Способ получения наноструктурированного полимерного композиционного материала для нанесения покрытий


 


Владельцы патента RU 2516669:

Закрытое акционерное общество "Интеллект Альянс" (RU)

Изобретение относится к способам получения полимерных композиционных материалов, которые могут быть использованы для нанесения изоляционных покрытий на металлические проволоки. Способ получения полимерного наноструктурированного композиционного материала для нанесения покрытий включает смешивание полиэтилена и мастербатча монтмориллонита, предварительно полученного путем органомодификации монтмориллонита и его введения в полимер, в двухшнековом экструдере однонаправленного вращения при температуре, обеспечивающей плавление полиэтилена, и последующее экструдирование полученного материала. Изобретение позволяет повысить стойкость материала к растрескиванию, коррозионную стойкость, термостойкость, морозостойкость, износостойкость, абразивостойкость, адгезию покрытия к материалу подложки, а также повысить равномерность распределения частиц монтмориллонита в полимерной матрице. 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к способам получения полимерных композиционных материалов (ПКМ), которые могут быть использованы, в частности, для нанесения изоляционных покрытий на металлические проволоки.

Из уровня техники известен способ изготовления полимерного композиционного материала, согласно которому полиэтилен и мастербатч, содержащий монтмориллонит (ММТ), загружают в двухшнековый экструдер контрвращения и осуществляют смешивание при температуре 170-200°C с диспергированием ММТ. Количество ММТ в получаемом композиционном материале составляет 3 мас.%. При этом для изготовления мастербатча осуществляют органомодификацию ММТ (обработкой четвертичными аммониевыми солями) и смешивание полученного материала с полимером в соотношении 1:1 (см. Araujo Е.М. et al. Processing and characterization of polyethylene/Brazilian clay nanocomposites / J. Material science & engineering, A. 445-446, 2007, p.p.141-147). В результате получают ПКМ с матрицей из полиэтилена и наполнителем в виде нанодисперного монтмориллонита. Недостатком известного способа является недостаточно равномерное распределение частиц монтмориллонита по объему матрицы.

Задачей заявленного изобретения является получение наноструктурированного ПКМ с высоким уровнем физико-механических и эксплуатационных характеристик.

Технический результат изобретения заключается в повышении равномерности распределения частиц монтмориллонита в полимерной матрице, а также в повышении физико-механических характеристик материала, таких как стойкость к растрескиванию, коррозионная стойкость, термостойкость, морозостойкость, адгезии покрытия к материалу подложки, износо- и абразивостойкость.

Указанный технический результат изобретения достигается за счет того, что способ получения полимерного наноструктурированного композиционного материала для нанесения покрытий включает смешивание полиэтилена и мастербатча монтмориллонита в двухшнековом экструдере при температуре, обеспечивающей плавление полиэтилена, и последующее экструдирование полученного материала, при этом мастербатч получают путем предварительной органомодификации монтмориллонита и его введения в полимер, причем органомодифицированный монтмориллонит вводят в полимер в количестве 20-40 мас.%, а смешивание мастербатча с полиэтиленом осуществляют в двухшнековом экструдере однонаправленного вращения с обеспечением содержания монтмориллонита в получаемом полимерном материале - 0,1-2 мас.%.

Кроме того, указанный технический результат достигается в частных случаях реализации изобретения за счет того, что:

- органомодификацию монтмориллонита осуществляют путем его обработки четвертичными аммониевыми солями,

- смешивание полиэтилена и мастербатча осуществляют при температуре 170-200°C,

- на выходе из экструдера осуществляют вакуумную дегазацию экструдируемого материала,

- после экструдирования полимерный материал измельчают в гранулы.

Авторами изобретения было установлено, что упомянутое двухстадийное смешивание компонентов материала в двухшнековом экструдере однонаправленного вращения в сочетании с составом получаемого композиционного материала, содержащего монтмориллонит в количестве 0,1-2 мас.%, позволяет достигнуть оптимальное сочетание физико-механических свойств материала, необходимых для его функционирования в качестве защитного покрытия, в частности трещиностойкость, изностойкость, термостойкость, химическая (коррозионная) стойкость и др. При содержании ММТ менее 0,1 мас.% не происходит значительного влияния добавки на процесс кристаллизации материала, и, как следствие, свойства полимерного композиционного материала будут совпадать со свойствами матричного полимера, а при содержании более 2 мас.% в ходе кристаллизации критически снизится степень кристалличности полимерной матрицы и, как следствие, прочность полимерного композиционного материала уменьшится до неприемлемого уровня.

Применение органомодификации ММТ в сочетании с использованием двухшнекового экструдера однонаправленного вращения обеспечивает улучшенную эксфолиацию мастербатча ММТ в полиэтилене.

При этом предварительное введение органомодифицированного ММТ в полимер в количестве 20-40 мас.% (с учетом указанного выше содержания ММТ в готовом композите) обеспечивает наилучшее распределение частиц монтмориллонита в объеме полиэтиленовой матрицы, что дополнительно улучшает характеристики материала.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.

Для приготовления мастербатча монтмориллонит подвергают органомодификации путем его обработки четвертичными аммониевыми солями в зет-образном смесителе с системой вакуумной дегазации.

Органомодификация ММТ необходима для дальнейшей диспергации монтмориллонита в полимере (полиэтилене) и необходимости в улучшении эксфолиации ММТ в конечном продукте.

После органомодификации ММТ вводят в полимер в количестве 20-40 мас.% путем смешивания на двухшнековом экструдере однонаправленного вращения при температуре расплава 190-200°C. В результате получают мастербатч (суперконцентрат) ММТ.

Затем полученный мастербатч вместе с полиэтиленом загружают в двушнековый экструдер однонаправленного вращения и смешивают при температуре 170-200°C. При таких условиях происходит плавление полиэтилена, его пластифицирование и диспергирование в нем ММТ. При этом мастербатч вводят в смесь из условия получения концентрации ММТ в конечном материале в интервале 0,1-2 мас.%.

При необходимости на выходе из экструдера осуществляют вакуумную дегазацию материала для удаления из расплава газообразных продуктов деструкции материала. Для этого в двухшнековом экструдере создается зона с атмосферным давлением за счет увеличения витков шага шнека и происходит откачка газов прямоточным вакуумным насосом.

После прохождения расплава через фильеру полученный полимерный материал измельчают в гранулы для дальнейшего использования при нанесении покрытия.

В результате получают бимодальный наноструктурированный ПКМ, с матрицей из полиэтилена и наномодификатором - монтмориллонитом, присутствующим в количестве 0,1-2 мас.% и равномерно распределенным по объему матрицы. При этом в композиционном материале ММТ имеет пластинчатую форму частиц, с размерами: длина - 100-200 нм, толщина - 2-6 нм. Данные частицы монтмориллонита образуют наноструктуру, обеспечивающую структурирование полимера в момент кристаллизации (эффект нуклеации), повышающее физико-механические свойства материала (прочность, модуль упругости, морозостойкость и т.д.), а также его барьерные свойства (снижается газо- и паропроницаемость), что увеличивает коррозионную стойкость материала.

Пример предпочтительной реализации способа

Для приготовления мастербатча монтмориллонит подвергают органомодификации путем его обработки четвертичными аммониевыми солями в зет-образном смесителе с системой вакуумной дегазации.

Состав смеси:

- ММТ 50-60 мас.%,

- Олеилтриметиламмоний хлорид - 10-20 мас.%,

- Диметилди(C14-C18)алкил аммоний хлорид - 20-30 мас.%.

Смешивание компонентов проводят при температуре 60°C.

Затем полученный органомодифицированный ММТ смешивают с полиэтиленом LLDPE в двухшнековом экструдере в количестве 20-40% при температуре 190-200°C.

После этого мастербатч (в количестве 0.5-2 мас.%), а также полиэтилен смешивают в двушнековом экструдере однонаправленного вращения с отношением L\D=50 при температуре 190-200°C и скорости вращения шнеков 400-500 об/мин. В результате получают композиционный материал на основе полиэтилена, содержащий 0,1-0,5 мас.% монтмориллонита.

Полученный таким образом композиционный материал наносят на подложку, например на металлическую проволоку (путем экструзии), в качестве защитного покрытия.

Данный композиционный материал при использовании в качестве покрытия обладает, в частности, следующими эксплуатационными свойствами:

- высокая стойкость к растрескиванию,

- высокая устойчивость к агрессивным средам,

- высокая термостойкость,

- высокая морозостойкость,

- повышенная адгезия к материалу подложки,

- высокая износо- и абразивостойкость.

Таким образом, заявленный способ позволяет получать наноструктурированный полимерный материал с повышенным уровнем эксплуатационных свойств, необходимых для использования его в качестве материала покрытия.

Следует отметить, что заявленное изобретение не ограничено частными случаями его реализации, раскрытыми в описании. Возможны также иные формы выполнения рассмотренного способа в объеме приведенных существенных признаков изобретения.

1. Способ получения наноструктурированного полимерного композиционного материала для нанесения покрытий, включающий смешивание полиэтилена и мастербатча монтмориллонита в двухшнековом экструдере при температуре, обеспечивающей плавление полиэтилена, и последующее экструдирование полученного материала, при этом мастербатч получают путем предварительной органомодификации монтмориллонита и его введения в полимер, отличающийся тем, что органомодифицированный монтмориллонит вводят в полимер в количестве 20-40 мас.%, при этом смешивание мастербатча с полиэтиленом осуществляют в двухшнековом экструдере однонаправленного вращения с обеспечением содержания монтмориллонита в получаемом полимерном материале 0,1-2 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что органомодификацию монтмориллонита осуществляют путем его обработки четвертичными аммониевыми солями.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивание полиэтилена и мастербатча осуществляют при температуре 170-200°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на выходе из экструдера осуществляют вакуумную дегазацию экструдируемого материала.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после экструдирования полимерный материал измельчают в гранулы.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к гальванопластике, в частности к электропроводящим термопластичным материалам для изготовления электропроводящих форм. Описан электропроводящий термопластичный материал для гальванопластики, содержащий связующие и электропроводящий наполнитель, где в качестве связующего содержит смесь полиэтиленового воска и парафина в соотношении от 2/1 до 1/3, а в качестве электропроводящего наполнителя графит при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полиэтиленовый воск 10-20, парафин 10-30, графит 60-70.

Изобретение относится к трубам, покрытым полимером. .

Изобретение относится к трубам с полимерным покрытием, более конкретно к металлическим трубам с покрытием, применяемым при высоких температурах эксплуатации. .

Изобретение относится к трубам с покрытием, имеющим слой многомодального полиэтилена, имеющим высокую механическую прочность. .
Изобретение относится к полиэтиленовой формовочной композиции для получения защитных покрытий на трубах. .

Изобретение относится к составам полимерных неотверждающихся холодных композиций и может быть использовано для производства антикоррозионных и гидроизоляционных материалов.

Изобретение относится к кабелю со слоем покрытия, сделанным из отходов. .
Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям для антикоррозионной защиты металлических конструкций и может быть использовано для всех металлических изделий, подвергающихся воздействию агрессивных сред.

Изобретение относится к резинополимерным материалам, производству гидроизоляционных и кровельных материалов и может быть использовано при устройстве кровель из рулонного материала или черепицы при строительстве зданий и сооружений.

Изобретение относится к мембранной технике и технологии, в частности к способам получения композитных материалов на основе катионообменных мембран с полианилином, и может быть использовано в электродиализных аппаратах для процессов концентрирования солевых растворов и разделения многокомпонентных смесей.

Изобретение относится к технологии получения новых волокнистых ионообменных материалов и может быть использовано в гидрометаллургии, для извлечения ионов металлов, очистки сточных и промышленных растворов от токсических ионов металлов.
Изобретение относится к технологии получения хемосорбционных материалов, обладающих высокими защитными свойствами по парам аммиака, которые могут быть предназначены для использования в фильтрующих устройствах средств защиты.
Изобретение относится к получению полигалоидных сильноосновных анионитов гелевой и макропористой структуры, предназначенных для обеззараживания воды в замкнутых экологических объектах, бытовой питьевой воды и воды из непроверенных источников.
Изобретение относится к технологии получения каталитических материалов для очистки сточных вод и газовых выбросов от органических и неорганических компонентов методом жидкофазного окисления, в частности к получению текстильного полимерного катализатора, состоящего из мононитей и комплексных нитей из полиакрилонитрила.
Изобретение относится к способам получения каталитических материалов для очистки сточных вод и газовых выбросов от органических и неорганических компонентов методом жидкофазного окисления.

Изобретение относится к области получения ионообменных волокон со специальными свойствами, которые могут быть использованы в качестве сорбента или как составляющая сорбента для очистки жидких сред, преимущественно природных и сточных вод.
Изобретение относится к области создания недорогих сорбентов волокнистой структуры с использованием отходов промышленного производства. .

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.
Наверх