Правильно приготовить мягкую ПВХ композицию можно соблюдая три простых правила: правильная температура, правильная загрузка и правильная последовательность. Как рассчитать эти параметры описано ниже.
1) Выбор ПВХ.
Для приготовления мягких композиций ПВХ применяют высокомолекулярный ПВХ с константой Фикентчера 68 — 70 потому, что удерживает изделие ПВХ от разрушения силы Ван-дер-Ваальса — силы межмолекулярного и межатомного взаимодействия с энергией 10—20 кДж/моль. Количество таких связей пропорциональна площади взаимодействия единичной частицы ПВХ, площадь пропорциональна длине, а длина константе Фикентчера. В сравнении с низкомолекулярной частицей ПВХ высокомолекулярная в 5 — 10 раз длиннее. Но для прозрачного ПВХ возьмем низкомолекулярный, потому как высокомолекулярный будет мутным из за большего количества кристаллических областей, плотность которых выше чем на соседних участках, что и приводит к рассеиванию света при прохождении через слой ПВХ, и это явление мы и видим как мутность.
2) Насыпная плотность ПВХ.
Насыпная плотность зависит от технологического режима процесса полимеризации. Высокая насыпная плотность для жесткого ПВХ увеличивает наполнение шнеков, повышая производительность и улучшая пластикацию на второй зоне. Низкая насыпная плотность говорит о высокой пористости микрогранулы и уменьшает время получения сухой смеси мягкого ПВХ — лучше впитывает пластификатор. Низкой считается 0,41 — 0,48 кг. на литр, высокой 0,51 -0,59 кг. на литр.
Третий критерий выбора — сорта ПВХ.
Размер микро гранул суспензионного ПВХ от 100 до 300 микрон и представляет собой пористое вещество покрытое эмульсионной пленкой по поверхности. Сорта ПВХ в которых такая пленка присутствует в минимальном количестве и предназначены для минимального времени получения сухой смеси — максимально быстрого впитывания пластификатора.
Остальные сорта имеют толстую эмульсионную пленку, которая закрывает поры и мешает впитываться пластификатору. Для таких сортов скорость впитывание пластификатора это функция вязкости пластификатора — молекулярного веса и температуры. Чем ниже молекулярный вес и выше температура — тем выше скорость поглощения пластификатора микро гранулой ПВХ.
3) Порядок ввода компонентов в смеситель.
Для получения смеси мягкого ПВХ необходимо выполнить три условия:
А) Рассчитать объем загрузки смесителя.
Для жесткого наполненного ПВХ берем коэффициент загрузки 0,7 т.е. для 300 литрового смесителя максимальный объем загрузки 210 литров, то для мягкого ПВХ — количество пластификатора от 25phr до 100phr коэффициент 0,62; для 100phr — 300phr коэффициент 0,51; для 300phr — 600phr коэффициент 0,35. Связано это с энергией активации смеси.
Даже если нагрели ПВХ перед вводом жидких компонентов до температуры 60 — 80°С., нагрели жидкие до температуры 60 — 80°С. и начали смешивать, но при этом смеситель переполнен, а смесь пересмазана композиция для двух шнековой машины с большим количеством олеамида и как следствие градиент температуры будет отрицательным и смесь не будет интенсивно греться — большая вероятность получить «козла» в горячем смесителе.
Для нормальной смеси необходим положительный градиент температуры, который зависит от наполнения смесителя в зависимости от количества смазки.
Б) Порядок ввода компонентов.
Что произойдет, если готовите наполненную мелом композицию и добавите все компоненты вместе с ПВХ?
Микро гранула ПВХ на поверхности эмульсионный слой, который для заполнения внутренних пор пластификатором должен раскрыться под действием температуры и истереться под действием сдвиговых деформаций лопастей смесителя.
Смазки, которые содержатся в стабилизаторе покроют микро гранулу и удлинят время раскрытия и истирания и увеличат время получения сухой смеси.
Размерность мела, засыпанный вместе с ПВХ, в 100 — 1000 раз меньшою чем микро гранула ПВХ, и соответственно удельная поверхность мела, даже при малом наполнении, больше чем удельная поверхность ПВХ. В паспортах на ПВХ и Мел стандартный показатель «Маслоемкость». Количество масла или ДОФ в мл. может удержаться на поверхности на 100 гр. вещества.
Пластификатор покрывает мел и не поглощается ПВХ — необходимо затратить энергию, что бы пластификатор с мела перешел в ПВХ.
ВЫВОД: И порошковый стабилизатор и наполнитель составляют конкуренцию пластификации ПВХ и должны быть добавлены в смеситель после завершения пластификации — после получения сухой смеси.
В) Температуры ввода пластификатора.
Что произойдет, если будем лить холодный пластификатор в холодный ПВХ?
Холодный пластификатор — вязкий пластификатор и не будет впитываться в ПВХ, а будет покрывать поверхность и растворять поверхностный эмульсионный слой, образуя эмульсию в которой плавают микрогранулы ПВХ. При нагревание эмульсия начнет желироваться спекаться — так производят изделия из эмульсионных растворов и получите изделие полученное эмульсионным способом, в котором частицы ПВХ будут наполнителем — называем «Козлом» либо полным — когда объем смесителя превратился в слипшеюся массу или частичным — когда в смеси окатыши.
Если нагреем ПВХ до 60 — 80°С и будем лить холодный пластификатор?
Повториться но, возможно, в меньшей степени. В этом случае будет решать градиент температуры, который зависит от правильного заполнения смесителя. Если градиент будет устойчиво положительный — пройдет нормально, если отрицательный — то что описано выше.
Если нагреем ПВХ до 60 — 80°С и будем холодный пластификатор впрыскивать через форсунки?
Распыленная форсункой струя проходя через горячий слой воздуха будет подогреваться, единичная капля пластификатора по объему сравнима с объемом микрогранулы ПВХ и градиент температуры в единичном объеме будет положительный, что приведет к положительному результату при условии медленного введения пластификатора.
Если нагреем пластификатор до 60 — 80°С и будем вливать в холодный ПВХ?
Для нормальной пластификации необходимо истереть наружный эмульсионный слой на микро грануле ПВХ и не важно будем лить или распрыскивать форсункой горячий пластификатор — качественной смеси не получим.
Можно ли греть не стабилизированный ПВХ до 60 — 80°С?
Нет. В ПВХ необходимо добавить антиоксидант. Он выполнит роль первичного стабилизатора и предотвратит окисление и как следствие сшивку ПВХ при нагревании. Эту работу антиоксидант будет выполнять на протяжении срока службы ПВХ изделия.
В каких количествах необходимо вводить антиоксидант?
Примерно, в зависимости от вида антиоксиданта, 0,25phr для ПВХ и столько же на пластификатор (который тоже является полимером) для гарантии в 25 лет работы изделия, и в три раза больше для гарантии в 50 лет работы изделия.
После получения сухой смеси в неё добавляется стабилизатор и смазки, потом наполнитель. Это правильный порядок загрузки компонентов при приготовлении мягких композиций.
4) На какой температуре правильно заканчивать процесс смешения?
После температуры в 105°С в горячем смесителе начинается интенсивное испарение влаги в горячем смесителе. Это время когда пора в смеситель подавать осушенный воздух для троекратной продувки смесителя. Как продули — осушили — можно сбрасывать в холодный смеситель.
5) На какой температуре прекращать процесс охлаждения смеси?
Стабилизированный ПВХ прекрасно держит температуру 40 — 50°С. Чем ниже температура смеси тем медленнее происходят процессы релаксации и созревания в смеси. Необходимо помнить, что температура, которую показывает прибор — примерная температура.
6) Созревание смеси.
Правильно получили сухую смесь, потом добавили в неё порошковый стабилизатор и потом наполнитель и вмешали — получили статистически распределённый набор компонентов, в котором необходимые химические превращения ещё не закончились.
Для окончания, и то не в полном объеме, необходимо время.
Химические процессы имеют квантовую природу — происходят скачкообразно и вероятностно. Чем больше времени длится процесс при нормальных условиях тем больше вероятность, что произойдет. Поэтому приготовленную смесь на сутки отстаиваем в теплом помещении.
Что будет если смесь не отстаивать?
При отстаивании происходит выравнивание концентраций пластификатора и стабилизатора по объему смеси и изделие получается ровным, без волн и с меньшим количеством остаточных напряжений в изделии.
Вот и все. Поздравляю — вы получили превосходную смесь и сделаете отличное изделие, которым будете гордиться.
«Что нам стоит дом построить
Нарисуем — будем жить.»