Влияние рецептурных и технологических факторов на свето- и атмосферостойкость ПВХ-материалов

В условиях лаборатории используются приборы, имитирующие эксплуатационные условия (“Ксенотесты”). Испытания проводят при следующих режимах: переменная влажность, автоматически контролируемая влажность и температура, одновременное действие влажности и световой радиации, дождевание образцов по заданной программе. При испытании в “Ксенотесте” оценивают также изменение прочности на удар. Начальная прочность должна уменьшаться не более, чем на 30%. В целом испытание профиля на долговечность — это сложная и длительная процедура.
Первый этап испытаний ПВХ-профиля торговой марки Winbau будет завершен в начале 2007 года, и компания Winbau получит протокол с результатами данного теста. Окончательные выводы можно будет сделать по завершении полного цикла испытаний. На данном этапе испытаний специалисты компании Winbau подтверждают, что срок эксплуатации ПВХ-профиля торговой марки Winbau составляет более 35 лет, так как выполняются все необходимые условия для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик экструдированных профилей из ПВХ.

Влияние рецептурных и технологических факторов на долговечность ПВХ-материалов
На ПВХ-профиль разные природные факторы воздействуют по-разному. Например, с повышением температуры воздуха может ускориться окисление ПВХ, что приводит к возрастанию его жесткости и хрупкости. Чрезмерное переохлаждение ПВХ-профилей (без специальных противоморозных добавок), находящихся в контакте с металлами, может вызвать их растрескивание из-за различия температурных коэффициентов линейного расширения металла и ПВХ. Наличие в воздухе влаги может снижать гидроизоляционные свойства строительных пластифицированных профилей и в то же время повышать их светостойкость.
В реальных атмосферных условиях на ПВХ-профиль одновременно воздействуют несколько факторов: температура воздуха, влажность, ультрафиолетовая часть солнечного спектра, ветровое давление и др. И ни один из них не является стабильным. Например, распределение энергии солнечного излучения в течение года непостоянно и зависит от высоты стояния солнца, условия поглощения света атмосферой, от времени года и т.д.
Под влиянием внешних воздействий снижается эластичность, ухудшаются цветовые и физико-механические свойства ПВХ-профилей. Эти явления, называемые в совокупности старением, приводят к необратимым изменениям свойств полимерных материалов и сокращают срок службы изделий из них.
Склонность ПВХ к химическим превращениям проявляется в элиминировании НСl и разрыве молекулярной связи по С-С. В процессе фотодеструкции макромолекулы ПВХ разрушаются под действием ультрафиолета и коротковолновой части спектра солнечного света. Наибольшее разрушительное действие оказывает ультрафиолетовая часть солнечного спектра с длиной волны 0,29-0,35 мкм. При большей длине волны разрушение может произойти только при одновременном действии агрессивных химических веществ, например, кислорода.

• Share

При эксплуатации большинство полимерных материалов как раз и находится в контакте с кислородом воздуха, т.е. в окислительной среде. Реакции, протекающие при старении в естественных условиях, в большинстве случаев носят характер окислительной деструкции и представляют собой радикально-цепной окислительный процесс. Этот процесс активизируется различными внешними воздействиями – тепловыми, радиационными, химическими, механическими.
Скорость старения материала из ПВХ определяется не только характером и интенсивностью воздействующих факторов, но и его рецептурой, а также технологией изготовления, поскольку характерной особенностью радикально-цепных окислительных процессов является возможность их резкого замедления путем введения небольших количеств ингибиторов (стабилизаторов).
В самом общем смысле стабилизаторами называют органические и неорганические соединения, способные замедлять процессы, ухудшающие эксплуатационные показатели полимеров под воздействием внешних условий (тепло, свет, действие озона, радиация, механические нагрузки).
Существует альтернатива в выборе стабилизаторов. В их качестве могут использоваться неорганические пигменты, органические соединения различной структуры, содержащие хромофорные группы, металлоорганические соединения, стабильные радикалы и др.
Наиболее действенным является составление сложных смесевых (комплексных) стабилизаторов с синергическим действием, при котором эффективность смеси двух или нескольких стабилизаторов по одному или ряду показателей оказывается выше, чем эффективность индивидуальных компонентов.
Достаточно широкое применение при экструзии ПВХ-изделий получили многокомпонентные смеси. В их состав входят стабилизирующий комплекс с дополнительным набором лубрикантов, дополнительные присадки — модификатор ударопрочности, модификаторы перерабатываемости, мел и диоксид титана.
Свинцесодержащие соединения благодаря их способности образовывать нерастворимые хлористые соли относят к числу эффективных акцепторов HCl. В присутствии свинцовых стабилизаторов, особенно основных солей, существенно увеличивается время термостабильности (t)*, которое определяет допустимое время переработки композиции и в определенной мере срок службы материалов или изделий. Основная часть (активный PbO) молекулы играет роль ловушки НСl. Анионная часть ответственна за совмещенные функции стабилизатора: атмосферо- и светостойкость придает фосфит; смазывающим действием обладает стеарат и т. д.

*t — индукционный период до момента выделения НС1 в свободном состоянии из ПВХ-композиций при фиксированной температуре деструкции полимера (часто 175 °С)

Компания Winbau использует высококачественный свинцесодержащий стабилизатор западноевропейского производителя Chemson, который содержит двухосновный фосфит свинца (Pebefos FP), оказывающий хорошее свето- и термостабилизирующее действие и уменьшающий деструкцию ПВХ при переработке. Двухосновный фосфит свинца также обладает антиокислительными свойствами, улучшает внешний вид изделий и предотвращает изменение цвета при хранении.
Стабилизирующее действие двухосновного фосфита свинца по сохранению начального цвета особенно хорошо проявляется в присутствии ТiO2.
Двуокись титана (ТiO2) — важнейший белый пигмент, который применяют при экструзии ПВХ-профилей белого цвета или светлых (пастельных) тонов, обладающий высокой термостойкостью. Он одновременно играет роль пигмента и наполнителя, то есть ТiO2 обеспечивает непрозрачность, светостойкость, повышение твердости и электрического сопротивления, поглощение УФ-лучей в области 300-380 нм.
Чаще всего используют рутильный диоксид титана, который обладает более высокой укрывистостью — способностью при равномерном распределении в объеме пластмассы делать невидимым ее цвет.
Но важно учитывать, что эффективность светозащитного действия рутильной формы двуокиси титана зависит от выбранной концентрации и качества его обработки.
Качество и обработка весьма существенны, так как от них зависит, какое действие будет оказывать двуокись титана. TiO2 может быть внутренним фильтром, предотвращающим фотохимическую деструкцию полимера, а может являться катализатором фотораспада, способствуя образованию активных групп типа ОН, НО2 или промотором поверхностных химических реакций.
Качество диоксида титана также оказывает существенное влияние на так называемые фотоэффекты, проявляющиеся в период короткого облучения (от 2 до 1000 часов): эффекты фотобличинг/фотоблюинг (профиль становится светлее); фотопинкинг (профиль заметно розовеет); фотогреинг (профиль становится серым). Используя качественный диоксида титана, эти эффекты можно устранить.
Поэтому ухудшение внешнего вида ПВХ-окон (дисколорация, пожелтение и пр.) связано с применением некачественных пигментов.
Компания Winbau в производстве системы профилей использует только высококачественное сырье западноевропейских производителей (BorsodChem Rt, Kronos Evrope S.A/N.V, Chemson и др.). В том числе высококачественные пигменты Kronos на основе TiO2 с оптимально подобранными для переработки ПВХ оптическими и технологическими свойствами, показателями атмосферостойкости и транспортабельности.
Пигменты Kronos — это рутиловый диоксид титана, который получен хлоридным способом и был подвержен дополнительной комплексной обработке. Например, пигменты Kronos покрыты второй оболочкой из полисилоксана, что создает хорошую диспергируемость, улучшает транспортабельность пигмента и уменьшает его влагопоглощение. Дополнительная обработка высококачественными неорганическими веществами придает высокую устойчивость против посерения и максимальную атмосферостойкость.
В целом пигменты Kronos являются хорошим стабилизатором против атмосферных воздействий, обладают хорошей диспергируемостью и фотохимической стабильностью, укрывистостью, высокими разбеливающими способностями, низкой склонностью к изменению света, высокой устойчивостью к посерению и покраснению.
Существенное значение для эксплуатационных характеристик ПВХ-профиля имеет и степень его пигментирования (количественное содержание пигмента). Фирма “Kronos” по результатам кратковременных и длительных испытаний атмосферостойкости экструдированных изделий из ПВХ для континентального климата рекомендует содержание пигментов Kronos 2220 и 2222 в количестве 3,2-5 частей на 100 частей полимера. Эти показатели обозначают нижний предел добавки пигмента, необходимый для достаточной защиты полимера. Компания Winbau строго соблюдает эти рекомендации.
В обеспечении атмосферостойкости ПВХ-профиля существенную роль выполняет и дисперсность мела: осажденный карбонат кальция со стеаратным покрытием, имеющий величину частиц 0,07-0,5 мкм способствует длительному сохранению ударной вязкости и начального цвета жесткого ПВХ при действии климатических факторов. Компания Winbau в рецептуре использует мелкодисперсный мел в строго заданных количествах — не более 6 мас. частей, что обеспечивает оптимальный эффект.

Таким образом, совместное применение соли свинца и фосфоритной кислоты, микродисперсного мела, рутильной формы двуокиси титана с небольшим количеством других добавок позволило производителю ПВХ-профиля торговой марки Winbau получить погодостойкие композиции на основе ПВХ для оконных рам. Производитель также учитывает, что светостойкость ПВХ-материалов значительно зависит от их температурно-механической предыстории. Например, если образцы, полученные экструзией при 175°С, хрупкие и имеют низкую стойкость в климатических условиях, то при температуре выше 195°С можно получить материал с гладкой поверхностью и высокими прочностными показателями (механизм разрушения становится пластическим), хорошо сохраняющимися при атмосферном воздействии. Компания Winbau благодаря применению качественных компонентов, целому комплексу мероприятий, направленных на жесткий контроль производственного процесса, и оптимальному температурно-механическому режиму экструдирования создает ПВХ-профиль с высокими эксплуатационными характеристиками.

Share