The influence of composition of polyvinyl chloride mixture and technological conditions of production on the properties of the foam floor coverings

Mogućnost primene polivinilhloridnih (PVC) podnih obloga je određena krajnjim svojstvima koja zavise od sastava obloge i načina proizvodnje. Zbog složenog sastava i različitih načina pripreme PVC podnih obloga, veoma je teško tačno proceniti uticaj pojedinačnog procesnog parametara na svojstva dobijenog proizvoda. U ovom radu, da bi se ispitao uticaj sastava polivinilhloridnih smeša na svojstva PVC podnih obloga pripremljeno je 27 receptura u kojima su varirane: koncentracije kalcijumkarbonata (40, 70 i 100 phr), koncentracije sredstva za ekspanziju, azodikarbonamida ADC (0,8, 1,0 i 1,2 mas. % u odnosu na ukupnu masu) kao i odnos „kikeraˮ i sredstva za ekspanziju, ZnO/ADC (0,33; 0,50 i 0,67). Da bi se proučio uticaj procesnih parametara na svojstva PVC podnih obloga menjani su tehnološki uslovi proizvodnje: temperatura (180, 184, 188, 192 i 196 °C) i vreme (90, 120 i 150 sekundi) ekspanzije poleđinskog sloja PVC podne obloge. Na taj način je od svake PVC paste dobijeno 15 uzoraka. Za svaki uzorak određena su sledeća svojstva: stepen ekspanzije, zatezna sila pri kidanju, prekidna sila kidanja, zatezno i prekidno izduženje, početni otpor cepanju, otpor cepanju, ukupna deformacija, zaostala deformacija, povratna elastičnost, gustina pene i indeks žućenja. S obzirom na ovako veliki broj podataka urađena je statistička obrada dobijenih eksperimentalnih podataka metodom višestruke linearne regresione analize, kako bi procenili uticaji pojedinačnih procesnih parametara na ispitivana svojstva. Napisan je originalni programski kod primenom Garson-ovog i Yoon-ovog modela u programu Matlab koji omogućava formiranje neuronske mreže i njenu upotrebu u cilju fitovanja eksperimentalnih podataka. Rezultati dobijeni primenom modela po Garson-u nisu pogodni za određivanje uticaja sastava PVC smeše i uslova prerade na konačna svojstva proizvoda, jer ne pokazuju pravac uticaja. Dok je veštačka neuronska mreža koja se zasniva na Yoon-ovom modelu uspešno primenjena u razvoju novih i poboljšanju postojećih svojstava heterogenih PVC proizvoda. Ispitan je i uticaj veličine čestice ZnO koji je upotrebljen kao „kikerˮ (sredstvo koje utiče na smanjenje temperature raspada ADC) na svojstva penastih podnih obloga. Napravljene su dve PVC paste, jedna sa komercijalnim ZnO, a druga sa nano ZnO, pri čemu je sastav ostalih komponenti bio identičan. Na osnovu dobijenih eksperimentalnih podatka može se zaključiti da kod uzoraka u kojima je upotrebljen nano ZnO dolazi do intenzivnijeg „curenjaˮ gasa nastalog raspadom ADC i međusobnog povezivanja pora. Kao posledica ovakve strukture pora uzorci sa nano ZnO imaju lošija mehanička svojstva. Na osnovu dobijenih karakterističnih temperatura na TG krivama nije uočen uticaj veličine čestica ZnO na termičku stabilnost ispitivanih uzoraka.The application of PVC floor coverings is strongly connected with their end-use properties which depend on the composition and processing conditions. It is very difficult to estimate the proper influence of production parameters on the characteristics of PVC floor coverings due to their complex composition and various preparation procedures. In this paper, in order to investigate the effect of the PVC mixture composition on the properties of PVC floor coverings, 27 formulations are prepared varying concentration of calcium carbonate (40, 70 and 100 phr), concentration of blowing agent, azodicarbonamide ADC (0.8, 1.0 and 1.2 wt. % relative to the total weight) and the ratio of "kicker" and blowing agent, ZnO/ADC (0.33; 0.50 and 0.67). To study the influence of process parameters on the properties of PVC floor coverings technological production conditions are varied: expansion temperature (180, 184, 188, 192 and 196 °C) and expansion time (90, 120 and 150 seconds) of the PVC floor covering back layer. In this way, 15 samples are made of each PVC paste. The following properties are determined for each sample: expansion ratio, tensile strength, braking strength, tensile extension, breaking extension, initial resistance to tearing, tearing resistance, identation, residual identation, elasticity, density foam and yellowing index. Having such a large amount of data, statistical analysis of experimental data are made with multiple linear regression analysis in order to assess the effects of process parameters on investigated properties. The original program code is written using the Garson's and Yoon's models in the Matlab programme that allows the formation of neural networks and its use for the purpose of fitting the experimental data. Results obtained by using the Garson model are not suitable for determining the influence of composition of the PVC mixture and processing conditions on the properties of the final product because it does not show the direction of impact. While the artificial neural network based on Yoon's model is successfully applied to the development of new as well as to the improvement of the existing properties of the heterogeneous PVC products. The influence of ZnO particle size, used as a“kicker“ (this material reduces the decomposition temperature of ADC) is examined on the properties of the foam flooring. Two PVC pastes are made, one with commercial ZnO and the other with nano ZnO, with the other components of the compositions identical. Based on the obtained experimental data, it can be concluded that there is more intensive gas „leak“ resulting from disintegration of the ADC and also more intensive interconnection of pores in the samples where nano ZnO is used. As a result of this structure of pores, samples with nano ZnO have inferior mechanical properties. Based on the characteristic temperature obtained on TG curves, the influence of ZnO particle size on the thermal stability of the investigated samples is not observed