Пластифицированная полимерная композиция на основе поливинилхлорида для пленочного материала
Владельцы патента RU 2458948:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный университет", ГОУ ВПО БашГУ (RU)
Изобретение относится к области химической технологии полимерных материалов, в частности к пластифицированным композициям на основе поливинилхлорида, и может быть использовано для получения нетоксичных пластифицированных материалов пищевого и медицинского назначения. Пластифицированная полимерная композиция для пленочного материала содержит поливинилхлорид, диоктилфталат, эпоксидированное растительное масло, стеарат кальция, стеарат цинка, а в качестве стабилизатора-антиоксиданта 4-метил-2,6-изоборнилфенол. Технический результат: повышение термостабильности полимерной композиции при сохранении на высоком уровне показателей «прочность на разрыв» и «относительное удлинение при разрыве». 1 табл.
Изобретение относится к области химической технологии полимерных материалов, в частности к пластифицированным композициям на основе поливинилхлорида, и может быть использовано для получения нетоксичных пластифицированных пленочных материалов пищевого и медицинского назначения.
При переработке ПВХ-композиций полимер в результате воздействия высоких температур и интенсивных механических нагрузок подвергается необратимой деструкции. Для предотвращения термомеханической деструкции в композицию вводят различные стабилизирующие добавки [Минскер К.С., Федосеева Г.Т. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида. М. Химия, 1979, 272 с.], которые замедляют процесс старения полимера (показатель «время термостабильности») и повышают его цветоустойчивость (показатель «цветостабильность»).
Особые требования к стабилизирующим добавкам возникают в случае нетоксичных ПВХ-композиций, предназначенных для получения материалов, контактирующих с пищевыми продуктами или медицинскими препаратами. Круг нетоксичных стабилизирующих добавок весьма ограничен и главное они, как правило, являются соединениями с низкой стабилизирующей эффективностью. Это создает значительные проблемы при переработке нетоксичных композиций. Важнейшим показателем качества полимерного пленочного материала наряду с фотохимической стабильностью является его цветостабильность.
Известна нетоксичная полимерная композиция [ТУ 6-05-1533-85. Пластификат гранулированный медицинский марки ПМ-1/42, 1999 г.] для производства контейнеров для инфузионных растворов на основе поливинилхлорида, со следующим соотношением компонентов (мас.ч.):
| Поливинилхлорид | 100 |
| Диоктилфталат | 54 |
| Эпоксидированное растительное масло | 3 |
| Стеарат кальция | 0,8 |
| Стеарат цинка | 0,2 |
Недостатком известной композиции являются его низкие термическая устойчивость и цветостабильность в условиях переработки при одновременном воздействии высокой температуры, механических нагрузок и кислорода воздуха, связанные с отсутствием в рецептуре стабилизатора-антиоксиданта.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является пластифицированная полимерная композиция [Патент РФ №2155581, кл. A61K 9/08, A61K 31/05, A61L 31/00, опубл. 10.09.2000.] для изготовления контейнеров для инфузионных растворов на основе поливинилхлорида, содержащая в качестве пластификатора диоктилфталат и дополнительно в качестве стабилизатора-антиоксиданта - 4-метил-2,6-изобутилфенол (ионол), при следующем содержании компонентов (мас.ч.):
| Поливинилхлорид | 100 |
| Диоктилфталат | 40-45 |
| Эпоксидированное растительное масло | 3-10 |
| Стеарат кальция | 0,6-10 |
| Стеарат цинка | 0,35-0,7 |
| 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол (ионол) | 0,05-0,1 |
Однако и данная известная композиция характеризуется низкими показателями термической стабильности и цветостабильности. Низкие показатели термической стабильности и цветостабильности указанной композиции связаны с использованием стабилизатора-антиоксиданта ионола, который в условиях термомеханической переработки полимерной композиции, вследствие собственной высокой летучести, малоэффективен.
Цель изобретения - повышение термической устойчивости и цветостабильности пластифицированной полимерной композиции на основе поливинилхлорида для пленочного материала
Поставленная цель достигается в предложенной пластифицированной полимерной композиции, содержащей поливинилхлорид, диоктилфталат, эпоксидированное растительное масло, стеарат кальция, стеарат цинка, а в качестве стабилизатора-антиоксиданта - 4-метил-2,6-изоборнилфенол, при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
| Поливинилхлорид | 100 |
| Диоктилфталат | 40-60 |
| Эпоксидированное растительное масло | 2,5-10 |
| Стеарат кальция | 0,5-1,0 |
| Стеарат цинка | 0,2-0,6 |
| 4-метил-2,6-изоборнилфенол | 0,05-0,1, |
4-метил-2,6-изоборнилфенол относится к классу терпенфенолов, брутто-формула - C27H40O. Молярная масса - 380. Температура плавления - 201°C.
Принцип действия антиоксиданта-терпенфенола зависит от химической природы полимера. Например, в случае полипропилена терпенфенол замедляет процесс окисление макромолекул полимера. В пластифицированной полимерной композиции на основе ПВХ принцип действия фенольного антиоксиданта иной. В случае ПВХ-пластиката антиоксидант защищает сложноэфирный пластификатор от окисления, который в свою очередь за счет сольватационной стабилизации замедляет процесс дегидрохлорирования поливинилхлорида, тем самым повышая термоустойчивость полимера (известный эффект "эхо-стабилизации" ПВХ) [Минскер К.С., Абдуллин М.И. Эффект «эхо-стабилизации» при термодеструкции поливинилхлорида. // Доклады АН СССР. - 1982. - Т.263. - №1. - С.140-143]. Одновременно замедление процесса дегидрохлорирования ПВХ приводит также к повышению его цветостабильности.
Сущность изобретения поясняется следующими примерами, представленными ниже и в таблице.
Пример 1. Композицию, содержащую: поливинилхлорид - 100 г (100 мас.ч.); диоктилфталат - 40 г (40 мас.ч.); эпоксидированное растительное масло - 2,5 г (2,5 мас.ч.); стеарат кальция - 0,5 г (0,5 мас.ч.); стеарат цинка - 0,2 г (0,2 мас.ч.) и 4-метил-2,6-изоборнилфенол - 0,05 г (0,05 мас.ч.) готовят смешением компонентов в смесителе в течение 30 мин при температуре 100°C. Полученную пластифицированную полимерную композицию перерабатывают в пленку толщиной 0,4 мм вальцево-каландровым способом при 160-170°C.
Показатели «прочность при разрыве» и «относительное удлинение при разрыве» определяли в соответствии с ГОСТ 14236-81. Показатель «время термостабильности» композиции определяли индикаторным методом по «конго-рот» в соответствии с ГОСТ 14044-68. Цветостабильность оценивают визуально по времени до появления окрашивания пленки при термоэкспозиции (180°С). Фотохимическая стабильность полимерного материала характеризуется его устойчивостью в отношении ультрафиолетового облучения в процессе эксплуатации. В свою очередь, цветостабильность полимерного материала характеризует его устойчивость в процессе термомеханической переработки на стадии изготовления. Состав композиции и свойства готового материала представлены в таблице.
Введение 4-метил-2,6-изоборнилфенола менее 0,05 мас.ч. приводит к снижению термостабильности и цветостабильности (пример 11). Введение 4-метил-2,6-изоборнилфенола более 0,1 мас.ч. ведет к неоправданному расходованию стабилизатора-антиоксиданта.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить термостабильность пластифицированной полимерной композиции на основе поливинилхлорида для пленочного материала по сравнению с прототипом на 27-41%, а цветостабильность на 14-57%, при сохранении на высоком уровне показателей «прочность на разрыв» и «относительное удлинение при разрыве».
| Состав и свойства пластифицированной композиции | |||||||||||||
| Содержание компонентов, мас.ч., показатели | Примеры | Прототип | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | |
| Поливинилхлорид | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Диоктилфталат | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 60 | 55 | 50 | 45 | 40 | 50 | 60 | 40 |
| Эпоксидированное растительное масло | 2,5 | 5,0 | 7,0 | 8,0 | 10,0 | 10,0 | 8,0 | 7,0 | 5,0 | 2,5 | 5,0 | 6,0 | 6,0 |
| Стеарат кальция | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 0,7 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,6 | 0,7 | 0,8 |
| Стеарат цинка | 0,2 | 0,25 | 0,3 | 0,35 | 0,35 | 0,3 | 0,3 | 0,35 | 0,35 | 0,3 | 0,2 | 0,3 | 0,4 |
| 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол (ионол) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0,1 |
| 4-метил-2,6-изоборнилфенол | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | 0,1 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,03 | 0,12 | - |
| Прочность при разрыве, кгс/см2 | 157 | 159 | 158 | 164 | 166 | 164 | 163 | 159 | 161 | 159 | 160 | 162 | 158 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 221 | 225 | 223 | 227 | 222 | 225 | 224 | 221 | 223 | 226 | 223 | 222 | 223 |
| Время термостабильности, мин, 175°C | 66 | 68 | 69 | 71 | 72 | 73 | 66 | 67 | 70 | 72 | 48 | 74 | 52 |
| Цветостабильность, мин, 180°C | 45 | 45 | 50 | 50 | 50 | 55 | 45 | 50 | 55 | 55 | 30 | 55 | 35 |
Пластифицированная полимерная композиция на основе поливинилхлорида для пленочного материала, содержащая поливинилхлорид, диоктилфталат, эпоксидированное растительное масло, стеарат кальция, стеарат цинка, а в качестве стабилизатора-антиоксиданта содержит 4-метил-2,6-изоборнилфенол при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Поливинилхлорид | 100 |
| Диоктилфталат | 40-60 |
| Эпоксидированное растительное масло | 2,5-10 |
| Стеарат кальция | 0,5-1,0 |
| Стеарат цинка | 0,2-0,6 |
| 4-Метил-2,6-изоборнилфенол | 0,05-0,1 |
