Результаты исследований в области нанотехнологий и наноматериалов. Часть 4

А.И. КАРПОВ Результаты исследований в области нанотехнологий и наноматериалов. Часть 4

Нанокомпозитные кабельные пластикатына основе поливинилхлорида и алюмосиликатов

Актуальность

По объему производства ПВХ находится на втором месте в мире после полиэтилена, но по способности к модификации свойств, по огромному количеству композиций и изделий из него прочно занимает первое место. Признание ПВХ основано на благоприятном соотношении «цена-качество» [1].

В развитии производства ПВХ и непрерывном расширении областей его применения ведущее место занимают успехи в области создания функциональных наполнителей. Это обусловлено тем, что переработка ПВХ-композиций в изделия предъявляет повышенные требования к наполнителям, которые должны обеспечивать экологическую безопасность, высокую термо-, огнестойкость, барьерные свойства при максимальной производительности технологического оборудования.

В качестве такого наполнителя интерес представляет органомодифицированный монтмориллонит (органоглина). За последние годы различными группами исследователей были получены несколько десятков видов полимерных нанокомпозитов на основе полимеров и органоглины, многие из которых обладают повышенными эксплуатационными свойствами. Показана возможность использования в качестве матрицы практически всех разновидностей полимеризационных и поликонден-сационных полимеров.

Однако, несмотря на обширность проведенных исследований, слои-стосиликатные нанокомпозиты на основе поливинилхлорида упоминаются очень редко.

В этой связи выявление возможностей и исследование закономерностей модифицирующего действия органомодифицированного монтмориллонита на поливинилхлоридный пластикат, а также разработка рецептур конкурентоспособных ПВХ-материалов является научно значимой и актуальной задачей.

А.И. КАРПОВ Результаты исследований в области нанотехнологий и наноматериалов. Часть 4

Это особенно актуально для кабельных поливинилхлоридных пла-стикатов. Около 75% российского рынка кабельных ПВХ-пластикатов составляют разработанные более 30 лет назад пластикаты общепромышленного назначения для изоляции и оболочки проводов и кабелей типа И40-13А, 0-40, ОМ-40, ИО45-12, рецептуры которых не соответствуют по показателям международным стандартам и требуют усовершенствования.

Работа является частью комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства в рамках Постановления Правительства РФ № 218 от 09 апреля 2010 года (договор от «07» сентября 2010 г. № 13.G25.31.0048 с Минобрнауки России) по теме: «Разработка рецептуры и технологии получения нанокомпозитного ПВХ-компаунда для кабельной изоляции с повышенными значениями термо- и огнестойкости, барьерных свойств».

Цель исследования – разработка новых нанокомпозитных материалов на основе поливинилхлоридного пластиката и органомодифицированного монтмориллонита, обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками.

В соответствии с поставленной целью исследований были решены следующие задачи:

• •    разработка и исследование свойств монтмориллонита российского месторождения в КБР модифицированного карбамидом;

• •    выявление закономерностей влияния органомодифицированного монтмориллонита на эксплуатационные свойства поливинилхлоридного кабельного пластиката и оценка возможности его использования в качестве наполнителя, в том числе в сочетании с безгало-генными антипиренами;

• •    разработка рецептур и технологии изготовления новых полимерных нанокомпозитов на основе ПВХ-пластиката и органомодифицированного монтмориллонита;

• •    исследование физико-механических свойств и огнестойкости полученных нанокомпозитных материалов;

• •    исследование закономерностей взаимосвязи между химическим составом и строением органомодифицированного монтмориллонита и физико-механическими характеристиками целевых нанокомпозитов.

А.И. КАРПОВ Результаты исследований в области нанотехнологий и наноматериалов. Часть 4

Научная новизна работы

Разработаны новые нанокомпозитные материалы на основе поливинилхлоридного пластиката с применением органомодифицированного монтмориллонита и его сочетаний с безгалогенными антипиренами.

Впервые экспериментально показано, что карбамидсодержащая органоглина является эффективным наполнителем поливинилхлоридного пластиката. Разработаны рецептуры и технология изготовления новых полимерных нанокомпозитов на основе ПВХ-пластиката и органомодифицированного монтмориллонита.

Установлено, что органомодифицированный монтмориллонит оказывает ряд положительных эффектов на эксплуатационные свойства кабельного пластиката, а именно повышает прочность, модуль упругости, теплостойкость, диэлектрические характеристики и огнестойкость.

Выявлены и интерпретированы основные закономерности в изменении свойств ПВХ-пластиката при введении органоглины.

Установлено, что оптимальное структурообразование нанокомпо-зитного поливинилхлорида, приводящее к повышению эксплуатационных свойств, достигается при содержании органоглины в количестве 3–5%.

Показано, что использование смеси органоглины с гидроксидом магния и полифосфатом аммония в качестве наполнителя ПВХ-пластиката позволяет существенно уменьшить расход дорогостоящих антипиренов и получать кабельный пластикат с высокими огнестойкими, теплостойкими и физико-механическими свойствами.

Практическая значимость работы

Практическая информация о способах получения наноразмерных наполнителей из природного сырья, принципах выбора органомодификаторов и их влиянии на качество наноразмерных слоистосили-катных наполнителей, эффективности применения органоглин для модификации свойств полимерных материалов делает результаты диссертации чрезвычайно полезными для специалистов, работающих в области производства наполнителей, создания и переработки полимерных композиционных материалов и конструирования изделий из них.

А.И. КАРПОВ Результаты исследований в области нанотехнологий и наноматериалов. Часть 4

На основе выполненных исследований расширен ассортимент используемых в поливинилхлоридных композициях нетоксичных наполнителей полифункционального действия, позволяющих повысить технологические свойства ПВХ-композиций, производительность перерабатывающего оборудования, эксплуатационные свойства полимерных изделий, а также снизить общее количество вводимых в композиции антипиренов.

С использованием органомодифицированного монтмориллонита разработаны и внедрены композиции для получения поливинилхлоридных материалов, в частности кабельных пластикатов марок И40-13А, ОМ-40.

Способ получения и рецептура нанокомпозитного кабельного поливинилхлоридного пластиката защищены патентом Российской Федерации и использованы на ЗАО «Кабельный завод «Кавказкабель» (г. Прохладный, КБР) при выполнении комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства нанокомпозитного кабельного пластиката в рамках Постановления Правительства РФ № 218 от 9 апреля 2010 года.

Редакция Интернет-журнала «Нанотехнологии в строительстве» предлагает кандидатам и докторам наук опубликовать результаты своих исследований по тематике издания [2].

А.И. КАРПОВ Результаты исследований в области нанотехнологий и наноматериалов. Часть 4