Вы когда-нибудь задумывались, почему один и тот же ПВХ-материал на одном заводе превращается в жесткие водопроводные трубы, а на другом — в гибкие садовые шланги? Ответ кроется исключительно в добавках. Сырой ПВХ сразу после полимеризации хрупкий, нестабильный и его невозможно переработать в полезные изделия.
При использовании правильных добавок изделия из ПВХ служат от 10 до 100 лет. Без них материал разрушился бы за считанные минуты нагревания. Восемь основных категорий добавок превращают сырой ПВХ во все, от медицинских пакетов для внутривенных вливаний до оконных рам.
Зачем ПВХ нужны добавки?
ПВХ сырой Не может быть обработан или использован без добавок. Материал разлагается при температурах обработки, выделяя соляную кислоту, которая ускоряет дальнейшее разрушение. Кроме того, он по своей природе жесткий и хрупкий — не совсем подходит для применений, требующих гибкости.
Добавки решают эти проблемы. Жесткие ПВХ-компаунды содержат от 8 до 37 частей на сто частей смолы (phr) от общего количества добавок. Гибкие компаунды содержат от 25 до 80 частей на сто частей смолы только пластификатора. Состав определяет, получите ли вы жесткую трубу или мягкую оболочку кабеля.
Представьте себе необработанный ПВХ как муку. Муку нельзя есть напрямую — для приготовления хлеба необходимы вода, дрожжи и высокая температура. Точно так же ПВХ нуждается в стабилизаторах, смазочных материалах и других добавках, чтобы стать функциональным продуктом.
Пластификаторы
Пластификаторы — это добавки, которые придают ПВХ гибкость. Они действуют, внедряясь между полимерными цепями и раздвигая их таким образом, чтобы они могли легко скользить друг относительно друга.
Представьте, что вы добавляете воду к сухому песку. Без воды песчинки прочно сцепляются друг с другом. Добавьте воду, и песчинки начнут свободно скользить. Пластификаторы работают аналогично — они не изменяют химический состав ПВХ, а физически разделяют жесткие цепочки.
В гибком ПВХ обычно содержится от 25 до 80 частей на 100 частей полимера (phr) пластификатора, в зависимости от того, насколько мягким должен быть конечный продукт. В медицинских трубках этот показатель еще выше — пакеты для внутривенных вливаний содержат до 40% пластификатора по весу, а в некоторых медицинских трубках — до 80%. Вот насколько важны эти добавки для функциональных свойств продукта.
Почти 90% всего производства пластификаторов идет на изготовление гибкого ПВХ. К распространенным типам относятся DOP, DOTP и DINP, каждый из которых предлагает различное соотношение гибкости, термостойкости и стоимости. Для изоляции проводов, требующей высоких температур, производители выбирают пластификаторы, такие как TOTM, которые сохраняют гибкость при 105°C, в отличие от стандартных марок, рассчитанных на 60-75°C.
Тепловые стабилизаторы
Термостабилизаторы защищают ПВХ в процессе обработки. Без них ПВХ разрушился бы в течение нескольких минут при температурах, необходимых для экструзии или формования (обычно 160-200°C).
Эти добавки перехватывают соляную кислоту, выделяющуюся при нагревании, предотвращая цепную реакцию разложения. Их можно рассматривать как антиоксиданты в пищевых продуктах — небольшое количество предотвращает порчу всего продукта.
Несмотря на свою важнейшую роль, стабилизаторы составляют всего от 0.05 до 5% от массы композита. Этот небольшой процент оказывает значительное защитное действие, предотвращая изменение цвета, деформацию, хрупкость и преждевременное разрушение.
В современных составах используются стабилизаторы на основе кальция и цинка, соответствующие требованиям директивы RoHS и экологическим стандартам. В большинстве областей применения они в значительной степени заменили более старые системы на основе свинца.
смазочные материалы
В процессе обработки ПВХ смазочные материалы выполняют две различные функции. Внутренние смазки уменьшают трение между полимерными цепями, способствуя текучести материала во время обработки. Внешние смазки уменьшают трение между расплавом ПВХ и оборудованием для обработки металла.
Это различие имеет значение. Внутренние смазки работают как моторное масло, уменьшая трение между движущимися частями внутри системы. Внешние смазки работают как автомобильный воск, создавая скользкий поверхностный слой в местах контакта материала с металлом.
Некоторые добавки, например стеариновая кислота, могут выполнять обе функции в зависимости от концентрации. Правильный баланс предотвращает прилипание расплава к оборудованию, обеспечивая при этом надлежащее слияние частиц ПВХ.
Модификаторы удара
Модификаторы ударопрочности предотвращают растрескивание ПВХ при ударе. Жесткий ПВХ по своей природе хрупкий — уроните трубу в холодную погоду без модификаторов ударопрочности, и она разобьется.
Эти добавки работают как амортизаторы в автомобиле. Они распределяют мелкие резиноподобные частицы по всей твердой матрице ПВХ, поглощая и рассеивая энергию удара до того, как она сможет вызвать трещины. Некоторые модификаторы ударопрочности используют структуру «ядро-оболочка» — резиноподобное ядро внутри жесткой внешней оболочки — для достижения этого эффекта.
Типичные уровни добавления варьируются от 5 до 12 частей на 100 частей смолы. Хлорированный полиэтилен (CPE) является наиболее распространенным модификатором ударопрочности в Китае, в то время как MBS и акриловые типы преобладают в областях применения, требующих устойчивости к атмосферным воздействиям на открытом воздухе или оптической прозрачности.
Дополнения
Наполнители снижают стоимость и могут улучшить некоторые свойства. Карбонат кальция является наиболее распространенным наполнителем в ПВХ, используемым в количестве от 5 до 50% по весу в зависимости от области применения.
Наполнители можно рассматривать как заполнитель в бетоне — они увеличивают объем и могут улучшить жесткость, одновременно делая продукт более экономичным. Жесткая ПВХ-труба может содержать 5-8 частей на 100 частей каучука, что снижает стоимость материала без заметного влияния на эксплуатационные характеристики.
Наполнители не только экономят деньги. В зависимости от типа, они могут улучшить жесткость, стабильность размеров и даже качество поверхности. Компромиссом обычно является снижение ударной вязкости при высоких уровнях нагрузки.
Огнестойкие добавки, технологические добавки и пигменты
В большинстве составов ПВХ дополнительно используются три категории добавок.
Антипирены
ПВХ по своей природе более огнестойкий, чем многие другие пластмассы, благодаря содержанию хлора. Однако такие материалы, как оболочка кабелей и строительные материалы, часто требуют дополнительной огнестойкости.
Триоксид сурьмы, используемый в концентрации 3-7 частей на 100 частей ПВХ, действует синергически с хлором ПВХ, подавляя пламя. Для обеспечения отсутствия галогенов используется тригидрат алюминия (АТГ) в более высоких концентрациях — 20-50 частей на 100 частей ПВХ.
Средства обработки
Технологические добавки улучшают плавление и сплавление ПВХ в процессе производства. Они особенно важны для жесткого ПВХ, в котором отсутствуют пластификаторы, улучшающие текучесть.
Эти добавки действуют как грунтовка на поверхности — они помогают всем компонентам правильно сцепляться и растекаться. Добавки для обработки ACR имеют структуру «ядро-оболочка», которая плавится раньше ПВХ, покрывая частицы и эффективно распределяя тепло. Типичные дозировки варьируются от 1 до 6 частей на 100 частей полимера.
Пигменты
Пигменты придают цвет и обеспечивают защиту от ультрафиолетового излучения. Диоксид титана — наиболее распространенный пигмент в ПВХ, обеспечивающий белый цвет и помогающий блокировать разрушение под воздействием УФ-излучения. Отраслевые стандарты устанавливают минимальное содержание пигмента 0.5 phr для наружного применения.
Концентраты красителей и другие пигменты добавляются в зависимости от эстетических требований, как правило, в количестве 1-3 частей на 100 частей смолы.
Сводная таблица добавок ПВХ
| Тип добавки | Основная функция | Типичная дозировка | Примеры продуктов |
|---|---|---|---|
| Пластификаторы | Обеспечьте гибкость | 25-80 чел. | Садовый шланг, пакеты для внутривенных вливаний, кабели |
| Тепловые стабилизаторы | Предотвратить деградацию | 0.05-5% | Все изделия из ПВХ |
| смазочные материалы | Включить обработку | 0.5-3 чел. | Весь обработанный ПВХ |
| Модификаторы удара | Устойчивость к растрескиванию | 5-12 чел. | Трубы, оконные рамы |
| Дополнения | Снизить стоимость, повысить жесткость | 5-50% | Трубы, профили |
| Антипирены | Медленное распространение огня | 3-50 чел. | Оболочка кабеля, строительство |
| Средства обработки | Улучшить слияние | 1-6 чел. | Изделия из жесткого ПВХ |
| Пигменты | Цвет, защита от УФ-излучения | 0.5-3 чел. | Наружные применения |
Заключение
Каждый ПВХ-изделие, с которым вы сталкиваетесь — от труб под раковиной до изоляции электропроводки — содержит тщательно сбалансированную комбинацию этих добавок. Конкретная формула определяет, является ли изделие жестким или гибким, устойчивым к УФ-излучению или стандартным, а также соответствует ли оно нормам пожарной безопасности.
Для вашего применения начните с определения ключевых требований к эксплуатационным характеристикам. Гибкость определяет выбор пластификатора. Воздействие внешней среды требует использования УФ-стабилизаторов и модификаторов ударопрочности. Технологические сложности могут потребовать дополнительных смазочных материалов или технологических добавок. Понимание этих восьми категорий добавок даст вам необходимую терминологию для эффективного общения с производителями ПВХ-компаундов и поставщиками материалов.
Слизень: Какие добавки добавляются в ПВХ?
URL: https://bastone-plastics.com/blogs/what-additives-are-added-to-pvc/