Производство ПВХ-пластизоля для виниловых обоев: оборудование и технология

ПВХ-пластизоль

Пластизоль представляет собой дисперсии частиц специальных сортов полимеров в жидком пластификаторе. Известно значительное количество различных пластизолей, однако широкое промышленное применение в настоящее время нашли лишь пластизоли на основе поливинилхлорида (ПВХ-пластизоли). В обычных условиях пластизоли стабильны и представляют собой жидкую или пастообразную массу. При нагревании пластизоль «желатинизируется» – быстро превращается в монолитный пластикат с хорошими физико-механическими свойствами, высоким электрическим сопротивлением и химической стойкостью.

Для декорирования стен в жилых домах и общественных зданиях используют различные материалы, в том числе обои из ПВХ. Существуют четыре варианта винилового покрытия обоев: твердое, гладкое, так называемая «шелкография» и вспененный винил.

Основные технические требования, предъявляемые к ПВХ пластизолям, используемым в производстве виниловых обоев:

• очень тонкая гранулометрия пластизоля (в случае ротационной трафаретной печати используются сетчатые трафареты, где число ячеек на 1 кв. дюйм составляет 80 или 100 соответственно);
• высокая степень псевдопластичности, позволяющая осуществлять устойчивое нанесение в широком интервале скоростей;
• способность к быстрому вспениванию;
• обеспечение стабильного исходного цвета.

Технология производства ПВХ-пластизоля

Оборудование и процесс производства ПВХ-пластизолей для виниловых обоев являются стандартными для всех производителей в мире. ПВХ-пластизоли для виниловых обоев, как правило, различаются лишь рецептурами.

Сырьевые компоненты ПВХ-пластизоля

При разработке рецептуры ПВХ-пластизолей наиболее важным моментом является правильный выбор смолы и пластификатора.

ПВХ-смолы

ПВХ смолы для приготовления пластизолей представляют собой полимеры с высокой степенью полимеризации. ПВХ-пластизоль образуется в процессе смешивания смолы ПВХ с жидким пластификатором и прочими добавками.

Благодаря маленькому размеру частиц смолы ПВХ, достигается высокая площадь контакта ПВХ с пластификатором, что способствует хорошему желированию. Частицы ПВХ для пластизолей являются агломератами первичных частиц, образующихся в процессе полимеризации. Реологические свойства пластизоля находятся в сильной зависимости от гранулометрического распределения первичных и вторичных частиц. Поэтому реологические свойства пластизолей, изготовленных с использованием одного и того же количества пластификатора, будут сильно отличаться в зависимости от марки смолы ПВХ.

Как правило, для приготовления ПВХ-пластизолей используют смолы со средним размером частиц 5-25 мкм.

Пластификаторы

В большинстве случаев при производстве ПВХ-пластизоля используется наименьшее возможное количество пластификатора, главным образом для того, чтобы оптимизировать механические свойства продукта, повысить износостойкость и устойчивость к химическому воздействию.

Пластификаторы общего назначения (ОН), такие как диоктилфталат (ДОФ), обеспечивают приемлемую вязкость пластизоля и его обработку во всем диапазоне концентраций. Алифатические диэфиры, такие как адипинаты и карбоксилаты циклогексана, а также линейные фталаты, обеспечивают вязкость ниже, чем сорта ОН. Низколетучие пластификаторы, такие как диизодецилфталат (ДИДФ), обычно придают более высокую вязкость, чем пластификаторы ОН. Пластификаторы с быстрой сольватацией, такие как дигептилфталат (ДГФ) и бутилбензилфталат (ББФ), приводят к получению пластизолей, обладающих повышенной вязкостью вследствие набухания частиц смолы. Вторичные углеводородные пластификаторы обеспечивают низкую вязкость, но их применение ограничено небольшими количествами (кроме органозолей) вследствие незначительной совместимости с винилом.

Как и для всех составов композиций, тип и количество пластификатора определяются требуемыми свойствами старения и механическими характеристиками для определенного применения.

Наполнители

Наполнители представляют собой минеральные продукты, которые обычно добавляют в ПВХ-пластизоль, чтобы снизить затраты.

Наполнители оказывают влияние на определенные показатели пластизоля (например, реологические и диэлектрические свойства, создание матовой или сухой поверхности, снижение уровня воспламеняемости, повышение жесткости продукта).

Большинство наполненных композиций ПВХ (и не только пластизолей, используемых для производства виниловых обоев) содержат карбонат кальция. Обычно размер частиц наполнителя составляет 1-2 мкм, а его концентрация равна или несколько выше концентрации пластификатора. Наполнение приводит к повышению вязкости ПВХ-пластизоля, приемлемой для большинства способов переработки, обычно снижающейся со скоростью сдвига. Как правило, повышенную вязкость получают, используя наполнитель с повышенным маслопоглощением, меньшим размером частиц и неправильной формы.

К другим применяемым наполнителям относятся бариты, используемые для поглощения звука вследствие их высокой плотности; кальцинированная глина - для придания электрических свойств; и гидратированные наполнители - для придания огнестойкости и дымоподавления. Диоксид титана, используемый в качестве пигмента и для поглощения УФ, повышает вязкость пластизоля при концентрации 2-8 ч. на 100 ч. смолы, однако это повышение не влияет на перерабатываемость.

Растворители и агенты, понижающие вязкость

Для снижения вязкости ПВХ-пластизоля применяют различные добавки, их называют вязкостными депрессантами (или агентами, понижающими вязкость). Обычно это поверхностно-активные вещества, которые снижают поверхностное натяжение пластификатора и повышают стабильность при хранении.

Простейшими из них являются спирты, такие как 2-этилгексанол (2-ЭГС) и изодециловый спирт (ИДС). Их обычно используют с соответствующими сложноэфирными пластификаторами: 2-ЭГС, например, с ДОФ, ИДС с ДИДФ. При концентрации 1-3 ч. вязкость и, особенно, ее рост снижаются. Оба этих соединения являются летучими и испаряются при температуре плавления, поэтому они оказывают слабое отрицательное влияние на свойства расплавленной композиции. С другой стороны, они обладают выраженным запахом, который может стать неприемлемым при переработке. В некоторых случаях после плавления остаются следы запаха, которые могут оказаться недопустимыми.

В качестве веществ, снижающих вязкость, могут выступать и стабилизаторы пены пластизоля. Для вспененных пластизолей эти факторы должны быть рассмотрены совместно. И наоборот, вышеуказанные вещества, снижающие вязкость, действуют и как вещества для деаэрации.

Другие продукты

Кроме вышеперечисленных добавок в ПВХ-пластизоль с целью достижения определенных характеристик может быть добавлен целый ряд иных веществ:

• Антистатики

Эти вещества применяются для снижения удельного поверхностного электрического сопротивления и, следовательно, предотвращения возникновения статического электричества.

• Усилители адгезии

Для прочного склеивания покрытий к основе из синтетического волокна (н/п, полиамиды, полиэфиры), в слой пропитки добавляются усилители адгезии (полиизоцианаты или полиэфиры).

• Порофоры

Для получения химической пены в пластизоль добавляются порофоры. Наиболее часто используемый порофор — азодикарбонамид.

• Вспениватели

Для получения механической пены в пластизоль добавляется инертный газ. Для обеспечения равномерного распределения (распространения) пузырьков газа и хорошей стабильности пены до осуществления процесса желирования применяются поверхностно-активные вещества (ПАВ). Чаще всего они представляют собой силиконы, мыла на основе бария-цинка (Ba-Zn) и соли кальция (Ca).

• Смачиватели

Смачиватели используются, к примеру, для упрощения перемешивания других компонентов пластизоля. Также они применяются для улучшения деаэрации пластизоля.

Технологический процесс производства ПВХ-пластизоля

Стандартная последовательность операций при приготовлении ПВХ-пластизоля при высокоскоростном перемешивании следующая:

• все жидкие компоненты пластизоля (пластификаторы, стабилизаторы, растворители) загружаются в емкость для смешивания;
• компоненты перемешиваются на средней скорости;
• постепенно в смесь добавляются наполнители;
• диспергация наполнителя;
• постепенно в смесь добавляется смола ПВХ;
• гомогенизация на высокой скорости.

В миксер последовательно добавляют жидкие ингредиенты в порядке уменьшения их доли в составе пластизоля, а затем последовательно добавляют сухие компоненты в порядке увеличения их доли в составе пластизоля. Ингредиенты добавляют в пластизоль в ходе перемешивания. При этом смешивание проводят сначала при низких скоростях, например, 600 об/мин, а когда все ингредиенты перемешаны между собой, переходят на высокоскоростной режим, например, 1200 об/мин.

Во избежание возрастания вязкости температура пластизоля в процессе смешивания не должна превышать 30-35°С, поэтому в случае необходимости используют смеситель с рубашкой охлаждения.

Высокоскоростные миксеры представляют собой миксеры с вертикальной осью с быстро вращающимся горизонтальным диском. Высокоскоростное смешивание позволяет сократить время приготовления пластизоля и хорошо подходит для приготовления жидких пластизолей с уровнем динамической вязкости до 25 Па·с. При более высокой вязкости сдвиговое напряжение может привести к перегреву. Высокоскоростной миксер может быть оборудован вакуумной деаэрационной установкой. В результате использования такого миксера пластизоль получается хорошо гомогенизированным и, в большинстве случаев, не требует дополнительного перемешивания.

В промышленном производстве общая продолжительность смешивания не превышает 20 минут.

Стандартная последовательность операций при низкоскоростном перемешивании значительно отличается от последовательности при высокоскоростном перемешивании:

• все сухие ингредиенты в рецептуре (ПВХ, наполнители) добавляются в емкость для смешивания;
• перемешивание ингредиентов на низкой скорости;
• в смесь добавляют некоторую часть пластификатора для получения через определенный период времени густой гомогенизированного пластизоля;
• в смесь добавляют оставшийся пластификатор, продолжая перемешивать пластизоль на низкой скорости;
• после того, как все ингредиенты достаточно распределятся по всей массе, продолжают процесс перемешивания на высокой скорости в течение 15 минут.

Для приготовления пластизоля в низкоскоростном миксере требуется длительный период времени, намного превышающий время приготовления в высокоскоростном миксере. Такие миксеры бывают планетарного типа с различной скоростью вращения или с двойным Z-образным лезвием и используются для приготовления более вязких пластизолей. Перемешивание в миксере с планетарным механизмом позволяет получить пластизоль средней вязкости, в то время как миксер с двойным Z-образным лезвием (пластикатором) позволяет получить пластизоль, по вязкости сравнимый с мастикой.

Вызревание