CC BY
173
УДК 547.27.02
Г. К. Аминова (д.т.н., проф.), А. Р. Маскова (асс.), Е. А. Буйлова (к.х.н., доц.), Л. Б. Степанова (преп.), А. К. Мазитова (д.х.н., проф., зав. каф)
Фталаты оксиалкилированных спиртов — пластификаторы ПВХ-композиций строительного назначения
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра прикладной химии и физики 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, 195; тел.(347) 2282511, e-mail: [email protected]
G. K. Aminova, A. R. Maskova, E. A. Builova, L. B. Stepanova, A. K. Mazitova
Oxyalkylated alcohol phthalates - plasticizers of PVC-compositions of construction appointment
Ufa State Petroleum Technical University 195, Mendeleev Str, 450080, Ufa, Russia; ph. (347) 2282511, e-mail: [email protected]
Приведены результаты исследования физико-химических и физико-механических свойств фталатов оксиалкилированных спиртов, а также результаты испытаний их пластифицирующих свойств в рецептурах кабельного пластиката, ленты липкой и многослойного линолеума. Показано, что полученные образцы ПВХ материалов по основным показателям соответствуют требованиям действующих стандартов: кабельный пластикат — ГОСТ 5960-72 с изм. 1-9; лента ПВХ липкая - ТУ 2245-001-00203312-2003; многослойный линолеум — ГОСТ 7251-77.
Ключевые слова: пластификаторы поливи-нилхлорида; фталаты оксиалкилированных спиртов.
В настоящее время особое значение приобретают вопросы изыскания новых источников сырья для получения пластификаторов для одного из самых крупнотоннажных полимеров — поливинилхлорида (ПВХ). Уникальность ПВХ состоит в том, что в зависимости от способа получения, рецептуры и технологии переработки этот полимер дает большой ассортимент материалов и изделий, характеризующихся различными свойствами.
Однако несмотря на большое разнообразие химического состава соединений, применяемых в качестве пластификаторов, поиск новых веществ для получения пластификаторов, улучшение качества существующих пластификаторов путем их модификации, расширение ассортимента пластификаторов, используемых для получения материалов и изделий различного назначения, остается актуальной и практически значимой задачей.
Дата поступления 05.09.12
Results of research of physical and chemical and physical and mechanical properties of oxyalkylated alcohol phthalates and results of tests of plasticizing properties in composition of cable plastic compound, a tape sticky and multilayered linoleum are adduced. It is shown, that the received samples of PVC of materials on the basic parameters meet requirements operating standards: cable plastic compound — GOST 596072 from amendment 1-9; a tape of PVC sticky — Technical Conditions - 2245-001-00203312-2003; multilayered linoleum — GOST 7251-77.
Key words: plasticizers of PVC; oxyalkylated alcohol phthalates.
К наиболее часто применяемым пластификаторам относятся диоктилфталат (ДОФ) и дибутилфталат (ДБФ). ДОФ считается международным стандартным пластификатором ПВХ, удовлетворяющим требованиям переработки, но он сравнительно дорог и дефицитен. Поэтому широкое распространение находит ДБФ благодаря своей дешевизне, однако он не обеспечивает длительную эксплуатацию ПВХ-композиций. ДБФ обладает высокой летучестью, что приводит к интенсивным потерям пластификатора из пластиката, ухудшению физико-механических свойств и сокращению срока эксплуатации изделий, полученных на его основе 1-9.
В настоящей работе приведены физико-химические и физико-механические свойства, а также возможные области применения симметричных и несимметричных фталатов окси-алкилированного бутанола и 2-этилгексанола в качестве пластификаторов поливинилхлорида.
Ранее 6' 10-12 нами были описаны методы синтеза и физико-химические свойства несимметричных и симметричных фталатов оксиал-килированных спиртов.
Важнейшими характеристиками сложно-эфирных пластификаторов являются плотность и показатель преломления, которые зависят, прежде всего, от строения сложного эфира 13.
На основании результатов наших исследований можно получить непосредственные данные, необходимые для идентификации и правильного применения пластификаторов в полимерной композиции. Наши эксперименты показали, что с возрастанием степени оксиал-килирования плотность сложных эфиров увеличивается, а показатель преломления снижается (рис. 1—4).
Фталаты оксиалкилированных спиртов были испытаны при пластификации поливи-нилхлорида. Испытания проводили в ПВХ-ре-цептурах кабельного пластиката марки 0-40, ленты липкой и верхнего, среднего, нижнего слоев линолеума. Опытные образцы пласти-
фикаторов вводили в ПВХ-рецептуры взамен серийно выпускаемого аналога — ДОФ.
Результаты испытаний кабельного пластиката марки О-40, ленты липкой и полимерных пленок верхнего, среднего, нижнего слоев линолеума приведены в работах 7'14, а результаты испытаний многослойного безосновного линолеума приведены в табл. 1.
Для сравнения свойств различных пластификаторов необходимо иметь точку отсчета. Количество пластификатора обычно выбирают так, чтобы достичь определенной эластичности, поэтому на практике сравнивают пластификаторы при их одинаковом количестве или по степени эластичности пластифицированного полимера. Такое количество обычно устанавливают по концентрации пластификатора, необходимой для придания определенной твердости или определенного модуля упругости при 100% удлинении. На основании многочисленных измерений модуля упругости при растяжении и твердости по Шору ПВХ, пластифицированного разными пластификатора-
Несимметричные фталаты оксипропилированного бутанола (1) и 2-этилгексанола (2)
Рис. 1. Зависимость плотности от степени оксипро-пилирования
Рис. 2. Зависимость показателя преломления от степени оксипропилирования
степень оксиэтнлированпя степень окснэтилирования
Симметричные фталаты оксиэтилированного бутанола (1) и 2-этилгексанола (2)
Рис. 3. Зависимость плотности от степени оксиэти- Рис. 4. Зависимость показателя преломления от лирования степени оксиэтилирования
Таблица 1
Результаты испытаний многослойного линолеума
Пластификаторы, используемые при получении полимерных пленок Наименование показателей
Изменение линейных размеров, % не более Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не более Абсолютная остаточная деформация, мм, не более Истираемость, мкм, не более
Нормы по ГОСТ 7251-77 0.80 5.01015 0.45 90
Дибутилфталат 0.71 17.4-1012 0.42 86
Симметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола 0.65 3.21012 0.39 82
Симметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола 0.55 4.1■1012 0.30 52
Несимметричные фталаты оксиэтилированного 2-этилгексанола 0.45 3.61012 0.29 47
Несимметричные фталаты оксипропилированного 2-этилгексанола 0.50 3.81012 0.27 54
Симметричные фталаты оксипропилированного бутанола 0.47 4.21012 0.26 44
Несимметричные фталаты оксипропилированного бутанола 0.42 4.1■1012 0.32 51
ми, были найдены переходные коэффициенты для замены ДОФ другими соединениями (средние количества пластификатора, заменяющие 100 вес. ч. ДОФ при достижении тех же свойств пластиката).
На рис. 5 показано сравнение эффективности пластификаторов — фталатов оксиалки-лированных спиртов и ДОФ в снижении твердости по Шору (А) в зависимости от концентрации пластификатора, измеренной в частях на 100 частей ПВХ. По отношению количества фталатов оксиалкилированных спиртов, требуемых для достижения определенной твердости, можно получить количественный фактор замещения (ФЗ) для фталатов оксиалкилиро-ванных спиртов в сравнении с ДОФ, при обеспечении определенной твердости гибкого ПВХ в комнатных условиях. Из графика видно, что для значения твердости по Шору А=80 требуется по сравнению с 52.9 ч. ДОФ: I — 56.6 ч., ФЗ = 1.07; V - 56.1 ч., ФЗ = 1.067; III - 55.6 ч., ФЗ = 1.05; VI - 55.0 ч., ФЗ = 1.04; IV -54.5 ч., ФЗ = 1.03; II - 53.9 ч., ФЗ = 1.02. Это означает, что для данных значений твердости фталатов оксиалкилированных спиртов требуется на 2-7 % больше, чем ДОФ. Опытные образцы II и IV очень схожи с ДОФ по пластифицирующей эффективности.
Температура хрупкости зависит от концентрации и вида пластификатора (рис. 5).
Рис. 5. Зависимость твердости по Шору от концентрации пластификатора
На графике предложенные пластификаторы схожи по уровню с ДОФ. Сравнивая данные рис. 6 с зависимостью твердости по Шору от концентрации пластификатора, как показано на рис. 5, можно предсказать влияние этих пластификаторов на хрупкость при данной температуре (рис. 7).
Композиция, содержащая фталаты окси-алкилированных спиртов, обладает несколько лучшей температурной хрупкостью, чем композиция, пластифицированная ДОФ.
% -60-------
20 30 40 50 60 70 80 концентрация пластификатора на 100 ч ПВХ
Рис. 6. Зависимость температуры хрупкости от концентрации пластификатора
и
ь
¡5 -20
О
О
ё -зо
* -40
СС
= -50
&
Е
6 -60
н 100 90 80 70 60 твердость по Шору А
Рис. 7. Зависимость температуры хрупкости от твердости по Шору А
ПВХ материалы, полученные с использованием образцов фталатов оксиалкилирован-ных спиртов, соответствуют ГОСТ и ТУ:
- кабельный пластикат марки 0-40 рец. 0М-40 (ч.) - ГОСТ 5960-72 с изм. 1-9 «Пластикат поливинилхлоридный для изоляции и защитных оболочек проводов и кабелей»;
- лента ПВХ липкая - ТУ 2245-00100203312-2003 (Лента поливинилхлоридная липкая);
- многослойный линолеум — ГОСТ 725177 «Линолеум поливинилхлоридный на тканой и нетканой подоснове».
Отметим, что при использовании симметричных и несимметричных фталатов оксиалки-лированных спиртов улучшаются показатели:
- кабельного пластиката: «Потеря в массе при 160 оС» и «Водопоглощение»;
- ленты ПВХ липкой: «Прочность при разрыве», «Относительное удлинение», «Температура хрупкости», «Термостабильность»;
- полимерных композиций: «Прочность при растяжении», «Относительное удлинение при разрыве», «Термостабильность», «Показатель текучести расплава»;
— многослойного линолеума: «Истираемость», «Изменение линейных размеров», «Абсолютная остаточная деформация».
Несимметричные и симметричные фтала-ты оксиалкилированного бутанола и 2-этил-гексанола рекомендуются для широких испытаний в качестве пластификаторов поливинил-хлорида в рецептурах кабельного пластиката, ленты липкой и многослойного линолеума.
Литература
1. Верижников М.Л. Разработка пластификаторов ПВХ на основе циклических формалей: Ав-тореф. ... канд. хим. н.— Казань, 2001.— 21 с.
2. Чалая Н.М. // Пластические массы.— 2006.— № 1.— С. 4—7.
3. Мазитова А. К., Нафикова Р. Ф., Аминова Г. К. Пластификаторы поливинилхлорида // под общей ред. проф. О.И. Кирикова.— Книга 7.— Воронеж: ВГПУ, 2011.— С. 276.
4. Хамаев В. Х. Синтез и исследование свойств сложноэфирных соединений и разработка на их основе пластификаторов и компонентов синтетических масел: Дис. ... докт. тех. н.— Уфа, 1982.— 486 с.
5. Уилки Ч., Саммерс Дж., Даниелс Ч. Поливи-нилхлорид.— СПб.: Профессия, 2007.— 728 с.
6. Аминова Г. К., Маскова А. Р., Степанова Л. Б., Ефимова Е. В., Мазитова А. К. / / Баш. хим. ж.— 2011.— Т.18, № 1.— С. 147.
7. Маскова А. Р., Степанова Л. Б., Аминова Г. К. / / Изв. КГАСУ.— 2012.— № 2(20).— С. 177.
8. Аминова Г. К., Маскова А.Р., Слепнев А.Е., Абакачева Е.М., Мазитова А.К. / / Баш. хим. ж.— 2009.— Т.16, №3.— С. 143.
9. Маскова А.Р., Степанова Л. Б., Ефимова Е. В., Аминова Г. К. Пластификация поливинилхло-рида фталатами оксиалкилированных спиртов / / Матер. V науч.-прак.. конф. «Промышленная безопасность на взрывопожарных и химически опасных производственных объектах».— Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011.— С. 222.
10. Маскова А.Р., Турмагамбетова З. Б., Аминова Г. К. Оксиалкилирование бутанола / / Матер. Междунар. научно-технической конф. «Актуальные проблемы естественных, технических и гуманитарных наук».— Уфа, 2010.— С. 161.
11. Маскова А. Р. Пластификаторы на основе 2-этилгексанола / / Водоснабжение, водоотведе-ние и системы защиты окружающей среды: II Междунар. науч.-техн. конф.: статьи и тезисы.— Уфа: ЦИТО, 2011.— С. 54.
12. Маскова А. Р. , Аминова Г. К., Слепнев А. Е., Турмагамбетова З. Б. Исследование условий синтеза фталатных пластификаторов / / Матер. Междунар. науч.-техн.. конф. «Актуальные проблемы естественных, технических и гуманитарных наук».— Уфа, 2010.— С. 159.
13. Тиниус К. Пластификаторы.— М.: Химия, 1964.— 915 с.
14. Аминова Г. К., Мазитова А. К., Буйлова Е. А., Маскова А. Р. / / Баш. хим. ж.— 2011.— Т.18, №3.— С. 175.
