Полимерная композиция на основе полипропилена

 

В.Е.Гуль, Е.Г.Любешкина, В.И.Березкин, М.B.;Ôéäéé O.М.Звягин и М.Л.Фридман :;А-" 3, . .. .« . ! ! "; „ Д 4 ", а

Московский технологический институт йяснофц ь -.;; г т;-;; и молочной промьпиленности

Ф (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель. (54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ

ПОЛИПРОПИЛЕНА

Изобретение относится к термопластичной морозостойкой композиции на основе полипропилена, содержащей > жидкий или низкомолекулярный пластификатор, которая может быть использована для переработки экструзией, литьем под давлением и другими методами в изделия различного назначения,в том числе в качестве тароупаковочного материала.

Известны морозостойкие композиции на основе полипропилена, содер" жащие в качестве пластификаторов каучуки-силоксановые (СКТ), винилсилоксановые (СКТВ-l, СКТВ-2, СКТФВ-803), фенилсилоксановые (СКТВМФ), в количестве до lO мас.7 названных каучуков (1 ).

Недостатками таких композиций являются ограниченная совместимость указанных пластификаторов с полимером, трудность их введения и низкие физико-механические свойства.

Известны композиции на основе полипропилена, содержащие стабилизатор, высокомолекулярный диметилсилоксановый каучук в количестве 5-30Х. от веса полипропилена (2).

В полимерной композиции 13), со" держащей полипропилен, в качестве добавки использован метилвинилси" локсановый каучук в следующем cooT— ношении, мас.Х!

Полипропнлен 70-95

Метилвинилсилоксановый каучук 5-30

Недостатками этой полимерной композиции являются низкие физикомеханические показатели, низкая морозостойкость, использование спе— цифического оборудования (вальцы) нетипичного для технологии переработки пластмасс, что влечет применение дополнительных операций и повы— шение энергозатрат.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигае"

854957

35

2S

О, 1-0 15

8-10

55 мому эффекту является полимерная композиция на основе полипропилена, содержащая щелочной сульфатный лигнин и.жидкий пластификатор-диоктилсебацинат $4).

Недостатком данной композиции. является то, что в процессе эксплуатации происходит снижение физикомеханических характеристик материала вследствие миграции низкомЪлекулярного пластификатора диоктилсебацината (ДОС ) из полимерной Композиции.

Цель изобретения — повышение проч ностных и эксплуатационных характеристик композиции.

Укаэанная цель достигается тем, что полимерная композиция на основе полипропилена, содержащая щелочной сульфатный лигнин и жидкий плас" тификатор, в качестве последнего содержит диоктилсебацинат или низко" молекулярный диметилсилоксановый каучук и дополвительно пиметакрилат триэтиленгликоля и полиэтилсилокса" новую жидкость при следующем соотно. шении компонентов, вес.ч.:

Полипропилен !00

Диметакрилат триэтиленгликоля 5-7

Щелочной сульфатный лигнин 1,5-2,5

Полиэтилсилоксановая жидкость

Диоктилсебацинат или низкомолекулярный диметилсилоксановый каучук 2-5

Основной модифицирующий агентщелочной сульфатный лигнин, атносится к классу лигнинных веществ, составляющих клеточные стенки растительных тканей, и представляет собой сложное полимерное полифункциональное соединение аморфного типа, построенное из структурных звеньев, содержащих различные типы химических структур, которыВ зависят как от вида древесины, так и от способа ее выделения, Щелочной сульфатный лигнин получают при переработке древесины сульфатным способом и выделяют из полуупаренного черного щелока.

Модифицирующее влияние лигнина при введении его в полипропилен проявляется в увеличении прочности, твердости, термостабильности материала, также значительном увеличении морозостойкости (при введении низкоф молекулярных илй жидких каучукоподобных пластификаторов) беэ изменения его физико-механических показателей за счет стабилизации структуры, заключающейся в ограничении подвижности линейных цепей базового поли" мера и его надмолекулярных образований при течении в процессе переработки. Модифицирующее влияние лцгния на интенсивнее всего проявляется при оптимальном его содержании фугас.272

Ниэкомолекулярный кремнийарганический каучук диметилсилоксанового типа марки СКТН-А представляет собой жидкий вязкий продукт, не содержащий растворителей и отверждающийся при комнатной температуре. Введение

СКТН-А в полимеры придает композицию. ям ряд ценных технических свойств1 работоспособность в широком интер.вале температур от йийус 60 до

+300 С, высокую гидрофобность в воде, хорошие диэлектрические свойства, сохраняющиеся при действии высоких температур во влажной атмосфере, стойкость к действию грибков и микроорганизмов, полную физиологическую инертность.

Триэтиленгликаль, метакриловая кислота (ТГМ-З), представляет собой

-олигомерный сложный эфир диметакрилат триэтиленгликоля. ТГМ-3 хорошо совмещается с различными высокомолекулярными соединениями (пластмассами, синтетическими каучуками и т.д.), образуя материалы, обладающие ценными свойствами.

Модификация.при введении ТГМ-3 в базовый полимер осуществляется за счет сополимеризации и хорошего совмещения с высокомолекулярными соединеняии, что сопровождается улучшением технологических и физи:ко-механических свойств получаемых модифицированных материалов. При этом

ТГМ-3 играет роль "реакционноспособного пластификатора", облегчающего переработку термопласта, и спо собствует созданию в процессе формования изделия определенной хими- ческой и физической структуры, обепечивающий улучшение технологических и физико-механических свойств полимерного материала. .При сочетании с другими пластификаторами возможно проявление

854957

$ — 0 -gi, — d2Hg

l 2НЬ вЂ” 0- $i—

Т а б л я ц а 1

Пример

Компоненты

Полипропилеи

85,85

84,90 80,85 90,90 с

Щелочный сульфатный лигнин

2,0

2,0 2,0.

2 0 инергического эффекта. Установлено, что оптимальное содержание вводимой добавки 5 7 мас.X.

Пределы допустимьп температур экс;плуатации этой жидкости от минус бО до + 145 C, она обладает высокой термостойкостью и низкой температурой застывания.

Введение незначительного количества(ПЭС-5Р 0,15Х в полинропилен приводит к резкому (в l,5-2 раза) снижению эффективной резкости, что улучшает перерабатываемость композиции, т.е. позволяет при той же потребляемой мощности двигателя снизить температуру переработки на

l5-20Х, что равносильно увеличению производительности при тех же энергозатратах приблизительно на 20Х.

Технологический процесс производства изделий из предлагаемы композиций морозостойких полипропиленов с использованием жидких и низкомолекулярных каучуков состоит из следующих операций: смешениявсех исхоДных компонентов в оптимальных соотношениях набыстроходном смесителе флюидного типа; зкструдирования (грануляция) полученной порошкообразной смеси на двухшнековом экструдере-грануляторе с относительной длиной шнека )2,5 дм; полу-, чения литьевых изделий из гранул морозостойких композиций полипропилена на термопластавтоматах.

В быстроходную ступень смесителя загружают компоненты в соответ4

Полиэтиленснлоксановая жидкость (ПЭС-57.представляет собой линейный продукт следующего строения ствии с рецептурой. Вначале загружают порошкообразные компоненты (полипропипен, стабилизаторы, щепоч15 ной сульфатный.лигнин). Затем при работающем смесителе вводят низкомолекуляриый кремнийорганический каучук СКТН-А или низкомолекулярный пластификатор ДОС и в смесь разбрыз20 гивают силиконовую жидкость и олиго" эфиракрилат, который служит "реакционноспасобным пластификатором",облегчающим переработку термопластов, Ф а также способствует в процессе фор25 мования созданию сетчатой структуры в полимере.

Иодифицирование вязкостных свойств расплавов полипропиленов обеспечивается введением небольших количеств

30 кремнийоргаиических олигомерных соединений, например полиэтиленсилоксановой жидкости — ПЭС-5, причем эффек» тивность влияния этих добавок зависит. от способа их введения.

Подготовленная смесь поступает в основной агрегат - граиулятор, предназначенный для уплотнения, пластификации и гомогенизации ингре-. диентов композиции с последующим

Ю выдавливанием прутка через формую. щую фильеру. Hs полученных гранул на личьевой машине получают различные изделия.

Составы композиций представлены в. табл.l.

854957

Проаолжение табл, 1.

Х L

Компоненты

1 2. 3 4

Диоктилсебацинат

8 0

10,0

Низкомолекулярный силиконовый каучук

СКТН-А

2,0

5,0

Олигозфириракрилат, ТГМ-3

7,0

7,0 5,0

5,0

0,15

0,10 0,15 0,1

Для сопоставления готовят известные композиции, содержащие мас.Х: полипропилен 90,0Х, щелочный сульфат. ный лигнин 2,0 и диоктилсебацината (ки .озиция 5} 8 О, а также 95 ОХ полипропилена и 5,0Х (композиция 6 ) силиконового каучука СКТВ, который представляет собой высокомолекулярный кремнийорганический каучук с мол.вес. 400000 и выше.

Указанные композиции готовят следующим образом.

Порошкообразные ингредиенты подают в сухой формосмеситель флюид-. ного типа, который представляет собой конусный сварной аппарат с полированной внутренней поверхностью и герметически закрывающейся крышкой. Конструкция смесителя обеспечивает высококачественное смешение . полипропилена с ингредиентами при высокой интенсивности процесса.

На этой же стадии при работающем смесителе вводят жидкие добавки: пластификаторы (ДОС или CKTH-А), а также разбрызгивают в смесь силиконовую жидкость ПЭС-5 и олигоэфнакрилат типа ТГМ-3. Приготовленный в формосмесителе концентрат и основную порцию полипропилена подают в блок основного смешения, представ ляющий собой комбинацию двух универсальных скоростных смесителей: горячего (флюидного) типа или фирмы

"Хеншель" и холодного. В горячем смесителе происходит интенсивное перемешивание порошкообразной массы с жидкими добавками.

Температура подачи материала, С

Время перемеаивания в горячем смесителе,мин

70 — 80

5- 7

Полиэтилсилоксановая жидкость ПЭС-5

После горячего смесителя материал перегружают в смеситель с охлаждением. В этом смесителе происходит охлаждение материала,что позволяет получать крупнозернистую форму сырья, обладающую повышенной насыпной массой (0,4-0,5 кг/л).

Охлаждение порошкообразного полипропилена предотвращает также возможность его термической деструкции и значительно улучшает захват материала шнеком в зоне загрузки экструдера.

Иэ блока основного смешения смесь поступает в предбункер над, экструдером, а затем в загрузочное устройство двухчервячного экструдера фирмы "Ангер" А2-120, который обеспечивает уплотнение, пластификацию, расплавление, гомогениэацию и выдавливание его через фильеру, формующув жгуты. Агрегат А2-120 работает по принципу горячей грануляции: по плоскости фильеры движется быстро4 вращавярФйся нож, ось вращения которого параллельна оси экструдера. Ножразрезает жгут на гранулы, которые должны. быть монолитными и одинакового размера.

S0

Грануляцив осуществлят при следующих технологических режимах (для гранулятора Л2-120 фирмы "Ангер">:

854957

Температура по зонам экструдера

А2 120оС

2

3 .

210 ,2!0-220 220-230

230-240

240 - 250

250 - 260

260 — 270

6

Частота вращения шнека, мин "

20- 60

Таблица 2

Компо Разрушаюзиции щее напря жение при разрыве

МН/м

Теплостойкость по

Вика, С

Уфарная вязкость кДж/м

Иорозостойкость

С тносительное длинение при аэливе, Ж

-45

98 0

6 5

"50

97,0

6,8

1050,0

950,0

1000,0

2 33,0

3 25,0

4 24,0

89,0

4,3

87,-0

-50

4,5

-32+-35

"30+-35

87,0

6655

89,0

Температура охлаждающей воды для гранулята,оС 50- - 60

Температура масла в экструдере,оС 50

PasMep гранул в 3 — 5

I любом направлении мм

1 35,0 1050,0

5 30,0-32,0 950,0

6 26,0-28,0 550,0

Как видно из приведенных данных. предлагаемая композиция на основе полипропилена является морозостойкой что достигается введением в базовый полимер модифицирующих добавок, обладающих синергическим эффектом.

Данная композиция может быть ис пользована для тароупаковочных целей и получена по традиционной для технологии переработки пластмасс схеме без использования приемов, применяемых в производстве резиноl0

Из полученных гранул готовят образцы для физико-механических испыта- ний по стандартнья методикам. Литье образцов осуществляют на машине"Куа : сн-32" при соответствующих режимах..

В качестве основных показателей свойств выбраны: разрушающее напряжение и относительное удлинение прн разрыве, которые определяют на разрыв10 ной машине РИИ-250 согласно ГОСТ

11262-76, ударная вязкость по . методике Диистад (РОСТ 14235-697 на образцах с надрезом, теплостойкость

s воздушной среде по Вика (при нагрузке 5 кг по ГОСТ 15065-697 и морозостойкость, оцениваемую по температуре хрупкости при изгибе согласно ИРТУ 605-1 105-67;

Свойства предлагаемых и известных морозостойких композиций на основе полипропйлейа сопоставлены в табл.2. технических изделий (вальцевания, а также растворителей для облегчения перерабатываемости), что значительно снижает энергозатраты и трудоемкость процесса. Это сопровождается повышением физико-механических и эксплуатационных характеристик материала и изделий на его основе.

Формула изобретения

Полимерная, композиция на основе полипропилена, содержащая щелочной

854957

8-10

Диоктилсебацинат или низкомолекулярный днметилснлоксановый каучук

2-5

1 5-2,5

О,l-0,15

Составитель А. Йулакеэа

Редактор М.Недолуженко Техред А. Ач Корректор Г. Реаетиик

Заказ 6826/34 . Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Мйа

Фижал ППП "Патент", г. Ужгород; ул. Проектная, 4

l1 сульфатный лигнин и жидкий пластификатор, о т л и ч а 1о щ а я с я тем, что, с целью повышения йрочности;й ; эксплуатационных характеристик, в качестве пластификатора она содержит диоктнлсеб ацинат нли низкомолекулярный диметилсилоксановый каучук и дополнительно диметакрилат триэтилен гликоля и полнэтилснлоксановув жид" кость при следующем соотношении компонентов, вес.ч.

Полипропилен 190

Днметакрилат триэтиленгликоля 5-7

Щелочный сульфатный лигниц

Полиэтилсилоксановая жидкость

Источники информации, ° принятые во внимание прн экспертизе

1. Иванюков Д.В., Фридман М.Л.

Полипропилен. М, "Химия", 1974, 10 с.270.

2. Авторское свидетельство СССР

В 455124, кл. С 08 1 23/12, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР и 9 49l660, кл. 0 08 1.-23/12, 1973.

4. Иванюков Д.В., фридман М.6.

Полипропилен. М. ° "Химия", 1974, с.259 (прототип).