RU2212421C2

RU2212421C2 - Polyvinylchloride-based composition for profiled articles

Info

Publication number: RU2212421C2
Application number: RU2001124463/04A
Authority: RU
Inventors: сов К.И. Иль; К.И. Ильясов; Ф.Г. Шакуров; инов М.Н. Хус; М.Н. Хусяинов; летдинов Ф.А. Ха; Ф.А. Хаялетдинов; Р.В. Садыков
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: polymer materials. SUBSTANCE: composition based on suspension polyvinylchloride for fabricating window and door profiles contains polyvinylchloride with Fikentscher constant 70-72, filler, lead-containing stabilizing mixture, titanium dioxide, and methyl methacrylate/butyl acrylate copolymer (KANE ACE FM22) as impact strength modifier. EFFECT: reduced production expenses at the same weld seam strength. 4 cl, 2 ex

Description

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. The invention relates to the formulation of a composition based on suspension polyvinyl chloride (hereinafter PVC-C) for the production of window and door profiles by extrusion, followed by their welding into window or door frames and sashes, as well as plinths, platbands, hollow cladding panels, pipes, etc., used during construction and repair work.

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. Known compositions of foreign companies based on suspension polyvinyl chloride for the production of window and door profiles, containing 100 wt. parts of S-PVC (designation of suspension PVC of a foreign analogue) various additives: metal-containing chemical stabilizers, mechanochemical stabilizers (lubricants), modifiers, fillers, etc., which contribute to the long-term preservation of the properties of plastics during processing and operation and provide requirements for the service life of products.

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).Russian manufacturers are forced to use components of a composition based on S-PVC of foreign firms when compiling material for profiles, due to their ensuring the quality of products and the lack of domestic analogues. As analogues of the composition, one can cite a formulation with a lead stabilization system from Rohm and Haas Company, Philadelfia, USA, presented in its Paraloid prospectus. Additives for vinil, Formulation recommendations, 1996, p. 1 [l], which has the following characteristics, wt. parts:
S PVC K68 - 100.00 (suspension polyvinyl chloride with Fikentcher constant K = 68);
Paraloid KM 355 - 7.00 (impact resistance modifier of acrylate type, domestic analogue - acrylic modifier copolymer Dacrylan, TU 2216-240-05757593-95);
Paraloid KM 125 - 0.50 (processability modifier, domestic analogue is a copolymer of methacrylic acid ester and acrylic acid ester Lacris-95 TU6-01-1320-86);
Di-basic Pb phosphite - 4.00 (lead stabilizer, dibasic lead phosphite, domestic analogue according to TU6-09-17-302-94);
Neutral Pb stearate - 0.50 (lead stabilizer with a lubricating effect, neutral lead stearate, domestic analogue according to TU6-09-3928-75);
Calcium stearate - 0.50 (lubricant, calcium stearate, domestic analogue according to TU 2432-003-48602470-99);
Dicarboxylic acid ester - 0.60 (lubricant, trade names Nago Wax L-12-43 from Akcros, Barolub L-TP from Barlocher, Loxiol G60 from Henkel, p.8 [l], domestic analogue not determined;)
Fatty acid ester - 0.40 (lubricant, trade names Barolub L-PH from Barlocher, Loxiol G30 and Loxiol G32 from Henkel, p.8 [l], domestic analogue not determined);
Parafin wax (MP 95 ^o C) - 0.05 (lubricant, trade names Nago Wax L-02-99 from Akcros, Barolub LKO-T from Barlocher, Loxiol G22 from Henkel, p. 9 [l], domestic analogue not determined );
TiO ₂ - 4.00 (pigment, rutile titanium dioxide, domestic analogue according to GOST 9808-84);
CaCO ₃ - 4.00 (filler, processed calcium carbonate, the domestic analogue is natural finely divided chalk with a water-repellent additive, grade M90T TU5743-010-00186803-95).

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].The closest analogue was selected Hemson's formulation for window profiles with a stabilization system with lead-containing compounds, where per 100 wt. parts of S-PVC use the following additives, parts by weight:
Impact-Modifier (Impact Modifier) - 7.0
TiO ₂ - 4.0
Filler (CaCO ₃ - filler) - 6.0
Naftomix GWX 1050 (stabilizing mixture) - 5.0-5.5
(see the Windows and Doors Newsletter, 1999, 1 (22), p. 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. Foreign compositions are too expensive to use, so domestic manufacturers tend to use domestic analogues of their components, if possible. So, the main component of polyvinyl chloride in the formulation of the closest analogue was replaced by a Russian one, manufactured by the Volgograd, Sterlitamak, Sayan plants; As a filler that improves the processability of polyvinyl chloride, we used processed calcium carbonate (chalk), produced by the Gubkinsky plant in the Belgorod region. Other domestic components for profile material formulations began to appear on the market of window products, for example, acrylate impact modifiers, which Western companies almost completely switched to, and stabilizing mixtures based on lead-containing compounds manufactured by Dzerzhinsk factories. However, since Russian components have slightly different characteristics than their foreign counterparts, one or another decrease in the quality of the manufactured window and door profile is noted. As a result, the formulation of the composition requires adjustment not only of quantitative, but also of qualitative composition. One of the main indicators determining the behavior of PVC during processing is the molecular weight of the polymer (K is the Fikentcher constant). With an increase in the molecular weight of PVC, as is known, the quality of materials increases, but their processing is difficult (see KS Minsker, G. T. Fedoseyeva. Destruction and stabilization of polyvinyl chloride. Second ed., Processed, M., Chemistry, 1979, p. 195 [3]). For window profile formulations abroad, S-PVC is usually used with a Fikentcher coefficient of K = 68. In our country, PVC-S is produced with K = 70-72. The higher the K value, the more viscous the melt will be and the harder and harder the profile should be obtained from it (see the “Windows and Doors” Information Bulletin, 2001, 1-2 (46-47), p. 28, 29 [4]. The use in the recipe of the same amount of impact modifier as in the prototype is associated with imparting to the material the impact strength necessary for the resistance of the window profile at low temperatures [4], p. 29. Impact strength of a material with polyvinyl chloride with a high coefficient Ficenter was achieved, but the strength of the welded joint was not provided. At the same time, the strength of the welded joint is considered sufficient if the corner elements collapse by no more than 2/3 along the weld (UNI-8648 Italy). In accordance with GOST 30673-99, the welded corner joints must not withstand the tensile load less than 1200 N, and with compression not less than 2500 N (> 35 MPa (3500 N) according to DIN 16830 Germany) .In this case, it was important to set the quantitative content of the modifier in the range that ensures the resistance of the window profile to loads, the required impact strength at the required durability awns.

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. Thus, the use of domestic PVC-S in the formulation of the closest analogue to reduce the cost of a composition with the same qualitative and quantitative content of impact modifier does not satisfy the strength requirements of welded corner elements of window and door blocks.

Задачей изобретения является уменьшение стоимости композиции для получения оконного и дверного профиля и повышение прочности сварного шва. The objective of the invention is to reduce the cost of the composition to obtain a window and door profile and increase the strength of the weld.

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.This problem is solved by using a composition based on suspension polyvinyl chloride for profile products with impact modifier, filler, a lead-containing stabilizing mixture, a pigment in the form of titanium dioxide, in which polyvinyl chloride is selected with a Fikentcher coefficient of 70-72, the impact modifier is made in the form of methyl methacrylate butyl copolymer brand KANE ACE FM22 foreign company KANEKA BELGIUM, and the quantitative composition is selected in the following parts by weight:
PVC - 100.00
Impact modifier - 4.00-4.3
TiO ₂ - 5.0-5.5
Filler CaCO ₃ (chalk) - 4.0-6.0
Lead-containing stabilizing mixture - 5.0-5.5
In the process of testing the formulation, it was found that a decrease in the FM22 modifier within the specified limits does not lead to any noticeable decrease in the impact strength already achieved, moreover, the welded joint stabilizes and increases. Interstab 3009, Baeropan R 5265 FP / 4 and NaftomixGWX 1050 grades were used as stabilizing mixtures based on lead-containing compounds, and highly stable rutile modifications of titanium dioxide were used for plastics grades Kronos 2220, Ti-Pure R 103, Ti-Pure R 105 As an additive can be used polyethylene wax in the composition of 0.1-0.2 wt. parts per 100 wt. parts of PVC-C. Neither pigment nor wax affect the strength of the welded joint.

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. In the table. 1 shows the data used components of the composition, in table. 2 gives examples of compositions for the extreme values of the range of the quantitative content of the components, in table. 3 - operational characteristics of the profile of the composition of the prototype and the different compositions of the composition according to the invention.

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.The polyvinyl chloride composition is prepared by dosing the components in two stages: in a slow-acting mixer, then in a turbo-mixer. In a slow-action mixer, the components are cold mixed at a speed of 30 rpm for 15-20 minutes. From the slow-acting mixer, the mixture is fed to a turbo mixer. The mixing cycle starts at a stirrer speed of 300 rpm, and after 1-2 minutes, its speed is set at 740 rpm. Due to the friction of the particles of the components between each other and on the surface of the wall and the mixer blades, the mixture is heated. When the temperature of the mixture reaches 110-120 ^o With the turbo mixer switches to a stirrer speed of 300 rpm and at the same time turns on the vacuum unit, sucking moisture and volatile components. After 1-2 minutes of operation, the vacuum pump is turned off and the mixture is unloaded into the mixer-cooler, where the composition is cooled to a temperature of 35-40 ^o C for 8-10 minutes. This completes the process of preparing the polyvinyl chloride composition and unloads it.

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.When using the specified composition, the resulting profile during welding gives reliable durable angular joints of the elements of window and door blocks corresponding to quality no worse than the quality of a foreign composition, resistance to low temperatures, and service life in accordance with the data in Table. 3. When using domestic components of PVC-C and filler in the formulation, the total cost of the composition was reduced by 30%. Other physical and mechanical parameters of window and door profiles are preserved, such as tensile strength, Vicat softening point ^o С, linear dimensional stability, Charpy impact strength, impact resistance at negative temperature.

Claims

Composition for window and door profiles based on suspension polyvinyl chloride with an impact modifier, CaCO ₃ filler, a lead-containing stabilizing mixture, titanium dioxide, characterized in that the polyvinyl chloride is selected with a Fikentcher coefficient of 70-72, the impact modifier is a methyl methacrylate E butyl copolymer K ACE FM22, with the following quantitative composition, wt. hours:
PVC - 100.0
Impact modifier - 4.0-4.3
CaCO ₃ filler - 4.0-6.0
TiO ₂ - 5.0-5.5
Lead-containing stabilizing mixture - 5.0-5.5