработкой жирными кислотами с размером частиц 15-70 нм. Введение в состав композиции на основе поливинилхлорида указанного наполнителя снижает вязкость расплава композиции и повышает ее морозостойкость при сохранении физико-механических свойств. 1 табл., 25 пр.

Композиция на основе поливинилхлорида для изоляции и оболочек проводов и кабелей, включающая пластификатор, термостабилизатор и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя она содержит химически осажденный карбонат кальция с поверхностной обработкой жирными кислотами с размером частиц 15-70 нм, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
поливинилхлорид 100 пластификатор 40-80 термостабилизатор 3-15 химически осажденный карбонат кальция   с размером частиц 15-70 нм 0,1-8,0