Композиция на основе пвх для профильных изделий

 

Изобретение относится к композициям на основе суспензионного поливинилхлорида для производства оконных и дверных профилей, используемых при проведении строительных и ремонтных работ. Композиция включает суспензионный поливинилхлорид с константой Фикентчера 70-72, наполнитель, свинецсодержащую стабилизирующую смесь, диоксид титана, модификатор ударной прочности в виде сополимера метилметакрилата с бутилакрилатом марки KANE АСЕ FM22. Технической задачей является снижение стоимости композиции для получения оконного и дверного профиля с сохранением прочности сварного шва. 3 табл.

Изобретение относится к рецептуре композиции на основе суспензионного поливинилхлорида (далее ПВХ-С) для производства оконных и дверных профилей экструзионным способом с последующей их сваркой в оконные или дверные коробки и створки, а также плинтусов, наличников, полых облицовочных панелей, труб и пр., используемых при проведении строительных и ремонтных работ.

Известны композиции зарубежных фирм на основе суспензионного поливинилхлорида для производства оконных и дверных профилей, содержащие на 100 мас. частей S-PVC (обозначение суспензионного ПВХ зарубежного аналога) различные добавки: металлосодержащие химические стабилизаторы, механохимические стабилизаторы (смазки), модификаторы, наполнители и др., способствующие длительному сохранению свойств пластмасс в процессе переработки и эксплуатации и обеспечивающие требования к срокам службы изделий.

Производители России вынуждены использовать при составлении рецептуры материала профилей компоненты композиции на основе S-PVC зарубежных фирм ввиду обеспечения ими качества изделий и отсутствия отечественных аналогов. В качестве аналогов композиции можно привести рецептуру с системой стабилизации свинецсодержащими соединениями фирмы Rohm and Haas Company, Philadelfia, США, приведенной в ее проспекте Paraloid. Additives for vinil, Formulation recommendations, 1996, с. 1 [l], которая имеет следующие характеристики, мас. частей: S PVC K68 - 100,00 (поливинилхлорид суспензионный с константой Фикентчера К=68); Paraloid KM 355 - 7,00 (модификатор ударопрочности акрилатного типа, отечественный аналог - акриловый модификатор сополимер Дакрилан, ТУ 2216-240-05757593-95); Paraloid KM 125 - 0,50 (модификатор перерабатываемости, отечественный аналог - сополимер эфира метакриловой кислоты и эфира акриловой кислоты Лакрис-95 ТУ6-01-1320-86); Di-basic Pb phosphite - 4,00 (свинцовый стабилизатор, двухосновной фосфит свинца, отечественный аналог по ТУ6-09-17-302-94); Neutral Pb stearate - 0,50 (свинцовый стабилизатор со смазывающим действием, нейтральный стеарат свинца, отечественный аналог по ТУ6-09-3928-75); Calcium stearate - 0,50 (лубрикант, стеарат кальция, отечественный аналог по ТУ 2432-003-48602470-99); Dicarboxylic acid ester - 0,60 (лубрикант, торговые обозначения Наго Wax L-12-43 фирмы Akcros, Barolub L-TP фирмы Barlocher, Loxiol G60 фирмы Henkel, с.8 [l], отечественный аналог не определен;) Fatty acid ester - 0,40 (лубрикант, торговые обозначения Barolub L-PH фирмы Barlocher, Loxiol G30 и Loxiol G32 фирмы Henkel, с.8 [l], отечественный аналог не определен); Parafin wax (МР 95^oС) - 0,05 (лубрикант, торговые обозначения Наго Wax L-02-99 фирмы Akcros, Barolub LKO-T фирмы Barlocher, Loxiol G22 фирмы Henkel, стр.9 [l], отечественный аналог не определен);
ТiO₂ - 4,00 (пигмент, двуокись титана рутильной формы, отечественный аналог по ГОСТ 9808-84);
СаСО₃ - 4,00 (наполнитель, обработанный карбонат кальция, отечественный аналог - мел природный тонкодисперсный с гидрофобизирующей добавкой марки М90Т ТУ5743-010-00186803-95).

Наиболее близким аналогом выбрана композиция рецептуры фирмы Хемсон для оконных профилей с системой стабилизации свинецсодержащими соединениями, где на 100 мас. частей S-PVC используют следующие добавки, мас.ч.:
Impact-Modifier (модификатор ударной прочности) - 7,0
TiО₂ - 4,0
Filler (СаСО₃ - наполнитель) - 6,0
Naftomix GWX 1050 (стабилизирующая смесь) - 5,0-5,5
(см. Информационный бюллетень "Окна и двери", 1999 г., 1(22), с. 16 [2].

Зарубежные композиции слишком дорогие для использования, поэтому отечественные производители стремятся использовать по возможности отечественные аналоги их компонентов. Так, основной компонент поливинилхлорид в рецептуре ближайшего аналога был заменен на российский, выпускаемый Волгоградским, Стерлитамакским, Саянским заводами; в качестве наполнителя, улучшающего перерабатываемость поливинилхлорида, был использован обработанный карбонат кальция (мел), выпускаемый Губкинским заводом Белгородской области. На рынке оконной продукции стали появляться и другие отечественные компоненты для рецептур материала профиля, например модификаторы ударной прочности акрилатного типа, на которые практически полностью перешли западные фирмы, и стабилизируюшие смеси на основе свинецсодержащих соединений, выпускаемые заводами г. Дзержинска. Однако поскольку российские компоненты имеют несколько иные характеристики, нежели их зарубежные аналоги, отмечается то или иное снижение качества выпускаемого оконного, дверного профиля. В результате рецептура композиции требует корректировки не только количественного, но и качественного состава. Одним из основных показателей, определяющих поведение ПВХ при переработке, является молекулярная масса полимера (К - константа Фикентчера). С увеличением молекулярной массы ПВХ, как известно, повышается качество материалов, но затруднительна их переработка (см. К.С. Минскер, Г. Т. Федосеева. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида. Изд. Второе, переработанное, М. , Химия, 1979, с. 195 [3]). Для рецептур оконного профиля за рубежом обычно используется S-PVC с коэффициентом Фикентчера К=68. У нас в стране ПВХ-С выпускается с К=70-72. Чем выше значение К, тем более вязким будет расплав и тем более твердым и жестким должен получаться из него профиль (см. Информационный бюллетень "Окна и двери", 2001 г., 1-2(46-47), с. 28, 29 [4] . Использование в рецептуре того же количества модификатора ударной прочности, что и в прототипе, связано с приданием материалу ударной вязкости, необходимой для стойкости оконного профиля при низких температурах [4] , с. 29. Ударная вязкость материала с поливинилхлоридом с большим коэффициентом Фикентчера достигалась, но не обеспечивалась прочность сварного соединения. При этом прочность сварного соединения считается достаточной, если при растяжении угловые элементы разрушаются не более чем на 2/3 вдоль сварного шва (UNI-8648 Италия). В соответствии с ГОСТ 30673-99 сварные угловые соединения должны выдерживать действие нагрузки при растяжении не менее 1200 Н, а при сжатии не менее 2500 Н (>35 МПа (3500 Н) по DIN 16830 Германия). В этом случае важно было установить количественное содержание модификатора в диапазоне, обеспечивающем стойкость оконного профиля к нагрузкам, требуемую ударную вязкость при требуемой долговечности.

Таким образом, использование отечественного ПВХ-С в рецептуре ближайшего аналога для удешевления композиции с тем же качественным и количественным содержанием модификатора ударной прочности не удовлетворяет требованиям прочности сварных угловых элементов оконных и дверных блоков.

Задачей изобретения является уменьшение стоимости композиции для получения оконного и дверного профиля и повышение прочности сварного шва.

Указанная задача решается использованием композиции на основе суспензионного поливинилхлорида для профильных изделий с модификатором ударной прочности, наполнителем, свинецсодержащей стабилизирующей смесью, пигментом в виде диоксида титана, в которой поливинилхлорид выбран с коэффициентом Фикентчера 70-72, модификатор ударной прочности выполнен в виде сополимера метилметакрилата с бутилакрилатом марки KANE АСЕ FM22 зарубежной фирмы KANEKA BELGIUM, а количественный состав композиции выбран в следующих мас.ч.:
ПВХ - 100,00
Модификатор ударной прочности - 4,00-4,3
TiО₂ - 5,0-5,5
Наполнитель СаСО₃ (мел) - 4,0-6,0
Свинецсодержащая стабилизирующая смесь - 5,0-5,5
В процессе отработки рецептуры было установлено, что уменьшение модификатора FM22 в указанных пределах не приводит к сколько-нибудь заметному уменьшению уже достигнутой ударной вязкости, более того, стабилизируется и возрастает прочность сварного соединения. В качестве стабилизирующих смесей на основе свинецсодержащих соединений были использованы смеси марок Interstab 3009, Baeropan R 5265 FP/4 и NaftomixGWX 1050, а также применялись высокоустойчивые рутиловые модификации диоксида титана для пластмасс марок Kronos 2220, Ti-Pure R 103, Ti-Pure R 105. В качестве добавки может быть использован полиэтиленовый воск в составе 0,1-0,2 мас. частей на 100 мас. частей ПВХ-С. Ни пигмент, ни воск на прочность сварного соединения влияния не оказывают.

В табл. 1 приведены данные используемых компонентов композиции, в табл. 2 даны примеры составов для крайних значений диапазона количественного содержания компонентов, в табл. 3 - эксплуатационные характеристики профиля из композиции прототипа и разных составов композиции по изобретению.

Поливинилхлоридная композиция готовится путем дозирования компонентов в две стадии: в смесителе медленного действия, затем в турбосмесителе. В смесителе медленного действия происходит холодное смешивание компонентов со скоростью 30 об/мин в течение 15-20 мин. Из смесителя медленного действия смесь подается в турбосмеситель. Цикл смешивания начинается при скорости мешалки 300 об/мин, и после истечения 1-2 мин ее скорость устанавливается 740 об/мин. За счет трения частиц компонентов между собой и о поверхности стенки и лопастей смесителя происходит нагрев смеси. При достижении температуры смеси 110-120^oС турбосмеситель переключается на скорость мешалки 300 об/мин и одновременно включается вакуумная установка, отсасывающая влагу и летучие компоненты. После 1-2 мин работы вакуум-насос выключается и начинается выгрузка смеси в мешалку-охладитель, где происходит охлаждение композиции до температуры 35-40^oС в течение 8-10 мин. На этом процесс приготовления поливинилхлоридной композиции заканчивается и осуществляется ее выгрузка.

При использовании указанной композиции получаемый профиль при сварке дает надежные прочные угловые соединения элементов оконных и дверных блоков, соответствующие качеству не хуже качества зарубежной композиции, стойкость к низким температурам, долговечность службы в соответствии с данными табл. 3. При использовании отечественных компонентов ПВХ-С и наполнителя в рецептуре общая стоимость композиции была уменьшена на 30%. Сохранены и другие физико-механические показатели оконных и дверных профилей, такие как прочность при растяжеии, температура размягчения по Вика^oС, стабильность линейных размеров, ударная вязкость по Шарпи, стойкость к удару при отрицательной температуре.

Формула изобретения

Композиция для оконных и дверных профилей на основе поливинилхлорида суспензионного с модификатором ударной прочности, наполнителем СаСО₃, свинецсодержащей стабилизирующей смесью, диоксидом титана, отличающаяся тем, что поливинилхлорид выбран с коэффициентом Фикентчера 70-72, модификатор ударной прочности представляет собой сополимер метилметакрилата с бутилакрилатом марки KANE АСЕ FM22, при следующем количественном составе композиции, мас. ч. :
ПВХ - 100,0
Модификатор ударной прочности - 4,0-4,3
Наполнитель СаСО₃ - 4,0-6,0
TiO₂ - 5,0-5,5
Свинецсодержащая стабилизирующая смесь - 5,0-5,5

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2