Способ определения жизнеспособности отверждающейся полимерной композиции

СОЮЗ СОБЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 801151864 4151) С 01 М 11/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тельство ССС11/10, 1980 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Карлин А.В. и др. Исследование кинетики холодной вулканизациинизкомолекулярного силоксановогокаучука. - "Каучук и резина", 1978,Иф 2, с. 9-10.2. Каучук низкомолекулярный СКТНТУ 38. 103 124-80. 3. Ав тор ское св иде Р к, кл. С 01 И(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ ОТВЕРЖДАНЗЩЕЙСЯ ПОЛИИЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ путем создания в нейдинамической деформации сдвига иизмерения времени от момента введенияотверждающего агента до момента, когда композиция теряет способностьк переработке, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения способа и расширения круга контролируемых полимерных композиций, отверждающуюся полимерную композицию подвергают динамической деформациисдвига в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте, измеряют угол механических потерь и момент, когда композиция теряет способность к переработке, определяют по достижениизаданного значения угла механическихпотерь.11518Изобретение относится к определению технологических свойств полимерных композиций, а именно к способам определения жизнеспособности полимерных композиций на основе низкомолеку 5 лярных силоксановык и других каучуков, используемых в качестве покрытий, заливочных компаундов, эластичных герметиков и др., и может быть использовано в химической, приборостроительной, электрохимической и строительной промышленности,Известен способ определения жизнеспособности ненаполненных полимерных композиций на основе ниэкомолекулярных силоксановых каучуков по потере текучести композиции при наклоне стаканчика 11.Известен способ определения жизнеспособности наполненной композиции 2 на основе ниэкомолекулярного силоксанового полимера по потере композицией способности растираться и собираться в комок при ее перемешивании 2 1.Такие способы субъективны, дают низкую точность при определении жизнеспособности и очень трудоемки.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения жизнеспособности отверждающихся низкомодульных полимер- ЗО ных композиций путем создания в контролируемом материале динамической деформации сдвига в режиме свободных колебаний при частотах 0,005- 0,010 Гц,в процессе чего измеряют изме нение логарифмического декремента затухания во времени, а жизнеспособность композиции определяют как временной интервал от момента введения отверждающего (сшивающего) агента до мо мента, когда композиция теряет способность к переработке, который фиксируют по максимальному значению логарифмического декремента затухания 3 . 45Результат определения жизнеспособности получают только после обработки ряда внброграмм н построения графика, которые выполняют вручную. Это делает способ многооперационным и 50 трудоемким, в промышленных условиях его трудно осуществить, поскольку он не может быть полностью автоматизирован,Другим недостатком способа явля ется использование его только для узкого круга полимерных композиций, что связано с особенностями иэмере 64 1ния логарифмического декремента затухания. Способ не позволяет определять жизнеспособность отверждающихся полимерных композиций, свободные колебания в которых испытывают сильные затухания, вследствие чего измерение логарифмического декремента затухания становится невозможным.Кроме того, способ не может быть использован при определении жизнеспособности композиций, сохраняющих способность к переработке в течение короткого времени (меньше ЗО мин), так как изменение логарифмического декремента затухания в процессе отверждения происходит быстрее, чем само измерение и обработка результатов.Цель изобретения - упрощение способа определения жизнеспособности и расширение круга контролируемых полимерных композиций.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения жизнеспособности отверждающейся полимерной композиции путем создания в ней динамической деформации сдвига и измерения времени от момента введения отверждающего агента до момента, когда композиция теряет способность к переработке, отверждающуюся полимерную композицию подвергают динамической деформации сдвига в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплйтуде и частоте, измеряют угол механических потерь и момент, когда композиция теряет способность к переработке, определяют по достижении заданного значения угла механических потерь.Сущность изобретения поясняется следующим, В процессе отверждения наиболее сильно изменяются вязкоуп- ругие параметры полимерной композиции, в частности угол механических потерь. Типичная кривая изменения угла механических потерь К в процессе отверждения представлена на фиг. 1, Композиция может быть переработана только в течение временного интервала О - с, называемого жизнеспособностью, по окончании которого переработка при выбранном способе становится невозможной. В момент времени Т, когда композиция теряет способность к переработке, значение угла Механических потерь равно К. Ва практике композиции одного и того же состава могут иметь разные значе 11518 б 4ния жизнеспособности, что связано с. различной активностью отверждающего агента. Обнаружено, что, несмотря на, различия в значениях жизнеспособности, моменту потери композицией 5 способности к переработке всегда соответствует одно и то же значение угла механических потерь д,. На фиг. 2 изображены кинетические кривые отверждения трех полимерных компо.10 зиций одного и того же состава, отличающихся величиной жизнеспособности. Однако моментам времени Ск С икогда композиции теряют способзаность к переработке, соответствует 15 во всех трех случаях одно и то же значение угла механических потерь д Это позволяет утверждать, что значение д" является характерньм для данной полимерной композиции, и оно 20 может быть задано как контрольное значение угла при определении жизнеспособности. Последнюю в этом случае можно определять как временной интервал от момента введения отвержда ющего агента до момента, когда композиция достигает заданного значения угла механических потерь о" . Для композиций различного состава заданное значение угла механических потерьЗ 0 устанавливают независимыми опытами.Способ осуществляется следующим образом.В полимерную композицию вводится отверждающий агент и этот момент фиксируется, Полимерная композиция помещается в ячейку, в нее вводится зонд, который совершает вынужденные гармонические колебания с постоянными частотой в диапазоне 10 " - 10 Гц 40 и амплитудой, значение которой может находиться в пределах 20-100 мкм. .Регистрирующее устройство непрерывно следит и записывает изменение угла механических потерь в процессе от верждения. Когда угол механических потерь достигает заданного значения, этот момент времени фиксируют вновь. За жизнеспособность. полимерной композиции принимается временной интер вал от момента введения отверждающего агента до момента, когда угол механических потерь достигнет заданного для данной композиции значения, определяющего невозможность ее даль нейшей переработки.Практическое осуществление вредлагаемого способа может достигатьая использованием любого прибора, измеряющего угол механических потерь в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте. Однако наиболее рационально использование приборов, которые автоматически и непрерывно измеряют угол механических потерь.Поскольку полимерная композиция подвергается малой деформации сдвига, ее деструкция исключена в принципе. Измерение происходит в линейном режиме деформирования, при котором величина угла механических потерь определяется только физикохимическими свойствами полимерныхкомпозиций. Это позволяет получатьдостоверные данные об их жизнеспособности.П р и м е р 1, Для определенияжизнеспособности берут 10 г наполненной полимерной композиции, составленной иэ одной части низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН и одной части двуокиси кремния, вводят в нее О, 1 г отверждающей системы (ОС), которую используют в качестве отверждающего агента и которая состоит из этилсиликата (4 ч.) и диэтилдикапролата олова (1 ч.), и фиксируют время введения. В течение 3 мин композицию перемешиваютдля равномерного распределения отверждающей системы. Ячейку заполняют отверждающейся полимерной композицией в количестве 1 г и опускают в нее зонд, Поскольку на все композиции (приготовление и загрузку) затрачивают 7 г 10 мин, существенных изменений в значении угла механических потерь не происходит, что не оказывает влияния на определение параметра жизнеспособность.В данном примере жизнеспособность измеряют интервалом времени от момента введения отверждающей системыдо момента, когда значение угла механических потерь полимерной композиции достигает 38. Для трех композиций данного состава на основе разных образцов каучука значенияжизнеспособности равны 78, 88 и;118 мин соответственно.П р и м е р 2. Для определенияжизнеспособности ненаполненной композиции берут 5,0 г каучука СКТН и вводят в него О, 1 г ОС и фиксируют время введения. В течение 2 мин ком 1151864позицию перемешивают для равномерного распределения отверждающей системы. Композицию в количестве 1,0 гзаливают в ячейку, опускают в неезонд и включают запись изменения угла 5механических потерь. На все подготовительные операции затрачивают 6 -8 мин, в течение которых полимернаякомпозиция находится в текучем состоянии, 10В данном примере жизнеспособностьполимерной композиции измеряют интервалом времени от момента введенияОС до момента, когда значение угламеханических потерь достигает 23 . 15Значения жизнеспособности композицийданного состава на основе разныхобразцов каучука, отверждающихся поддействием ОС различной активностиравны 12, 15, 29, 32, 34, 48 и 49 мин 20соответственно.Изложенные примеры не исчерпывают всех случаев применения изобретения, а являются лишь его иллюстрацией. На практике беэ нарушения основной идеи технического решения изобретения практически для любых видовполимерных композиций могут бытьопределены те значения угла механических потерь, которые однозначно 30связаны с параметром жизнеспособности,П р и м е р 3 (контрольный). Дляопределения жизнеспособности иенаполненной композиции берут 60 г каучука СКТН, вводят в него 1,2 г ОС ификсируют время введения. В течение2 мин композицию перемешивают дляравномерного распределения отверждающей системы,Для определения жизнеспособности 4по известному способу композицию вколичестве 50, 4 г помещают в емкость,затем в нее погружают подвижный цилиндр крутильного маятника с собственной (начальной)частотой колебаний 450,007 Гц, На все операции (приготовление и загрузку) затрачивают 8 мин,в течение которых полимерная композиция находится в текучем состоянии,Затем производят измерение логарифми-рческого декремента затухания, длячего запускают подвижную системумаятника и снимают виброграмму свободно затухающих колебаний в диапазоне частот 0,005-0,010 Гц. Иэ виброграммы вычисляют логарифмическийдекремент затухания. На одно измерение логарифмического декремента затухания требуется приблизительно4-7 мин, поэтому первое значениелогарифмического декремента затухания получают через 11-14 мин после,введения отверждающей системы.В процессе отверждения проводятФминимум 10 измерений логарифмическогодекремента затуханий, по которымстроят график изменения логарифмического декремента -затухания во времени. По оси абсцисс откладываютвремя в логарифмическом масштабе,а по оси ординат значения логарифмического декремента затухания. Моментпоявления максимального значения логарифмического декремента затуханиясоответствует 48+4 мин. На,определение жизнеспособности затрачивают80 мин,П р и м е р 4. Для определенияжизнеспособности по предлагаемомуспособу 1 г той же композиции, чтои в примере 3, заливают в ячейкуприбора "ВискоэлМ" и опускают вкомпозицию зонд. На все подготовительные операции (приготовление изагрузку) затрачивают 8 мин, в течение которых полимерная композициянаходится в текучем состоянии. Включают запись изменения угла механических потерь. В данном примере жизнеспособность полимерной композиции,измеряемая интервалом времени от момента введения отверждающей системыдо момента, когда угол механическихпотерь достигает заданного значения 23 ф, равна 48 + 2 мин (пример 2).На определение жизнеспособности затрачивают 48 мин.П .р и м е р 5 (контрольный). Проводят определение жизнеспособностинаполненной полимерной композициисостоящей из низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН и двуокисикремния в соотношении 1: 1, отверждающейся при комнатной температурепод действием отверждающей системы,которую берут в количестве 2 мас.ч.на 100 мас,ч. каучука. В полимернуюкомпозицию массой 60 г вводят 0,6 гОС и фиксируют время введения, Втечение 3 мин композицию перемешивают для равномерного распределенияотверждающей системы.Для определения жизнеспособностипо известному способу компазицнюв количестве 50,4 г помещают в емкость, затем в нее погружают подвижный цилиндр крутильного маятника с собственной (начальной) частотой колебаний 0,007 Гц. На все операции (приготовление и загрузку) затрачивается 15 мин. Затем производят 5 измерение логарифмического декремента затухания, для чего запускают подвижную систему маятника.Из-за сильного затухания свободных колебаний в композиции такого состава снять виброграмму не удается, логарифмический декремент затухания не поддается измерению, и определить жизнеспособность данной композиции по моменту появления максимального значения логарифмическогодекремента затухания нельзя,В то же время предлагаемый способпозволяет определить жизнеспособностьэтой композиции ло заданному значению 20угла механических потерь, величинакоторого, установленная назависимыми опытами, равна 38 (пример 1).П р и м е р 6 (контрольный)Осуществляют определение жизнеспособности ненаполиенной композиции наоснове низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН, отверждающейсяпри комнатной температуре под действием ОС, которую берут в количестве ЗО2 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука.В навеску каучука массой 60 гвводят 1,2 г ОС и фиксируют времявведения. В течение 2 мнн композициюперемешивают для равномерного распРе деления отверждающей системы.Для определения жизнеспособностипо известному способу композицию вколичестве 50,4 г помещают в емкость,погружают в нее подвижный цилиндр 40крутильного маятника с собственной(начальной) частотой колебаний0,007 Гц, На все операции (приготовление и загрузку) затрачивается 8 минв течение которых полимерная композиция находится в текучем состоянии.Затем производят измерение логарифмического декремента затухания, длячего запускают подвижную системумаятника и снимают виброграмму сво- Ыбодно затухающих колебаний в диапазоне частот 0,005-0,010 Гц. Иэ виброграммы вычисляют логари 4 иическийдекремент затухания.При контроле данного состава на 55основе разных образцов каучука определение жизнеспособности возможнолишь в том случае, если за время снятия одной виброграммы логарифмический декремент затухания изменяется несущественно. Такой случай соответствует композициям, жизнеспособность которых больше 30 мин (пример 3). Для композиций, жизнеспособность которых меньше 30 мин, за время снятия одной виброграммы декрементзатухания изменяется существенно, Вэтом случае контроль по известномуспособу оказывается невозможным изэа невозможности получить достоверныеданные даже по одной виброграмме.В предлагаемом способе результатизмерения не зависит от скоростиотверждения композиции. Это принципиально отличает его от известногои позволяет определять жизнеспособность в укаэанных пределах по заданному значению угла механических потерь, равному 23 (пример 2).Из примеров видно, что предлагаемый способ позволяет значительно ускорить и упростить определение жизнеспособности композиций. Он обеспечивает возможность определения жизнеспособности как наполненных, так иненаполненных композиций, у которыхпараметр жизнеспособность имеет значение 1 О мин и более.Таким образом, предлагаемый способ, благодаря тому, что в нем отверждающуюся полимерную композицию,подвергают динамической деформациисдвига в режиме вынужденных гармо 1нических колебаний при постоянныхамплитуде и частоте, измеряют уголмеханических потерь и момент, когдакомпозиция теряет способность кпереработке, определяют по достижении заданного значения угла механических потерь, позволяет упроститьопределение жизнеспособности и расширить круг контролируемых полимерных композиций,Кроме того, использование угламеханических потерь для определенияжизнеспособности на практике болееудобно по сравнению с использованиемдругих вязкоупругих параметров,поскольку формфактор образца не оказывает никакого влияния на результат.измерения угла механических потерь.В таблице приведены значения жизнеспособности ненаполненных и наполненных композиций (примеры 1 и 2),которые определены органолептическиФми и предлагаемым способами.1151864 Жизнеспособность, мин Относительная погре 1 цность, Е Полимерная композиция Способ определения Органопепти- Предлагае- Органолепти- Предлагаемыйческий мый ческий 12+1 1211 Не наполненная композиция (пример 2) 13+1 31+5 29 ф 2 32 ф 2 335 34+2 482 49 ф 2 14 78 ф 2 Наполненная композиция (пример 1) 88+2 10 11812 415 53 ф 5 80+8 948 100+10 1Из таблицы видно, что погрешность 30 определения, жизнеспособности органолептическими способами находится в пределах +8 - +167, а предлагаемым способом не выше +87. относительных.Преимущество предлагаемого спосо-ба по сравнению с базовыми объектами заключается в повышении точности определения жизнеспособности. Изобретение может быть использовано при разработке технологических процессов получения новых видов материалов с заданными свойствами, автоматизации технологических процессов, а также при изучении физико- химических свокств как полимерных композиций, так и компонентов, составляющих полимерную композицию.ектор О.Луговая сное 4 5 лиал ППП "Патент" Заказ 2313/33 Ти ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, Жаж 897 нного ений и 35, Ра Под комитета СССР открытий ушская наб., Ужгород, ул.Проектная, 4