IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В настоящее время большой интерес представляют пластикаты с улучшенной огнестойкостью и физико-химическими показателями. В ПВХ сочетаются многие полезные технические свойства – химическая стойкость, хорошие диэлектрические свойства, легкость, высокая удельная прочность, сравнительно легко перерабатываются в изделия сложной формы[1]. Пожалуй, нет другого аналогичного полимера как ПВХ, который можно было бы подвергать такому разнообразному модифицированию. Это обусловлено уникальным сочетанием в одном полимере полярности, высокой степени упорядоченности, наличия мезоморфного состояния, небольшой степени кристалличности. Такое сочетание структурных особенностей обеспечивает возможность получения ПВХ пластикатов с широким диапазоном физико-механических свойств, высокими показателями огнестойкости и широкими физико-химическими показателями. Пластификация полимеров является одним из способов их модификации, позволяющим широко изменять механические свойства [2]. Но при введении пластификаторов, чаще всего эфиров фталевой, себациновой, адипиновой и других двухосновных органических кислот, резко уменьшается устойчивость ПВХ к воздействию пламени, что приводит к необходимости применения тех или иных способов снижения горючести.

Целью данной работы является разработка композиции пластиката с новым комплексом свойств, которая будет обладать стойкостью к воздействию бензина и масел различной природы, пониженной горючестью и хорошим уровнем физико-механических свойств.

Повысить кислородный индекс (КИ) пластифицированного ПВХ позволяет замена фталатов и других эфиров органических кислот на фосфаты. Установлено, что при частичной замене диоктилфталата (ДОФ) на трихлорэтилфосфат (ТХПФ) в рецептуре пластикатов, можно получать пластикаты с улучшенными физико-механическими свойствами и пониженным уровнем горючести. Этот выбор обусловлен тем, что трихлорэтилфосфат содержит в своем составе синергетическую систему атомов фосфора и хлора, т.к. эффективность действия таких антипиренов значительно выше, чем фосфор- и галогенсодержащих антипиренов, применяемых в отдельности. Трихлорэтилфосфат относится к первой группе пластификаторов по своей совместимости с поливинилхлоридом, т.е. практически неограниченно совмещается с ПВХ [3].

Основой для получения необходимой рецептуры явился пластикат гранулированный маслобензостойкий Люкспласт-М (ТУ 40-461-806-62-07). В отличие от аналога, в составе композиции варьировалось содержание трихлорэтилфосфата в интервале 10,0-40,0 масс.ч. на 100,0 масс.ч поливинилхлорида с одновременным уменьшением содержания диоктилфталата в интервале 55,0-15,0 масс.ч. Для проведения испытаний изготавливались образцы пластиката методом прессования в пластины толщиной 2 мм [4, 5].

Влияние соотношения диоктилфталата и трихлорэтилфосфата в пластикате на изменение массы образцов при экспозиции в масле, бензине (ГОСТ 9.030-74) представлено на рис. 1 – 2, соответственно.

Рисунок 1 – Влияние содержания смеси пластификаторов в композициях пластикатов на маслостойкость: t = 20 °С; τ = 24 часа

Рисунок 2 – Влияние содержания смеси пластификаторов в композициях пластикатов на бензостойкость: t = 20 °С; τ = 24 часа

С увеличением содержания ТХЭФ в рецептуре пластиката изменение массы образца в масле незначительное. При воздействии на образцы пластикатов бензина с увеличением доли ТХЭФ до 30 масс.ч, в комбинации пластификаторов, наблюдается уменьшение потери массы образца в 5 раз (с 2 % до 0,37 %). Наличие на кривой выраженного минимума свидетельствует о влиянии содержания ТХЭФ на структуру пластиката. Это объясняется тем, что при добавлении ТХЭФ происходит увеличение содержания полярных функциональных групп и образец становится более стоек к воздействию бензина. Полученные результаты свидетельствуют о непосредственном влиянии содержания ТХЭФ в рецептуре пластиката на маслобензостойкость.

Влияние соотношения диоктилфталата и трихлорэтилфосфата в пластикате на условную прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве (ГОСТ 270-75) представлено на рис. 3 – 4, соответственно.

Рисунок 3 – Влияние содержания смеси пластификаторов в композициях пластикатов на условную прочность при растяжении пластикатов: t = 20 °С; τ = 24 часа

Рисунок 4 – Влияние содержания смеси пластификаторов в композициях пластикатов на относительное удлинение при разрыве пластикатов: t = 20 °С; τ = 24 часа

Зависимости представленные на рисунках 3 – 4 показывают, что введение в композицию небольших количеств пластификатора приводит к изменению условной прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве. Установлено, что с увеличением содержания трихлорэтилфосфата от 10 до 20 масс.ч. с одновременным уменьшением содержания диоктилфталата от 55 до 35 масс.ч. прочность при растяжении изменяется незначительно. Наличие максимума объясняется возникновением в полимере, при введении небольших количеств пластификатора, упорядоченности молекул, что и вызывает повышение прочности полимера. Дальнейшее увеличение доли ТХЭФ в комбинации пластификаторов не приводит к упорядочению структуры, при этом прочность полимера снижается.

Разработанные композиции пластикатов исследовались на горючесть в соответствии с ГОСТ 28157-89 методом оценки скорости горизонтального распространения пламени по поверхности. При увеличении содержания трихлорэтилфосфата в рецептуре пластиката от 20 до 40 масс.ч. образцы самозатухают в течение 2-5 секунд. Присутствие трихлорэтилфосфата в процессе горения способствует протеканию реакций циклизации, конденсации и карбонизации продуктов деструкции пластиката. В результате этих процессов образуется так называемая «коксовая шапка», имеющая пористую структуру и низкую теплопроводность. Это препятствует проникновению теплового потока к внутренним слоям пластиката, и замедляет выделение в зону горения продуктов деструкции.

Полученные результаты показывают, что использование ТХЭФ в качестве антипирена в разработанной рецептуре пластиката, позволяет понизить горючесть, при этом не ухудшая основных свойств пластиката. Разработанный пластикат превосходит аналог по бензостойкости в 5 раз. В отличии от Люкспласт-М, разработанная композиция пластиката является самозатухающей.

Работа выполнена при поддержке инициативного проекта № 10.6942.2017/БЧ "Разработка полимерных композиционных материалов с улучшенными огне-, теплозащитными свойствами" выполняемого в рамках базовой части государственного задания на 2017-2019 годы.

Библиографический список

1. Гроссман, Ф.Ф. Руководство по разработке композиций на основе ПВХ, М.: Издательство «Научные основы и технологии», 2009. – 608 с.

2. Брацыхин, Е.А. Технология пластических масс. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1982. – 328 с.

3. Асеева, Р.М. Горение полимерных материалов М.: Наука, 1981. – 280 с.

4. Разработка пластифицированных поливинилхлоридных композиций пониженной горючести [Электронный ресурс] / С.Н. Бондаренко, В.Ф. Каблов, Т.В. Крекалева // Взаимодействие науч.-исслед. подразделений промышленных предприятий и вузов с целью повышения эф-сти управления и производства : сб. тр. VI межрег. н.-пр. конф., 18-19 мая 2010 г. / ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волжский, 2010. - C. 233-236.

5. Разработка композиций пластикатов пониженной горючести [Электронный ресурс] / Т.В. Крекалева, С.Н. Бондаренко, В.Ф. Каблов // 9-я научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (Волжский, 29-30 января 2010 г.) / ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. - C. 151-153.

Код для цитирования: Скопировать