Экологические проблемы, возникающие при использования пластифицированных высоконаполненных полимерных композиций на основе ПВХ в листовых и рулонных звукоизоляционных материалах

В настоящее время на российском рынке звукоизоляционных материалов, значительную активность стали проявлять продавцы так называемых «нагруженных винилов» - листовых и рулонных материалов, произведенных методом вальцевания из ПВХ компаундов, наполненных различными минеральными наполнителями со степенью наполнения, превышающей 50%, в первую очередь Тексаунд.

Помимо высоконаполненных композиций ПВХ, существуют также различные высоконаполненные безгалогенные материалы, полимерную основу которых составляют сополимеры полиэтилена (ПЭ) с малеиновым ангидридом (Exxelor), винилацетатом (СЭВА, Elvax), полипропиленом (СЭП), и др.

Безгалогенные материалы, не содержащие ПВХ, имеют высокую актуальность, в связи с новыми требованиями по пожарной безопасности. Однако, данные материалы не получили широкого распространения, в связи со значительно более высокой стоимостью по сравнению с ПВХ компаундами.

Кроме того, одним из главных недостатков звукоизоляционных материалов, произведенных из компаундов на основе сополимеров полиолефинов, является их низкая теплостойкость. Из анализа термомеханических кривых (рис.1) следует, что теплостойкость полимерных компаундов на основе сополимеров Exxelor и Sovelen (76-100 С)  значительно ниже, чем для компаундов аналогичного назначения на основе ПВХ (150-160 С).

Экологические проблемы, возникающие при использования пластифицированных высоконаполненных полимерных композиций на основе ПВХ в листовых и рулонных звукоизоляционных материалах

Влияние пластификатора на свойства полимерного компаунда

Для облегчения переработки и увеличения степени наполнения, в состав различных полимерных компаундов, применяющихся в производстве звукоизоляционных материалов, почти всегда вводят пластификаторы. Так, например, минеральное масло хорошо совмещается с большинством сополимеров полиолефинов. Масло снижает вязкость полиолефиновых композиций, улучшает их перерабатываемость и позволяет повысить степень наполнения компаундов до 75%.

Однако, зачастую, производители, в попытке удешевить готовую продукцию, применяют аналогичные пластифицирующие системы также и при производстве ПВХ компаундов, используемых в производстве звукоизоляционных листовых материалов.

Практика использования в их производстве маслосодержащих пластификаторов показала, что в целом ряде случаев имеет место выделение существенного количества смеси пластификаторов (экссудация), которые скапливаются в межконструкционном пространстве, вызывая коробление и разрушение конструкций.

Кроме того, происходит постепенное испарение смеси пластификаторов в объем жилого пространства, что приводит к постоянному присутствию в нем значительных концентраций паров пластификаторов, которые, в большинстве своем, являются высокотоксичными веществами и имеют 2 класс опасности (высокоопасные вещества), согласно ГОСТ 8728-88 с изм.1 (Пластификаторы). 

При обычных температурах эксплуатации активное выделение экссудата происходит в интервале от 0,5 (помещение, в котором постоянно проживают люди) до 1,5 (холодные склады) лет после монтажа звукоизоляционных материалов в конструкции.

Оценка содержания пластификатора в полимерном компаунде на основе ПВХ, применяемом в рулонной звукоизоляции

Содержание пластификатора в заполнителе определяли по изменению массы после экстракции в тетрагидрофуране (ТГФ).

Содержание пластификатора в исследуемых образцах материалов, заметно превышало 25%.

По данным ИК- спектроскопии экстракта (после испарения ТГФ) и спектров сравнения (рис. 2,3),  пластификатором для  пвх компаундов, входящих в состав рулонных звукоизоляционных материалов, с точностью до 97-99%, служит минеральное масло.

Экологические проблемы, возникающие при использования пластифицированных высоконаполненных полимерных композиций на основе ПВХ в листовых и рулонных звукоизоляционных материалах
Экологические проблемы, возникающие при использования пластифицированных высоконаполненных полимерных композиций на основе ПВХ в листовых и рулонных звукоизоляционных материалах

Исследование  свойств ПВХ компаунда, использованного в звукоизоляционном листовом (рулонном) материале.

Исследование использовавшегося в звукоизоляционном полотне ПВХ компаунда показало, что данный материал обладает крайне низкими физико-механическими свойствами, такими как прочность при разрыве и относительное удлинение при растяжении, что говорит о том, что данная система (полимерное связующее-пластификатор-наполнитель) является термодинамически несовместимой.

 

Ориентировочно уровень термодинамической совместимости оценивали «методом пятна» по величине константы термодинамической устойчивости Ктду (представляющей собой отношение диаметров исходной таблетки и пятна на вощеной бумаге после воздействия напряжения 1 кгс/см2 в течение 14 суток.) после контакта с ПВХ компаундом становятся больше критического значения 1,2 (Рис.4). 

Экологические проблемы, возникающие при использования пластифицированных высоконаполненных полимерных композиций на основе ПВХ в листовых и рулонных звукоизоляционных материалах

Таким образом, после контакта с ПВХ пластикатом изменение свойств заполнения связано с увеличением содержания пластификатора. 

Идентификация состава экссудата, выделяющегося из кабельных изделий

Возникает вопрос, что за пластификатор дополнительно имеется в компаунде и изменяет его свойства? С этой целью в состав исходного компаунда специально вводили дополнительное (избыточное) количество минерального масла и ДОФ, который входит в состав большинства пластифицированных ПВХ систем.

Система становится несовместимой только после дополнительного ввода весьма значительного количества  минерального масла (12-20%). Маловероятно, что при изготовлении компаунда, содержащего 14% пластификатора, ошибка в дозировании масла может составлять 100%. Вместе с тем при ведении ДОФ в количестве свыше 2% система становится термодинамически неустойчивой (Ктду>1,2) и возможна экссудация пластификатора из материала.

Можно полагать, что экссудат и пластификатор кабельного заполнителя представляют собой смесь ДОФ: Минеральное Масло неустановленной марки и производителя.

Экологические проблемы, возникающие при использования пластифицированных высоконаполненных полимерных композиций на основе ПВХ в листовых и рулонных звукоизоляционных материалах

   

Причины экссудации

  • Основная причина экссудации - лучшая совместимость  системы Минеральное масло:ДОФ по сравнению с системой ПВХ:ДОФ. Масло смешивается с ДОФ при любых соотношениях с образованием однофазного раствора вследствие близости значений коэффициентов липофильности (log Pokt/wat)  (9,1 и 9,26 соответственно). ДОФ ограниченно совместим с ПВХ – предел совместимости ПВХ:ДОФ = 1:1,2 масс. при 200С. Состав экссудата по данным ИК – спектроскопии  93,4 %  масс. ДОФ в смеси с 6,6 %  масс. минерального масла.
  • Температурное воздействие при испытании компаунда на термическую стабильность повышает скорость диффузионных процессов и ускоряет начало появления экссудата.

Заключение и рекомендации

При эксплуатации листовых и рулонных звукоизоляционных материалов на основе нагруженных винилов в жилых помещениях, возникают следующие значительные риски:

  1. Постоянное вдыхание паров ДОФа, обладающего кумулятивной токсичностью, которое может привести к нарушениям работы почек и печени, поражению ЦНС, а также к постоянному раздражению дыхательных путей, развитию бронхиальной астмы и онкологических заболеваний крови и органов дыхания.
  2. Повышенная опасность возгорания вследствие короткого замыкания или иных внешних факторов, причиной которой является горючесть ДОФ и минерального масла.

Целесообразно при выборе материалов для звукоизоляции жилых помещений применять материалы, в которых снижена или отсутствует возможность экссудации вредных пластификаторов.

Рассмотренные в настоящем исследовании листовые и рулонные звукоизоляционные материалы («нагруженные винилы»), произведенные из высоконаполненных пластифицированных полимерных композиций на основе ПВХ, предпочтительно использовать в нежилых и хорошо проветриваемых помещениях, для уменьшения контакта человека с парами пластификаторов, неизбежно выделяющихся из данных материалов.