Способ получения наполненной композиции

(пр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЫ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт полимерных маталов н научно-производственное объединение "Норпласт"(54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПОЛНЕННОЙ КОМПОЗИЦИИ на основе полиолефИна, включающий измельчение наполнителя, его термообработку и смешениес полиолефином, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощенияспособа и снижения энергетическихзатрат на егоосуществление, наполнитель сначала термообрабатывают досодержания влаги,О, 1-0,006 мас .Х,азатем измельчают до увеличения удельной поверхности в 5-250 раз,причемвсе операции способа осуществляютпри 60-1,0 С.10 Изобретение относится к композиционным полимерным материалам и может быть использовано при получении наполненных полимерных композиций. 5Известен способ получения наполненных полимерных композиций, при осуществлении которого высушенный наполнитель определенного гранулометрического состава смешивают с порошком либо расплавом полимера и затем смесь подвергают грануляции И 3 .Недостатком этого способа является то, что высушенный наполни- тель в процессе транспортировки в смеситель вступает в контакт с атмосферой. При этом его влажность увеличйвается до равновесной с влажностью воздуха. Сорбированная 20 на поверхности частиц наполнителя влага при смешении его с полимером полностью не удаляется даже в процессе смешения наполнителя с расплавом полимера и, оставаясь на 25 поверхности частиц наполнителя, препятствует контакту полимера с напол- нителем. В результате физйко-механические свойства наполненной композиции, такие как прочность и удельная 30 ударная вязкость, резко ухудшаются.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ получения наполненной компози-З 5 ции на основе полиолефинов, включающий измельчение наполнителя, его термообработку, подачу в смеситель и смешение с полиолефином.В этом способе измельченный наполнитель перед введением в термопласт сушат при температуре около 200 С и давлении 1 торр (133 Па) и смешивают с термопластом при 60-165 С и при давлении 1 торр Г 21.45Недостатком этого способа получения полимерной композиции из наполнителя и термопласта являются большие затраты энергии при сушке наполнителя. Эти затраты обусловлены тем, 50 что для наполнения пластмасс, в частности термопластов, используют наполнители с размером частиц 30- О, 1 мкм., Частицы такого размера имеют удельную поверхность О, 1- 55 30 м/г и, следовательно, могут сорбировать значительное количество влаги. Цель изобретения " снижение энергетических затрат и упрощение процесса при сохранении высоких физико- механических показателей композиЪ цииУказанная цель достигается тем, что согласно способу получения наполненной композиции на основе полиолефина, включающему измельчение наполнителя, его термообработку и смешение с полиолефином,наполни- тель сначала термообрабатывают до содержания влаги О, 1-0,006 мас.7,а затем измельчают до увеличения удельной поверхности в 5-250 раз и процесс осуществляют при 60-110 С.Снижение энергетических затрат при использовании предлагаемого способа обусловлено тем, что основная часть энергии при сушке тратится на удаление влаги, тесно связанной с поверхностью наполнителя, т.е. адсорбционной пленки, состоящей из нескольких мономолекулярных слоев.Большая часть влаги может быть удалена механическими способами (отжим, центрифугирование и т.д.) либо выдерживанием в атмосфере воздуха с влажностью менее 703. Этиспособы не требуют больших затрат энергии. Остающаяся влага адсорбирована на поверхности и может быть удалена только в результате испарения, что связано с большими энергетическими затратами. Количество адсорбированной влаги пропорционально площади поверхности наполнителя. Поэтому затраты энергии на сушку резко возрастают с уменьшением размеров частиц наполнителя, При использовании предлагаемого способапроизводится сушка неизмельченного(крупного) наполнителя, а измельчение, транспортировка и смешение производится в условиях, исключающихобразование адсорбционной пленкина вновь образованной поверхности,Характеристики использованныхнаполнителей, режимы их сушки иэнергетические затраты приведеныв табл,1. Физико-механические показатели композиций, полученных с использованием предлагаемого способа и прототипа, приведены в табл.2.П р и м е р 1. Кварц-силикатный наполнитель со средниьФ размером частиц 570 мкм, удельной поверхностью1113 390 360 см /г,рассчитанной по размеру частиц, и исходной влажностью 0,05 мас.7. в количестве 10 кг нагревают в барабанной сушилке доо60 С, транспортируют в измельчающее устройство (дезинтегратор), измельчают до увеличения поверхности в 250 раэ (средний размер частиц 7,8 мкм) и смешивают с 15 кг порошка полиэтилена в быстроходном сме- О сителе.В процессе транспортировки, измельчения и смешения температуру контролируют и поддерживают равной 60 С. Затем полученную смесь дози руют в двухчервячный смеситель и гранулируют.П р и м е р 2, Кварц, тот же, что и в примере 1, сушат в барабанной сушилке при 110 фС до остаточной 20 влажности 0,006 мас.7 и при этой же температуре измельчают, смешивают с порошком полиэтилена и дозируют в двухчервячный смеситель, где смешивают. с расплавом полимера и гранули руют как и в примере 1.П р и м е р 3. Кварцевый песок со средним размером частиц 80 мкм, удельной поверхностью 2400 см /г и начальной влажностью 0,2 мас.7 в количестве 10 кг сушат при 110 фС до остаточной влажности 0,05 мас.Х, транспортируют в дезинтегратор при 110 ОС ы измельчают до среднего размера частиц 7,8 мкм, удельная по 35 верхность при этом увеличивается до 14800 см /г, Затем, как и в примере 1, его смешивают с 15 кг полимера и гранулируют.П р и м е р 4 . Кварц, тот же, что и в примере 1, измельчают при комнатной температуре в дезинтеграторе до среднего размера частиц 7,8 мкм (удельная поверхность 1,48 м /г), засыпают в крафтмешок и 45 выдерживают сутки в закрытом помещении при комнатной температуре.Полученный таким образом кварцевый порошок имеет влажность 1,12 мас.7 Этот порошок в количестве 5 Э 10 кг сушат при 110 фС до остаточной влажности 0,257., Затем при этой же температуре смешивают с 15 кг порошка полимера и далее проводят операции, описанные в примере 1. 55П р и м е р 5. Кварцевый порошок с удельной поверхностью 1,48 м 2 /г и влажностью 1,12 мас.7., полученный 4как в примере 4, сушат в вакууме при 200 ОС до остаточной влажности 0,005 мас.Х и затем дозируют при этой же температуре во вторую зону загрузки двухчервячного экструдера. При этом в первую зону загрузки дозируют высушенный гранулированный полимер. В результате на выходе экструдера получают композицию, содержащую 40 мас.Х накопителя и 60 мас.й полимера. Из гранул полученной композиции готовят образцы,В примерах 6, 7, 8, 9 и 1 О вместокварца используют карбонатный наполнитель - кальцит .Эти примеры анзлогичны примерам 1, 2, 3, 4 и 5 соответственно. В качестве полимера используют полипропилен.Сравнение физико-механическиххарактеристик композиций, полученныхпо прототипу (примеры 5 и 10), сконтрольными примерами (4 и 9) показывает, что использование глубокойвакуумной сушки позволяет значительноулучшить свойства композиций. Особенно существенно увеличение относительного удлинения при разрыве и удель-ной ударной вязкости. В контрольныхпримерах, где используют предварительно измельченные наполнители иобычно применяемьнЪ режим сушки, влажность остается науровне 0,25-0, 3 мас.Х,что приводит к ухудшению физико-механическиххарактеристик композиций,Применение предлагаемого способапозволяет получить композиции сулучшенными свойствами. Это видно иэсравнения физико.-механических характеристик композиций по примерам 2и 3 с контрольным примером 4 и соответственно примеров 7 и 8 с приором9. Свойства композиций по примерам 2, 3 и 7, 8 практически неотличаются от свойств композиций,полученных по прототипу (примеры 5и 10), несмотря на то, что конечнаявлажность наполнителя в примерах3, 7, 8 вьапе, чем влажность наполнителя, полученного по способу прототипа (примеры 5 и 10) . Этому неожиданному факту трудно дать однозначное объяснение, но практическаяважность его несомненна, так какпоявляется дополнительная возможность уменьшения затрат на сушку.При использовании крупного наполнителя с малой удельной поверхностью (примеры 1 и 6) исходная1113390 О Та блица 1 Удельная поСредний размер частиц,мкм Наполнитель Измельчение досушки Пример, В ИсходВлажность после сушки при100 Смас.7. ная верхность см /г ность, мас.7570 60 0,05 570 60 0,05 0,006 Кварц (силикатвлажность достаточно низка и предлагаемый способ позволяет устранитьстадию сушки. Если операции измельчения, последующей транспортировкии смешения осуществляют при температуре выше 60 С, то получаемыекомпозиции имеют физико-механическиесвойства, близкие к свойствам композиций, полученных по прототипу.Это видно из сравнения данныхтабл.2 для примера 1 с примером 5и для примера 6 с примером 10. Для анализа энергетических затрат табл, 1 представлена в форме, отражаю щей последовательность технологических операций. Из табл.1 видно, что основное отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в изменении последовательности техно логических операций и условий сушки наполнителя. Дополнительные затраты по предлагаемому способу, связанные с необходимостью нагревания наполнителя, его транспортировки и смеше ния с полимером при повышенной температуре, незначительны, что видно из примеров 1 и 6 в табл.1 и из описания примера 1. В примерах 2, 3, 4 и соответственно 7, 8, 9 приведенные в табл.1 энергозатраты включают затраты энергии на сушку наполнителя и дополнительные затраты. Как видно из сопоставления энергозатрат по примерам 1, 2, 3 с примером 5 и по примерам 6, 7, 8 с примером 10, пред 35 лагаемый способ позволяет достичь значительной. экономии энергозатрат по сравнению с прототипом.Упрощение технологического процес- са является следствием того, что в предлагаемом способе все операции с измельченным наполнителем выполняются в замкнутой системе не" посредственно после измельчения. Операции эатарки, транспортировки, хранения и т.д. производятся с наполни" телями, размеры частиц которых относительно велики (О, 08-0, 5 мм) . Такие порошки не слеживаются при транспортировке и хранении, легко .сыпучи и практически не пылят.Эти свойства позволяют использовать упрощенные бункеры-хранилища наполнителей без ворошителей и фильтров тонкой очистки воздуха от пыли. Таким образом, появляется возможность обеспечить выполнение санитарно-гигиенических норм и требований технически безопасности при уровне затрат существенно меньших, чем при использовании заранее измельченного наполнителя.Устранение вакуумной сушки и транспортировки наполнителя в вакууме упрощает конструкцию загрузочных устройств и исключает использование сложной системы вакуумирования высокодисперсного наполнителя, а также упрощает систему дозирования наполнителя в расплав полимера. Кроме того, предлагаемый способ имеет более широкие функциональные возможности по сравнению с прототипом, так как позволяет не только вводить наполнитель в расплав полимера, но и проводить предварительное смешение порошка полимера с наполнителем. Эта операция в ряде случаев обеспечивает более равномерное распределение наполнителя в полимере, их однородность состава композиции.1113390 Продолжение табл.1 гный наполннтель) 3 800,05 4 (Контрольный) + 7,8 0,25 14800 5 (Прототип) 7,8 300 100 0,1 300 0,1 70 3200 0,23 наполнитель) 9 (Контрольный) + 7,2 16400 1,20 0,3 7,2 10 (Прототип) 16400 1,20 Продолжение табл,1Наполнитель Влажность Влажность наполЗатраты нителя при смешении с полимером 0,05 0,5 0,006 3,4 0,05(карбонатный Кварц (силикатный наполнитель) Кальцит (карбонатный наполнитель) после сушкипри 200 С ввакууме,мас.Х 0,250,005 2400 . 0,20 14800 1, 12 энергии на сушку или нагрев кВт-ч/т 0,01 0,06 Измельчение после сушки или нагрева1113390 О Та блица 2 Показатели 1,272 Плотность, г/см 1,268 1,251 1,272 1, 269 25,0 24,5 8,2 8,0 Разрывное напряжение,МПа 23,0 22,0 21,5 22,0 21,5 Относительное удлинение при разрыве,7 24,0 12,0 . 21,0 23,5 20,5 38 24 41 43 38 Продолжение табл. 2 Кальцит + полипропилен40 мас,ч, + 60 мас.ч. Показатели 1,227 Плотность, г/см 1, 230 1,228 1,218 1,230 Напряжение при пределетекучести, МПа 26,5 26,5 26,0 27,0 27,0 6,8 7,0 7,3 7,0 Разрывное напряжение, МПа 28,0 29,5 28,5 24,0 29,0 Относительное удлинение при разрыве,7. 36,0 50,0 42,0 19,0 47,0 34 32 31 17 35 Редактор Н. Киштулинец Заказ 6525/20 Тираж 468 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Напряжение при пределе текучести, МПа 24,0 Относительное удлинение при пределетекучести, % Удельная ударнаявязкость по Шарпи,кдж/м Относительное удлинение при пределетекучести, 7. Удельная ударнаявязкость по Шарпи,кДж/м Кварц + ПЭВП 40 мас.ч. + 60 мас.ч. Составитель Л, ЯгодкинаТехред Л,Коцюбняк Корректор В. Бутяга