Способ получения наполнителя для полимеров

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 295 19) (11) 01 В 33/30, С 1/42 ЕНИ ОЛУЧЕ НИЯ НАПОЛНИТЕЛЯ Р 27оидной химии иДуманскогоАН ТССРич, А.О. ФазмурадоВ. Бондаренко,Сапарова и Х. Гурв олимерных ком Под ред. ски - М.: Хи Изобретение относи способа е т наполнителеи дляет быть использоваермопластических мвысоконаполненныхериалов,о луче ров и сс длякомпоэи нологии получени ционных мат Цель изо ПОВЬШ)ЕНИЕ С и улучше- характени наполнения полим е их физико-механич ис 0 г очищ ений выс П авеску ых вкл м ене глин ого емкость риллонита ена 0,9 мг му. После адку 25 млвносят О, о перемешив отделяют ж шенного монтмо катионного обм водят в Са-Фор приливают к ос рованной воды, 1.С 1, тщателы рез 15-20 мин пере- ки дистилли 22 г солиают и чедкую Фазу ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ВТОРСНОЬЮ СВИДЕТЕЛ 1(71) Институт коллхимии воды им. А.Ви Институт химии(54) СПОСОБ ПДЛЯ ПОЛИМЕРОВ(57) Изобретение касается получениянаполнителей и позволяет повыситьстепень наполнения полимерных материалов и улучшить физико-механические свойства высоконаполненных термопластов. Предложен способ получения наполнителя для термопластов,включающий термообработку алюмосиликатного материала. В качестве исходного материала используютмонтмориллонит, насьпценный катионами кальцияи лития в соотношении 45;55-50:453от емкости катионного обмена, Термообработку проводят при 300-360 ".6 табл,от осадка путем центрифугирования.Полученную пасту отмывают 2-3 раза дистиллированной водой, а затем до- цр водят до воздушно-сухого состояния. С Образец содержит в обменном комплексе катионы Ь и Са в соотношении 50:507. (содержание обменныхкатионов определяют путем вытеснения их из навески 1 г в растворкатионами Ва+ и анализа равновесного раствора на содержание кати.онов кальция и лития с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра ,ВЬ Сф ПА, еИПолученный воздушно-сухой образец монтмориллонита в 1,-Са-формепомещают в муфельную печь, нагревают при скорости 5-10 /мин до 340 Си выдерживают при этой температуре3 1495291,5 ч, Охлажденный до комнатной темФпературы образец используют дляприготовления полимерных композиций.Физико-механические характеристи 5ки полученного полимерного материала,содержащего 45 мас,% наполнителя,следующие; предел прочности на разрыв 40,8 МПа; удельная ударная вязкость 55, 4 кДжм; удлинение при 10разрыве 7, 17; показатель текучестирасплава 4,5 г 10 мин.Все остальные образцы наполнителя,соответствующие по соотношению катионов Са:1. и по режиму термообработки предлагаемой и запредельнойобластям, готовят таким же образом,.изменяя навеску добавляемой к монтморнллониту соли ЕС 1 и температурупрогрева наполнителя в муфельной печи. В табл. 1 указаны количествасоли ЬС 1,. необходимые для получения10 г образца монтмориллонита с различным соотношением катионов Са+ иЬх+ в обменном комплексе. 25Сравнительные испытания наполнителей проводят с использованием полиэтилена низкого давления (ПЭНД) марки 20908-040, Известный наполнитель -каолин сухого обогащения, На основе 30ПЗНД и каолина приготавливают порошкообразные композиции, в состав которых вводят 2% (к массе наполнителя)диспергирующей добавки стеарата кальция и 0,57 (к массе полимера) термостабилизатора диафена (И,И -дифенилп-фенилен-диамин).Приготовленные композиции содержат 10,20,30 и 40 мас,% каолина,прокаленного при С = 600 С. 40В табл. 2 представлены физикомеханические характеристики композиций, полученных с наполнителем,синтезированным по известному способу, 45Для оценки Физико-механическихсвойств полимерных композиций, вклю"чающих в свой состав наполнитель,полученный по предлагаемому способу,получают и исследуют полимерные материалы, также на основе ПЭНД20908-040. Состав приготовленныхкомпозиций представлены в табл.3.В табл. 4 и 5 приведены результаты определения физико-механическихсвойств ПЗНД, наполненного предлагаемым наполнителем, Из. данных, нриведенных в табл, 4 и 5 следует, чтомаксимальные показатели по пределу 5 4прочности на разрыв, удельной ударной вязкости и удлинению при разрыве имеют композиции с включением45 мас.7. предлагаемого наполнителя,Показатель текучести расплава (ПТР)остается при этом на уровне, несколько превышающем ПТР композиций, включающих прокаленный каолинит. Привозрастании степени наполнения ПЗНДмонтмориллонитовым наполнителем до50 мас,7 Физико-механические характеристики композиций в ряде случаеввсе еще выше (табл. 4, колонки 111,17, 7, примеры 4,9 и 14), чем уаналогичных композиций с каолинитомпри оптимальной (20 мас.7) степенинаполнения (известный способ). Дальнейшее повышение степени наполнения(60 мас,%) резко ухудшает свойстванаполненных композиций. Влияние соотношения количеств катионов Са и1 Л , насыщающих катионообменный комплекс монтмориллонита, на Физикомеханические свойства наполненногоПЭНД отражено в табл. 4 И = 34 бС,1,5 ч),Как видно из табл. 4 предлагаемыеинтервалы насыщения монтмориплонитакатионами Са и Ьх + от 55:45 до45:55 процент от емкости обмена)выбраны из условий, обеспечивающихполучение наполненных полимерных композиций, которые по совокупностифизико-механических показателей превосходят аналогичные композиции,наполненные каолинитом (табл. 2),Увеличение соотношения Са;И выше предлагаемого предела (60:40) иснижение его ниже предлагаемого предела (40:60) ведет к ухудрению основных Физико-механических свойствполимерной композиции: снижаетсяпредел прочности на разрыв (колонки11,. 17, примеры 1-5) и удлинениепри разрыве (колонки 11, 17, примеры11-15), В запредельной области соотношений Са;Ь 1 указанные характеристики композиций, полученных с применением предлагаемого наполнителя,не превышают показателей дпя ПЭНД,наполненного аналогичным каолинитовым наполнителем (табл. 2). Хотяудельная ударная вязкость и показатель текучести композиций с предлагаемым наполнителем в запредельнойобласти соотношении ионов Саф и Ь 1несколько вышее, чем при применениикаолинитового наполнителя (капонкиЗначения показателей для примера2Показатели 3 4 5 Соотношение катионовСа:И (процент кемкости обмена)Количество ИС 1, г 45:55 0,756 60:40 0,663 40:60 0,788 50:50 0,722 55;45 0,693 Таблица 2 Степень наполнения, мас.7. Предел прочности наразрыв, МПа Удлинение при разрыве, 7. Удельнаяударнаявязкость,кДж/м Показательте куче стирасплава,г/10 мин 22-30 200-800 5-15 Не разрушается37,338,635,435,0 5,4 5,5 5,2 5,0 4,3 4,1 3,9 3,6 32,3 33,6 31,4 30,1 10 20 30 40 5 149529 11, ЧТ, примеры 6-10, 16-20), одна - ко резкое снижение предела прочности на разрыв и удлинения при разрыве указывает на ухудшение наиболее5 важных прочностных характеристик материала.Замена всех обменных катионов монтмориллонита на катионы одного типа (кальций или литий) не приводит к получению наполнителя, обеспечивающего высокие эксплуатационные характеристики (по совокупности физико-механических свойств) высоконаполненных полимерных композиций. 15Физико-механические свойства композиций в зависимости от температуры прогреса Са;Ь-монтмориллонита (при Са;Е 1 = 50;50, 2 = 2 ч) представлены в табл. 5. 20Предлагаемый интервал температуро прогрева монтмориллонита (300-360 С) выбран иэ условий, обеспечивающих более высокие физико-механические . свойства (по совокупности всех основных физико-механических покааателей) наполненных композиций по сравнению с аналогичными композициями, включающими термообработанный каолииит. При переходе в область тем ператур выше 380 и ниже 280 ухудшаются прочностные и реологические характеристики наполненной пластической массы. Так, с возрастанием 56температуры прогрева наполнителя выше 360 С отмечается резкое снижение прочности полимерного материала на разрыв и удлинение при разрыве, обусловленные агрегированием пластинок минерала и снижением площади их контакта с матрицей полимера. Снижение температуры прогрева ниже предлагаемого температурного интервала также не дает возможности получить полимерную композицию с удовлетворительными технологическими свойствами.Улучшение свойств композиций ПЭНД с наполнителем, приготовленным по предлагаемому способу, по сравнению с аналогичными композициями с каолинитовым наполнителем, полученным по известному способу, отражено в табл. 6. формула изобретенияСпособ получения наполнителя для полимеров, включающий термообработку глинистого материала, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения степени наполнения полимеров и улучшения их физико-механических характеристик, термообработке подвергают Са, Е 1-форму монтмориллонита, при содержании лития в обменном комплексе 45-553 от емкости катионного обмена, термообработку ведут при 300-360 С.1Таблица 11495295 Т аблица 3 ПроцентнаполнеКоличествонаполнителя,г Количество Количествостабилизатора, г Количествовводимогополимера,г стеарата кальция,. 20 35 45 50 60 65 Я 5."О 20 35 45 50 60 0,4 0,7 0,9 1,0 1,2 0,40,3250,2750,250,20 Таблица 4 Соотношение СаЛЛ Пример Степеньнапол 45;55 40 фбО 0:100 Ч . 71 Ч 114,4 4,9 4,84,3 4,8 5,2 5,6 5,3 4,7 мин 5,4 5,1 4,6 4,2 3,7 5 ь 5 5,0 4,5 4,1 3,7 16 2017 35 18 45 19 50 20 60 Предел прочности на разрыв, МПа 23,9 29,2 33,835,8 33,9 24,5 30,7 34,9 37,6 35,2 27,4 32,3 36,0 40,8 37,4 26,6 31,7 35,3 40,6 37,0 25,3 30,2 32,1 33,9 33,4 Удельная ударная вязкость, кДж/и 35,8 39,2 44, 6 50,0 44,2 37,2 42,0 46,4 52,1 47,0 41,4 43,4 47,7 55,4 48,4 40 2 42 9 45 9 54 1 47 7 37,5 40,3 42, 1 46,7 44,9 Удлиненеие при разръвеь Х 4 ь 8 5 ь 1 5 ь 2 5 ь 5 5 ь 2 4,9 5,2 5,5 6,0 5,7 5,1 5,6 6,6 7,1 6,4 5 ьО 5 ь 4 бь 1 бь 9 бь 2 41 43 50 55 51 Показатель текучести расплава, г/10 5,5 5,6 5,6 5;6 5,6 4,9 5,0 5,0 5,0 5,0 4 ь 5 4 б 4 ь 5 4 ь 5 4 ь 5 4,3 4,3 4,2 4,2 4,2 3,6 3,6 3,8 3,7 3,710 1495295 1 Таблица 5 Температура прогрева наполнителя, С При 1мер Степеньнаполне 280 300 ния,мас. 7. 320 340 380 Предел 31,0 31,5 32,0 31,3 28,2 прочности на разрыв, 33,7 34,1 33,9 35,3 34,8 36,9 33,5 35,8 29,9 32,7 20 35 45 50 60 30,7 31,2 32,6 31,2 29,1 33,1 34,3 35,8 35,0 32,4 Удельная ударная 41,9 44,8 434 476 46,7 50,9 46,2 51,2 39,8 41,3 вязкость, 46,5 50,1 53,3 52,6 44,2 6 7 8 9 10 20 35 45 50 60 47,649,7,51,450,744,8 437 45,2 44,2 43,0 41,3 разрыве, 75,4 5,8 6,6 5,4 5,3 Удлинение при 4,7 5,2 5,2 55 5,5 5,9 5,3 5,9 4,7 5,1 5,0 5,6 6,2 6,1 5,3 20 35 45 50 60 11 12 13 14 15 4,6 5,3 5,4 5,2 4,8 5,5 6,0 7,16,9 5,5Показатель текучести расплава, г/10 5,7 5,6 5,6 5,6 5,0 5,0 5,0 5,0 4,4 4,5 4,5 4,5 4,1 . 4,2 4,2 4,2 3,6 3,6 3,7 3,7 мин5,5 5,0 4,5 4,2 3,7 5,5 4,9 4,6 4,2 3,7 20 35 45 50 60 16 17 18 19 20 Таблица 6 УдельнаяударнаявязкостькДж/м 2 Пределпрочностина разрывМПа Удлинениепри разрыве, Е Показательтекучестирасплава.г/10 мин Наsолнитель 56 3 тель Т, ЧиликинаА.Кравчук КорректорМ,Насилье СоставТехре Редактор Н, Яцол аказ 4204/2 Тираж 43 Подписное и ГКНТ СССР енного комитета по изобретениям 13035, Москва, Ж, Раушская на Государс открытия д. 4/5 ронзводственно-нздательский комбинат "Патент", г,Ужгород агарина, 101 Известный (20 мас.7. прогрев при= 600 С)Предлагаемый (45 мас.7.,С = 340 С, = 1,5 ч,Са:Ь 1 = 50:50Процент улучшенияпоказателя МПа 35,8 37,6 40,8 40,6 33,9 кДж/м 50,0 52,1 55,4 54,1 46,7