Суперконцентрат и композиционные материалы на его основе


 


Владельцы патента RU 2513766:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (КБГУ) (RU)

Изобретение относится к экологически чистым и экономически эффективным слоистосиликатным полимерным суперконцентратам и композиционным материалам на его основе и может быть использовано при создании качественных конструкционных изделий в автомобилестроении, кабельной, строительной и других отраслях промышленности. Суперконцентрат содержит циклический олигомер бутилентерефталата, хлористый метилен и слоистосиликатный нанонаполнитель, который представляет собой предварительно очищенный от балластных веществ и модифицированный мочевиной галлуазит или монтмориллонит. Использование указанного суперконцентрата позволяет значительно упростить процесс введения наноразмерного наполнителя в полимерную матрицу для получения композиционных материалов на основе полипропилена или полибутилетерефталата. При этом полученные композиционные материалы обладают необходимыми повышенными физико-механическими характеристиками. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области создания экологически чистого и экономически эффективного слоистосиликатного полимерного суперконцентрата и композиционных материалов на его основе, обладающих повышенными эксплуатационными свойствами. Изобретение может быть применено при создании качественных конструкционных изделий, а также в автомобилестроении, кабельной, строительной и других отраслях промышленности. Суперконцентраты позволяют значительно упростить процесс введения наноразмерного наполнителя в полимерную матрицу, что обеспечит различные отрасли техники высокопрочными конструкционными и электроизоляционными материалами с комплексом ценных свойств.

Известно, что добавки нанодисперсных слоистых силикатов в полимерные матрицы могут существенно влиять на физико-механические свойства и на механизмы термоокислительной деструкции и горения нанокомпозитов. Среди представителей нанокомпозитов особое внимание сегодня уделяется полимерным нанокомпозитам, содержащим слоистосиликатные нанотрубки. Малые линейные размеры, большое отношение длины к диаметру, а также уникальная структура слоистосиликатных нанотрубок определяют их необычные физико-химические и физико-механические свойства. У полученных на их основе нанокомпозитов, по сравнению с исходным полимером, обнаруживается улучшение свойств, таких как твердость, ударная вязкость, пониженная горючесть и др.

Поэтому разработка новых путей получения таких наноматериалов представляется актуальной задачей.

Известен способ получения нанокомпозита по заявке РФ №2010120026, заключающийся в предварительном создании суперконцентрата из полиэтилена и наночастиц с концентрацией наночастиц от 20 до 50 мас.% путем смешения расплава полиэтилена и наночастиц в экструдере при температуре 160-220°C, после чего смешивают суперконцентрат с полиэтиленом при соотношении, необходимом для получения нанокомпозита, в котором содержание наполнителя составляет от 1 до 5% от массы полиэтилена. В качестве наночастиц используют наноразмерные молекулярные силиказоли, поверхность которых модифицирована алкильными группами химической структурой (-CnH2n+1), где n находится в пределах от 10 до 18. Недостатком данного изобретения является относительно высокая стоимость наноразмерных молекулярных силиказолей.

В патенте РФ №2424263 описывается способ получения целлюлозосодержащего полимерного суперконцентрата и композиционных материалов на его основе. Способ включает пластификацию при экструдировании дисперсных компонентов, а именно целлюлозного наполнителя и термопластичной полимерной матрицы. Термопластичная полимерная матрица состоит из полиэтилена высокой плотности, компатибилизатора, в виде графт полиолефина и смазочного агента. В качестве смазочного агента используют смесь предварительно озонированных гомологов полиэтилена в виде сверхмолекулярного полиэтилена, линейного полиэтилена низкой плотности и этиленвинилацетата при соотношении их 1:3:5. В качестве графт полиолефина в составе компатибилизатора используют полиэтилен высокой плотности, к молекулярной структуре которого привит глицидилметакрилат. Использование такого компатибилизатора способствует повышению энергетической совместимости дисперсных компонентов, используемых при получении целлюлозосодержащего полимерного суперконцентрата.

Однако технология получения данного суперконцентрата требует дополнительного использования графт полиолефина, что приводит к усложнению технологии и повышению стоимости концентрата.

Недостатками способа получения указанного суперконцентрата являются необходимость использования смазочного агента и компатибилизатора, дополнительные операции, связанные с озонированием гомологов полиэтилена.

В качестве наполнителя в суперконцентрате, улучшающего прочностные свойства термопластичного композита, авторы патентов США №3764456 и №442243, использовали слюду.

В силу своих физических свойств использование слюды, как неорганического наполнителя, сопряжено с рядом трудностей, а именно эти абразивные наполнители значительно ускоряют износ рабочих органов оборудования и при этом снижают сроки его эксплуатации. Композиции на их основе являются хрупкими, обладают высокой удельной плотностью, что ограничивает число их потенциальных применений.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому техническому решению является способ получения дисперснонаполненных суперконцентратов на основе макроциклического олигомера и слоистосиликатного наполнителя (патент США №20060004135). Суперконцентрат содержит не менее 15% макроциклического олигомера от массы наполнителя. Причем в качестве макроциклического олигомера предпочтительно используются полиэфирные олигомеры с низкой вязкостью расплава, а в качестве слоистосиликатного наполнителя минералы или синтетические материалы, имеющие слоистую структуру с толщиной слоев в диапазоне 5-100 ангстрем, модифицированные аммониевыми органическими соединениями. К аммониевым соединениям относят обычно только четвертичные аммониевые соли. Суперконцентрат получают как методом предварительного растворения макроциклического олигомера в хлористом метилене и смешивании со слоистоликатным наполнителем в растворителе, так и в процессе смешения в расплаве олигомера.

Недостатком данного метода получения суперконцентрата является высокая стоимость зарубежной органоглины и сложная технология получения органомодификатора.

Задача изобретения - использование бентонитовой глины российского месторождения, упрощение процесса активации поверхности бентонита, снижение стоимости слоистосиликатного наполнителя, за счет замены импортных и улучшение физико-механических свойств промышленных полимеров.

Технический результат достигается тем, что суперконцентрат на основе циклического олигомера бутилентерефталата, хлористого метилена и слоистосиликатных наполнителей, содержит в себе в качестве слоистосиликатных нанонаполнителей галлуазит Al4[Si4O10][OH]8×4Н2O, с удельной поверхностью 35-70 м2/г, диаметром трубок 5-20 нм, длиной 100-150 нм или монтмориллонит месторождения Герпегеж Кабардино-Балкарской республики катионнобменной емкостью 95 мг-экв/100 г глины, предварительно очищенные от балластных веществ в гидроциклоне и модифицированные мочевиной в количестве 10% от их массы, а также циклический олигомер бутилентерефталата с MM=220×N (N=2-7) г/моль и имеет формулу:

при следующем, соотношении компонентов, масс.ч.: циклический олигомер бутилентерефталата 5-6; метилен хлористый 100; наполнитель слоистосиликатный 12-14.

Полученные гранулы суперконцентрата используют для получения композиционных материалов на базе полипропиленового (ПП) или полибутилентерефталатового (ПБТ) полимеров в количествах 100 мас.ч. - полимеров и соответственно суперконцентрата - 0,1 или 0,5 мас.ч.

Пример 1.

Циклический олигомер бутилентерефталата в количестве 6,2 мас.ч. растворяют в 100 мас.ч хлористого метилена. В полученный раствор добавляют 12,64 мас.ч. органомодифицированного монтмориллонита и перемешивают при комнатной температуре с помощью механической мешалки до получения однородной суспензии. Раствор выливают на алюминиевую фольгу и помещают под вытяжной шкаф до удаления остатков растворителя. Полученный порошок содержит в себе 10,74% монтмориллонита.

Пример 2.

Циклический олигомер бутилентерефталата в количестве 7,2 мас.ч. растворяют в 100 мас.ч. хлористого метилена. В полученный раствор добавляют 12,75 мас.ч. органомодифицированного галлуазита и перемешивают при комнатной температуре с помощью механической мешалки до получения однородной суспензии. Раствор выливают на алюминиевую фольгу и помещают под вытяжной шкаф до удаления остатков растворителя. Полученный порошок содержит в себе 10.6% галлуазита.

Для получения композиционного материала использовалось стандартное лабораторное оборудование: смеситель, экструдер, измельчитель и известные методики испытаний полученных материалов и соответствующее для этих целей оборудование:

По ГОСТ 11262-80 - определение прочности и относительного удлинения при разрыве с использованием разрывной машины типа 1104000, пр-ва Италия.

По ГОСТ 19109-84, ISO 180 - определение ударной прочность по Изоду, на испытательной машине фирмы ЧЕАСТ.

По ГОСТ 5960-72 - определение горючести композиции, методом A;

По ГОСТ 11645-73 - определение показателя текучести расплава (ПТР) с использованием испытательной машины фирмы ИИРТ;

По ISO 868 - определение твердости по Шору, с использованием твердомера производства Германии, фирмы Hildebrand.

Полученные композиционные материалы и результаты их испытаний приведены в таблице 1 и 2

Таблица 1
Состав композиции ПП* ПП+НМК1* ПП+НМК2*
ПТР, г/10 мин 3,72 4,08 4,14
Твердость по Шору, 1/15 сек 70/63 74/65 76/67
Уд. Вязкость по Изоду, Дж/м2 (с надрезом) 3600 5150 5680
Горючесть, мм/мин 49,3 25,2 22,7
Модуль упругости при изгибе, МПа 1100 1400 1450
Модуль упругости при растяжении на 1/10 мм, МПа 1150U300 1300/1400 1350/1500
Относительное удлинение, % 640 530 520
ПП* - полипропилен,
НМК1* - 0,1% маточный концентрат
НМК2* - 0,5%) маточный концентрат.
Таблица 2
Состав композиции ПБТ* ПБТ+НМК1* ПБТ+НМК1*
ПТР, г/10 мин 4,5 7,8 8,8
Твердость по Шору, 1/15 сек 77/73 79/74 81/76
Уд. Вязкость по Изоду, Дж/м2 (с надрезом) 4660 4500 4200
Горючесть, мм/мин 49,3 12,5 (потух) 10 (потух)
Модуль упругости при изгибе, МПа 2700 2630 2500
Модуль упругости при растяжении на 1/10 мм, МПа 1450/1990 1980/2015 2070/2080
Относительное удлинение, % 30 128 20
ПБТ* - полибутилентерефталат,
НМК1* - 0,1%) маточный концентрат,
НМК2* - 0,5%) маточный концентрат.

Из приведенных в таблице результатов следует, что использование слоистосиликатного полимерного суперконцентрата для получения различных композиционных материалов по заявленному изобретению приводит не только к повышению прочностных, но и физико-механических характеристик материалов, предлагаемых для создания качественных защитных конструкционных, изделий общетехнического и инженерно-технического назначения.

Техническим результатом заявляемого изобретения является:

повышение энергетической совместимости дисперсных компонентов, используемых при получении суперконцентрата на основе слоистосиликатного наполнителя и термопластичной матрицы;

создание композиционного материала на основе полученного суперконцентрата с повышенными физико-механическими характеристиками.

1. Суперконцентрат на основе циклического олигомера бутилентерефталата, хлористого метилена и слоистосиликатных наполнителей, отличающийся тем, что в качестве слоистосиликатных нанонаполнителей он содержит галлуазит или монтмориллонит, предварительно очищенные в гидроциклоне и обработанные мочевиной в количестве 10% от массы слоистосиликатного наполнителя, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Циклический олигомер бутилентерефталата 5-6
Метилен хлористый 100
Наполнитель слоистосиликатный 12-14

2. Суперконцентрат по п.1, отличающийся тем, что используемый слоистосиликатный наполнитель монтмориллонит представляет собой продукт месторождения Герпегеж Кабардино-Балкарской республики катионнобменной емкостью 95 мг-экв/100 г глины.

3. Композиционный материал, содержащий суперконцентрат по п.1 и полимер, отличающийся тем, что в качестве полимера используют полипропилен или полибутилентерефталат общего назначения, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полимер 100
Суперконцентрат 0,1 или 0,5



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для изготовления формованных изделий. Формованное изделие содержит формовочную композицую с модифицированной ударной прочностью, включающую ароматический поликарбонат, полиалкилентерефталат, привитой сополимеризат, модифицированный каучуком, и соль фосфиновой кислоты общей формулы , где Mm+ представляет собой катион металла.

Изобретение относится к композициям для изготовления изделия, соединениям для связывания кислорода, упаковкам для материалов, чувствительных к кислороду. Композиция для получения изделия содержит основной полимер, по меньшей мере, одно соединение формулы (I) и (II): где Х выбран из группы, состоящей из О, S и NH; Y, А и В независимо выбраны из группы, состоящей из N и СН; D, Е и F независимо выбраны из группы, состоящей из СН, N, О и S; символ - означает простую или двойную связь; и R1, R2 и R3 независимо выбраны из группы, состоящей из Н, электроноакцепторных групп и электронодонорных групп и переходных металлов, по меньшей мере один переходный металл в положительной степени окисления, где указанный металл присутствует в композиции от 10 до 400 ч/млн, при этом указанное соединение присутствует приблизительно от 0,10 до 10 мас.% от массы указанной композиции.
Изобретение относится к способу производства наполненного полимера, в частности полиэтилентерефталата. Способ производства наполненного, по меньшей мере, одним наполнителем, предпочтительно карбонатом кальция (СаСО3), чувствительного к гидролитической деструкции и необязательно гигроскопичного, термопластичного, полученного поликонденсацией полимерного материала, в частности ПЭТ (полиэтилен юрефталата), в котором в условиях вакуума при постоянном перемешивании или размешивании и повышенной температуре сначала приготавливают смесь из еще не расплавленного, необязательно размягченного полимерного материала и наполнителя и в котором для этого используют не подвергавшийся на момент добавления предварительной сушке наполнитель с остаточным влагосодержанием (H2О) более 500 ppm, в частности более 1000 ppm.

Настоящее изобретение относится к биоразлагаемому смешанному алифатически-ароматическому сложному полиэфиру, пригодному для экструзионного покрытия, содержащему звенья, образованные из по меньшей мере дикарбоновой кислоты и по меньшей мере диола, с длинноцепочечными разветвлениями, и, по существу, свободному от геля, характеризующемуся вязкостью при сдвиге от 800 до 1600 Па*с, константой термостойкости менее чем 1,5*10-4, прочностью расплава от 2 до 4,5 г и относительным удлинением при разрыве более 30.

Изобретение относится к препятствующим воспламенению добавкам для органических полимеров. .

Изобретение относится к композиции для заготовок, содержащей окисляемое фосфорное соединение, полиамидный полимер и иономерный сложный полиэфир. .

Изобретение относится к полимерным смесям, включающим один или несколько полимеров, например, полимолочную кислоту и полиэтилентерефталат. .

Изобретение относится к биоразлагаемым многофазным композициям для изготовления изделий, характеризующимся тем, что они содержат три фазы: (а) непрерывную фазу, состоящую из матрикса по меньшей мере из одного упругого гидрофобного полимера, несовместимого с крахмалом; (б) дисперсную крахмальную фазу в форме наночастиц со средними размерами менее чем 0,3 мкм, (в) дополнительную дисперсную фазу по меньшей мере из одного неупругого и хрупкого полимера с 10 модулем упругости более чем 1000 МПа.

Изобретение относится к изделиям, сохраняющим хороший цвет при повторной термической обработке. .

Группа изобретений относится к термопластичной композиции для изготовления тонкостенных изделий больших габаритов и способу получения стабилизированного модификатора для такой композиции.

Изобретение относится к изделию для внутренней отделки автомобиля. Изделие получено из состава, в состав которого входит не менее 50 мас.% полипропиленовой композиции со скоростью течения расплава MFR2 (230°C) от 2,0 до 80,0 г/10 мин.

Изобретение относится к технологическому процессу получения полипропилена или сополимера пропилена, например, по способу стереоспецифической полимеризации. Описан способ получения «нанополипропилена» - нанокомпозитов полипропилена и сополимеров пропилена.

Группа изобретений относится к гетерофазной полипропиленовой композиции с достаточно высоким показателем текучести расплава, высокой жесткостью, приемлемыми ударными свойствами и выгодным соотношением между жесткостью и прозрачностью, способу получения полипропиленовой композиции, изделию, изготовленному из полипропиленовой композиции и применению полипропиленовой композиции для изготовления пленок и литых изделий, таких как тонкостенные полимерные контейнеры для упаковки.
Изобретение относится к гетерофазной пропиленовой композиции для изготовления изделий, полученных способом литьевого формования, а также к композиции для улучшения прочности полипропилена при низких температурах.

Изобретение относится к полипропиленовой композиции для изделий внутренней отделки автомобиля и/или для подложек блистерной упаковки, а также к использованию иносиликата в полимерной композиции в качестве заменителя талька.

Изобретение относится к композиции полиолефинов, не пропускающей кислород, предназначенной для применения при изготовлении упаковок для пищи. Композиции содержит полиолефин, в состав которого входит сополимер этилена с виниловым спиртом, содержащий от 27 до 44% мол.

Изобретение относится к технологии получения древесно-полимерных композиций и может быть использовано в промышленности строительных материалов, мебельной промышленности, машиностроении и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к полимерным материалам с повышенной электропроводностью и может быть использовано в токопроводящих изделиях конструкционного назначения. .
Изобретение относится к составам битумных композиций, используемых в строительстве для гидроизоляции и герметизации элементов конструкций и сооружений. .

Изобретение относится к машиностроительной промышленности, а именно к вибропоглощающим составам. Композиция содержит, мас.%: эпоксидную диановую смолу - 17,0-30,0; моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва - 10,0-17,0; тальк - 22,0-40,0; графит - 2,0-6,0; порошок ферритовый стронциевый - 7,0-20,0; микрослюду - 5,0-12,0; инженерную глину на основе обогащенных бентонитов и сепиолитов - 2,5-9,5; отвердитель аминофенольный - 7,0-11,0.
Наверх