Способ получения электропроводящих эластомерных металлсодержащих композиций


 


Владельцы патента RU 2541797:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр Российской академии наук (ЮНЦ РАН) (RU)

Изобретение относится к способу получения электропроводящих эластомерных металлсодержащих композиций. Способ включает введение формиата меди в этиленпропиленовый каучук и последующее высокоскоростное термическое разложение формиата меди в каучуке. Процесс разложения формиата меди в каучуке осуществляют в присутствии ПАВ. Кроме того, в состав композиции дополнительно вводят технический углерод и вулканизующую группу, включающую оксид цинка и пероксид. Полученные на основе этиленпропиленового каучука композиции обладают повышенными электропроводящими и прочностными характеристиками и применяются для получения электропроводящих эластомерных и резинотехнических изделий. 1 табл., 1пр.

 

Изобретение относится к способу получения электропроводящих эластомерных модифицированных композиций, применяемых для получения композиционных материалов, обладающих повышенной теплопроводностью, электропроводностью, термостойкостью при высокотемпературных условиях эксплуатации и другими специфическими и уникальными физическими и эксплуатационными свойствами.

Известен способ получения электропроводящих полимерных материалов (Наполнители для полимерных композиционных материалов: справ. пособие / Под ред. Г.С. Каца, Д.В. Милевски.- М.: Химия, 1981 - 575 с., заключающийся в наполнении полимеров металлическими порошками путем их механического смешения с полимерным связующим в определенных весовых пропорциях при их тщательном перемешивании и с последующей переработкой.

Недостатком этого способа является сложность использования металлических порошков высокой степени дисперсности, при этом высокодисперсные порошки металлов быстро окисляются на воздухе, что приводит к снижению их полезных характеристик и ограничивает время хранения и температурные режимы переработки. Кроме того, при использовании грубодисперсных металлических порошков происходит ухудшение деформационно-прочностных характеристик эластомерных композиций.

Известен способ получения электропроводящих эластомерных материалов (Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов A.M. Общая технология резины. - М.: Химия, 1978 - 528 с.; Гуль В.Е., Шенфиль Л.З. Электропроводящие полимерные композиции. - М.: Химия, 1984-240 с.), заключающийся в том, что в состав эластомерной композиции вводят в качестве наполнителей электропроводящий технический углерод и графит.

Недостатком этого способа является необходимость введения высоких дозировок электропроводящего технического углерода и графита, что приводит к увеличению жесткости эластомерной композиции, снижению ее прочностных характеристик и эластичности.

Наиболее близким является способ получения эластомерных металлсодержащих композиционных материалов (Пат. 2470958 РФ, МПК C08K 5/098, C08L 9/00, 27.12.2012), включающий введение металлсодержащих соединений, выбранных из формиатов металлов переменной валентности, в карбоцепной каучук и последующее высокоскоростное термическое разложение металлсодержащих соединений в каучуке при непрерывном перемешивании, обеспечивающем высокие сдвиговые деформации каучука.

Недостатками данного способа является низкая дисперсность образующихся металлических частиц в эластомере, что приводит к низкой электропроводности и неудовлетворительным механическим характеристикам эластомерных композиций.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового способа получения электропроводящих эластомерных композиций с повышенными прочностными характеристиками.

Техническим результатом предлагаемого способа является получение электропроводящих эластомерных композиций на основе этиленпропиленового каучука с повышенными электропроводящими и прочностными характеристиками.

Технический результат достигается тем, что в способе получения электропроводящих эластомерных металлсодержащих композиций на основе этиленпропиленового каучука, включающего введение формиата меди в этиленпропиленовый каучук и последующее высокоскоростное термическое разложение формиата меди в каучуке, при этом процесс разложения формиата меди в каучуке осуществляют в присутствии ПАВ и в состав композиции дополнительно вводят технический углерод и вулканизующую группу, включающую оксид цинка и пероксид, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Каучук этиленпропиленовый 100
Формиат меди 14,9-29,8
ПАВ 2,0
Оксид цинка 3,0
Пероксид 5,0
Технический углерод 70-80

Смесь этиленпропиленового каучука с формиатом меди и поверхностно-активным веществом (ПАВ) готовят на стандартном смесительном оборудовании резиновой промышленности (на вальцах или в резиносмесителе), затем эластомерную композицию прогревают в резиносмесителе с частотой вращения быстроходного ротора не менее 40 об/мин, после этого модифицированную смесь охлаждают до комнатной температуры и вводят в нее на стандартном смесительном оборудовании резиновой промышленности оксид цинка, пероксид и технический углерод.

Сущность изобретения заключается в том, что при нагревании происходит разложение формиата меди с выделением высокодисперсных частиц свободной меди, которые стабилизируются ПАВ.

Введение в эластомерную композицию технического углерода позволяет получить электропроводящие структуры из частиц технического углерода, в которые встроены высокодисперсные частицы меди, которые выступают в качестве доноров свободных электронов, тем самым снижая удельное объемное сопротивление электропроводящей эластомерной композиции.

Высокие сдвиговые деформации каучука, которые возникают в результате перемешивания реакционной среды в течение всего процесса разложения формиата меди, и наличие в реакционной среде ПАВ способствуют образованию высокодисперсных частиц металла и их лучшему диспергированию в эластомерной композиции. Использование высокодисперсных частиц меди в качестве модификатора позволяет повысить физико-механические характеристики эластомерной композиции (что невозможно при использовании грубодисперсных частиц меди микронного размера).

Дополнительное введение в эластомерную композицию вулканизующей группы (оксида цинка и пероксида) позволяет в дальнейшем проводить вулканизацию эластомерной композиции для получения резинотехнических изделий на ее основе.

В предлагаемом способе используют следующие компоненты.

Этиленпропиленовый каучук СКЭПТ-40, содержащий в качестве диенового сополимера дициклопентадиен (ТУ 2294-022-05766801-2002).

В качестве формиата меди используют дигидрат формиата меди Cu(HCOO)2·2H2O (ТУ 6-09-4384-77).

В качестве поверхностно-активного вещества используют кислоту стеариновую (ГОСТ 6484-96). Также могут быть использованы, например, кислота олеиновая, кислота пальмитиновая и другие.

Вулканизующая группа:

вулканизующий агент - бис-третбутилпероксиизопропилбензол марки пероксимон F-40 (импорт); также могут быть использованы, например, пероксид диизопропилбензола, 2,5-ди(третбутилперокси)-2,5-диметилгексан и другие;

активатор вулканизации - оксид цинка (ГОСТ 202-84).

Наполнитель - технический углерод марки П324 (ГОСТ 7885-77). Могут быть использованы и другие марки технического углерода.

Способ получения электропроводящих эластомерных композиций осуществляется следующим образом.

На лабораторных вальцах, например ЛБ 450 225/225, готовится смесь этиленпропиленового каучука с формиатом меди и ПАВ.

Полученная смесь помещается в резиносмеситель, например микросмеситель «Брабендер 0,1». Процесс разложения формиата меди осуществляется при частоте вращения быстроходного ротора 65 об/мин.

Затем полученная композиция извлекается из резиносмесителя и охлаждается до комнатной температуры, после этого в нее вводят на лабораторных вальцах, например ЛБ 450 225/225, оксид цинка, пероксид и технический углерод. Полученная электропроводящая эластомерная металлсодержащая композиция может подвергаться дальнейшей переработке и исследованиям.

Образцы электропроводящей эластомерной металлсодержащей композиции на основе этиленпропилендиенового каучука испытываются по ГОСТ 270-75 «Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении», ГОСТ 263-75 «Резина. Метод определения твердости по Шору А». Значение удельного объемного электрического сопротивления электропроводной эластомерной композиции на основе этиленпропилендиенового каучука определяется потенциометрическим методом (МД 38.105-106-86).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. На лабораторных вальцах готовили смесь 100 г этиленпропиленового каучука с 29,8 г формиата меди Cu(HCOO)2·2H2O и 2 г стеариновой кислоты. Полученную смесь помещали в резиносмеситель и прогревали при непрерывном перемешивании реакционной среды при температуре 190°C в течение 10 минут. Температура поддерживалась с точностью ±1°.

Полученная композиция извлекалась из резиносмесителя и охлаждалась в течение 30 минут до комнатной температуры, при этом содержание высокодисперсных частиц меди в полученной композиции составляло 1,0 об.%.

Затем в полученную композицию на лабораторных вальцах вводили 3 г оксида цинка, 5 г пероксимона F-40 и 70 г технического углерода П324. Из приготовленной эластомерной композиции вулканизовали образцы, обеспечивающие соответствующие испытания. Вулканизация эластомерной композиции производилась при температуре 150°C в течение 60 минут. Свойства образцов, полученных из предлагаемой электропроводящей эластомерной металлсодержащей композиции, приведены в табл.1.

Пример 2. Готовили композицию по примеру 1, за исключением дозировки формиата меди - 14,9 г. При этом содержание высокодисперсных частиц меди в полученной композиции составляло 0,5 об.%. Свойства образцов, полученных из предлагаемой электропроводящей эластомерной металлсодержащей композиции, приведены в табл.1.

Пример 3. Готовили композицию по примеру 1, за исключением дозировки технического углерода П324 - 80 г. Свойства образцов, полученных из предлагаемой электропроводящей эластомерной металлсодержащей композиции, приведены в табл.1.

Пример 4. Готовили композицию по примеру 1, за исключением дозировок формиата меди - 14,9 г и технического углерода П324 - 80 г. Свойства образцов, полученных из предлагаемой электропроводящей эластомерной металлсодержащей композиции, приведены в табл.1.

Готовили контрольные электропроводящие эластомерные композиции без ПАВ и технического углерода.

Пример 5. На лабораторных вальцах готовили смесь 100 г этиленпропиленового каучука с 29,8 г формиата меди Cu(HCOO)2·2H2O. Полученную смесь помещали в резиносмеситель и прогревали при непрерывном перемешивании реакционной среды при температуре 190°C в течение 10 минут. Температура поддерживалась с точностью ±1°. Полученная композиция извлекалась из резиносмесителя и охлаждалась в течение 30 минут до комнатной температуры, при этом содержание высокодисперсных частиц меди в полученной композиции составляло 1,0 об.%.

Таблица 1
Свойства электропроводящих эластомерных композиций.
Наименования показателей по примерам
1 2 3 4 5 (контр.) 6 (контр.) 7 (контр.)
Условная прочность при растяжении, МПа 4,3 6,8 3,7 6,6 0,6 0,8 1,0
Относительное удлинение при разрыве, % 248 240 242 217 128 113 105
Твердость по Шору А, усл. ед. 69 71 68 69 47 52 59
Удельное объемное электрическое сопротивление, ×10-6 Ом·м 0,11 0,34 0,11 0,26 75,1 45,4 7,3

Затем в полученную композицию на лабораторных вальцах вводили вулканизующую группу - 3 г оксида цинка и 5 г пероксимона F-40. Из приготовленной эластомерной композиции вулканизовали образцы, обеспечивающие соответствующие испытания.

Вулканизация эластомерной композиции производилась при температуре 150°C в течение 60 минут. Свойства образцов, полученных из предлагаемой электропроводящей эластомерной металлсодержащей композиции, приведены в табл.1.

Пример 6. Готовили композицию по примеру 5, за исключением дозировки формиата меди - 149 г. При этом содержание высокодисперсных частиц меди в полученной композиции составляло 4,6 об.%. Свойства образцов, полученных из предлагаемой электропроводящей эластомерной металлсодержащей композиции, приведены в табл.1.

Пример 7. Готовили композицию по примеру 5, за исключением дозировки формиата меди - 268,2 г. При этом содержание высокодисперсных частиц меди в полученной композиции составляло 8,0 об.%. Свойства образцов, полученных из предлагаемой электропроводящей эластомерной металлсодержащей композиции, приведены в табл.1.

Как видно из представленных данных, предлагаемые электропроводящие эластомерные металлсодержащие композиции (примеры 1-4) обладают повышенными прочностными характеристиками по сравнению с контрольными эластомерными металлсодержащими композициями (примеры 5-7). При этом удельное объемное электрическое сопротивление композиций по примерам 1-4 ниже, чем у контрольных композиций 5-7 на несколько порядков.

Кроме того, увеличение содержания высокодисперсных частиц меди в контрольной композиции (примеры 6-7), во-первых, не приводит к существенному увеличению прочностных характеристик; во-вторых, увеличение электропроводящих характеристик менее эффективно, чем в предлагаемом способе (примеры 1-4); в-третьих, происходит ухудшение эластических характеристик композиции, что недопустимо для эластомерных материалов.

Из представленных данных видно, что оптимальное содержание высокодисперсных частиц меди в этиленпропиленовом каучуке составляет не более 1,0 об.%, так как дальнейшее увеличение электропроводных частиц (пример 3) не приводит к существенному снижению удельного объемного электрического сопротивления.

Таким образом, заявляемый способ получения электропроводящих эластомерных металлсодержащих композиций позволяет получать электропроводящие эластомерные композиции на основе этиленпропиленового каучука, модифицированного высокодисперсными частицами меди с повышенными электропроводящими и прочностными характеристиками, который можно использовать для разработки электропроводящих резин.

Способ получения электропроводящих эластомерных металлсодержащих композиций на основе этиленпропиленового каучука, включающий введение формиата меди в этиленпропиленовый каучук и последующее высокоскоростное термическое разложение формиата меди в каучуке, отличающийся тем, что процесс разложения формиата меди в каучуке осуществляют в присутствии ПАВ и в состав композиции дополнительно вводят технический углерод и вулканизующую группу, включающую оксид цинка и пероксид, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Каучук этиленпропиленовый 100
Формиат меди 14,9-29,8
ПАВ 2,0
Оксид цинка 3,0
Пероксид 5,0
Технический углерод 70-80



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии получения проводов контактной сети из дисперсионно-твердеющего сплава, а также к самим проводам и может быть, в частности, использовано для высокоскоростного железнодорожного транспорта.
Изобретение относится к толстопленочной микроэлектронике. Алюминиевая паста для кремниевых солнечных элементов включает частицы порошка алюминия, органическое связующее и стеклофритту, причем в пасте используют мелкодисперсный алюминиевый порошок, частицы которого имеют сферическую форму, причем используется сочетание алюминиевых порошков со средним размером частиц D50 не более 3,0 мкм и 4,0-6,0 мкм в соотношении (10:50):(90:50) соответственно, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: алюминиевый порошок 70-80; органическое связующее 15-30; стеклофритта 0-5.

Изобретение относится к повышающим теплопроводность или электропроводность частицам оксида цинка. Частицы представлены следующей формулой (1): ZnMn+ xO1+nx/2 · aH2O (1) где Mn+ означает трехвалентный или четырехвалентный металл, x и a удовлетворяют соотношению 0,002<x<0,05 и 0≤a<0,5, соответственно, n означает валентность металла.

Изобретение относится к способу нанесения состава для покрытия, содержащего углерод в форме углеродных нанотрубок, графенов, фуллеренов или их смеси, и металлические частицы, на субстрат с последующей обработкой под давлением и тепловой обработкой покрытия после нанесения на субстрат.
Изобретение относится к термостойким материалам фосфатного твердения, обладающих высокой электропроводностью, которые могут быть использованы в области электромагнитных, авиационных и космических технологий, а также в строительной отрасли.

Изобретение относится к проводящему материалу для покрытия полов, содержащему электропроводящий противодеформационный слой, включающий проводящие волокна, содержащие стеклянные волокна и углеродные волокна, и к способу его получения.
Заявляемое изобретение относится к области электрической техники, в частности к способам создания электропроводящих слоев, применяемых в широких областях техники, в том числе в электронике или электротехнике, и может быть использовано для создания проводящих соединений в микросхемах.

Данное изобретение относится к электропроводящему тепловыделяющему материалу. Указанный выше электропроводящий тепловыделяющий материал состоит из подложки и электропроводящего тепловыделяющего слоя, практически равномерно нанесенного на указанную выше подложку.
Изобретение может быть использовано для изготовления покрытий, барабанов, вальцев и колес. Способ получения антистатических или электропроводящих деталей из реактопластичных полиуретанов включает примешивание углеродных нанотрубок к соединениям (В), содержащим группы, активные в отношении NCO - групп, и к полиизоцианатам (А), смешение полученных на первой стадии компонентов, нанесение смеси на субстрат или в форму и ее отверждение.

Изобретение относится к электропроводному твердому композиционному материалу, содержащему: твердую матрицу из электроизоляционного материала, и наполнитель из электропроводного материала, где наполнитель включает наночастицы, называемые нитевидными наночастицами, которые имеют: длину, измеряемую в основном направлении удлинения, два размера, называемые ортогональными размерами, располагающиеся в направлениях, пересекающихся и ортогональных друг другу, и ортогональных к основному направлению удлинения, и при этом ортогональные размеры меньше упомянутой длины и составляют менее 500 нм, и два отношения, называемые коэффициентами формы, представляющие собой отношения длины к каждому из двух ортогональных размеров, где коэффициенты формы превышают 50, и при этом нитевидные наночастицы распределены в объеме твердой матрицы в количестве, составляющем менее 10 об.%, в частности менее 5%.

Изобретение относится к сополимеру этилена и альфа-олефина, содержащего от 7 до 12 атомов углерода. Сополимер этилена имеет плотность (D) от 0,900 до 0,940 г/см, индекс расплава MI2 (2,16 кг, 190°С) от 0,01 до 50 г/10 мин, модуль упругости расплава G' (G"=500 Па) от 20 до 150 Па и прочность на разрыв в продольном направлении (MD), которая ≥220 г, прочность на разрыв в поперечном направлении (TD), которая ≥470 г, ударная прочность при испытании падающим заостренным предметом (DDI), которая ≥1800 г, в виде выдувной пленки толщиной 25 мкм, полученной из сополимера.

Изобретение относится к стойким к воздействию ионизирующего излучения полимерным композициям на основе полиолефинов и может быть использовано в производстве волокон и нетканых материалов для изготовления изделий медицинского назначения.

Изобретение относится к полиолефиновой маточной смеси, которая может быть использована для получения полиолефиновых композиций, подходящих для изготовления способом литьевого формования относительно больших изделий.

Изобретение относится к полимерным композициям на основе полиолефинов и может быть использовано в производстве волокон и нетканых материалов для изготовления изделий медицинского назначения.

Изобретение относится к полимерным композициям на основе полиолефинов и может быть использовано в производстве волокон и нетканых материалов для изготовления изделий медицинского назначения.

Изобретение относится к полимерным композициям на основе полиолефинов и может быть использовано в производстве волокон и нетканых материалов для изготовления изделий медицинского назначения.
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 имеет отношение к эластомерному материалу на основе бутилкаучука для корпуса маски фильтрующего противогаза. Эластомерный материал содержит серу в качестве вулканизующего агента, тетраметилтиурамдисульфид (тиурам Д) в качестве активатора вулканизации, оксид цинка в качестве ускорителя вулканизации, 2-меркантобензтиазол (каптакс) в качестве регулятора скорости вулканизации, кислоту стеариновую в качестве пластификатора, а также углерод в качестве порошкового наполнителя, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полиизобутилен в качестве пластифицирующей резиновую смесь технологической добавки, а также в качестве антиоксиданта и стабилизатора крафанил-У, или ацетонанил-Р (бензопиридин) с формулой (C12H15N)n, или нафтам-2, или смесь ацетонанила-Р с 18-28 мас.ч.

Изобретение относится к резиновым композициям. Композиция содержит каучук на диеновой основе и один простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида.

Изобретение относится к резинотехнической, шинной, обувной отраслям промышленности и другим областям техники, в частности к резиновым смесям на основе диеновых или этиленпропиленовых эластомеров, наполненных белой сажей или ее комбинацией с техническим углеродом.
Изобретение относится к резиновым кремнийорганическим смесям повышенной огнестойкости и может применяться для изготовления огнестойких полимерных оболочек высоковольтных электротехнических изделий.
Наверх