способ получения термопластичной эластомерной композиции

Классы МПК:C08L77/02 полиамиды, получаемые из омега-аминокислот или их лактамов
C08L27/20 гомополимеры или сополимеры гексафторпропена
C08L27/16 гомополимеры или сополимеры винилиденфторида
C08K3/22 металлов
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-09-04
публикация патента:

Изобретение относится к способу получения термопластичной эластомерной композиции с повышенной стойкостью к действию агрессивных сред, которые могут быть использованы для изготовления методами литья под давлением и экструзии прокладок, втулок, манжет и других резинотехнических изделий, работающих в условиях контакта с агрессивными средами. Способ получения термопластичной эластомерной композиции включает динамическое смешение алифатического полиамида с эластичным полимером, которым является сополимер гексафторпропилена с винилиденфторидом с содержанием фтора 64-66%, вязкостью по Муни при 121°С от 40 до 60 ед. При этом в процессе динамического смешения указанных компонентов дополнительно вводят смесь оксида магния и гидроксида кальция в соотношении 1:2 в количестве 2 мас.ч. на 100 мас.ч. указанного сополимера. Технический результат изобретения состоит в получении термопластичной эластомерной композиции с повышенной стойкостью к действию агрессивных сред и температур, а также с высокими физико-механическими свойствами. 1 табл., 6 пр.

Формула изобретения

Способ получения термопластичной эластомерной композиции путем динамического смешения алифатического полиамида с эластичным полимером, отличающийся тем, что в качестве эластичного полимера используют сополимер гексафторпропилена с винилиденфторидом с содержанием фтора 64-66%, вязкостью по Муни при 121°C от 40 до 60 ед. при следующем соотношении компонентов в мас.%:

алифатический полиамид 20-80
указанный сополимер 80-20


при этом в процессе динамического смешения указанных компонентов дополнительно вводят смесь оксида магния и гидроксида кальция в соотношении 1:2 в количестве 2 мас.ч. на 100 мас.ч. указанного сополимера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения термопластичной эластомерной композиции с повышенной устойчивостью к действию температуры, агрессивных сред, на основе полиамида и фторкаучука, которые могут быть использованы для изготовления методами литья под давлением и экструзии прокладок, втулок, манжет и других резинотехнических изделий, работающих в условиях контакта с агрессивными средами при повышенных температурах.

Известны эластомерные материалы, способные перерабатываться методами экструзии, литья под давлением, пневмоформованием [Термоэластопласты / Под ред. В.В.Моисеева. - М.: Химия, 1985. - 184 с.]. Термопластичные эластомеры могут быть блок-сополимерами стирол-диен-стирол, уретановыми, эфирными, олефиновыми, получаемыми синтетическими способами.

Известны [Polymer Blends: Formulation and Performance / Donald R. Paul, Clive B. Bucknall] термопластичные эластомеры, получаемые смешением термопластичного полимера с эластичным, содержащие измельченные частицы эластомера, диспергированного в небольшом количестве термопластичного полимера посредством способа, называемого динамическим смешением. Преимущество материалов, получаемых таким способом, над эластомерными блок-сополимерами состоит в том, что они производятся из смесей существующих полимеров с помощью низкозатратных процессов. Для их изготовления не требуется крупных агрегатов для полимеризации, они отвечают требованиям по защите окружающей среды, имеют более высокий интервал рабочих температур.

Известна термопластичная композиция (патент РФ № 2276167, МПК C08L 23/16, C08L 23/06, C08L 23/10, C08L 61/10, C08J 3/20, C08J 3/24 - 10.05.2006), полученная динамической вулканизацией смеси компонентов, мас.ч.: СКЭПТ - 100,0, полипропилен - 25-60, полиэтилен низкой плотности - 1-10, масло - 20-100, сера - 0,1-2,0, тиурам - 0,1-1,5, альтакс - 0,1-0,5, стеариновая кислота - 0,1-2,0, окись цинка - 0,5-8,0, или с использованием пероксидной вулканизационной системы: перекись дикумила - 0,1-2,0, бис-малеимид - 0,1-2,5, новолачная алкилфенолоформальдегидная смола - 0,2-10,0, органический фосфит - 0,02-1,0, пигмент - 0,01-2,0, наполнитель - 0,1-50,0, антиоксидант - 0,1-2,0, фталатные пластификаторы - 0,5-10,0.

Недостатком данной композиции является низкая устойчивость к действию температур более 100°С, агрессивных сред, например кислот, алифатических углеводородов, спиртов и нефтепродуктов. Таким образом, данный способ не позволяет получать композицию с повышенной устойчивостью к действию высоких температур, агрессивных сред, что снижает их потребительские и эксплуатационные свойства.

Известен способ получения термопластичной эластомерной композиции (патент ЕР 2098566 А1, МПК C08L 23/08, C08L 77/00 - 08.08.2009). В данном способе термопластичную эластомерную композицию получают путем динамического смешения эластичного полимера - сополимера способ получения термопластичной эластомерной композиции, патент № 2519401 -олефин-винилацетата (содержанием звеньев винилацетата от 60-80 мас.%) с термопластичным полимером - полиамидом, наполнителем, пластификатором и другими добавками (антиоксиданты, антиозонанты) с последующей вулканизацией сополимера.

Данный способ не позволяет получать материалы с высокой стойкостью к действию не только минеральных кислот и органических растворителей, таких как толуол, но и масел, так как маслопоглощение составляет 22 мас. %. Также недостатком данного способа является необходимость добавления в композицию антиоксидантов и антиозонантов для повышения устойчивости к действию атмосферы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения термопластичной эластомерной композиции (патент РФ № 2266309, МПК C08L 77/00 - 03.03.2003) на основе полиамида для гибких труб, предназначенных для транспортировки нефти или газа при разработке морских нефтяных и газовых месторождений, и к трубе, содержащей слой на основе полиамида. Композиция содержит следующие соотношения компонентов в вес.%: от 70 до 96, по меньшей мере, одного полиамида, от 4 до 10 пластификатора, от 0 до 25 эластомера, остальное - стабилизаторы. Полиамид выбирают из группы, включающей РА 11, РА 12, алифатические полиамиды, полученные в результате конденсации алифатического диамина, содержащего от 6 до 12 атомов углерода, и двухосновной алифатической кислоты, содержащей от 9 до 12 атомов углерода, и сополиамиды 11/12, содержащие или более 90% звеньев 11, или более 90% звеньев 12. В качестве эластомера используют NBR - бутадиеннитрильный каучук или H-NBR - гидрированный NBR. Общее количество пластификатора и эластомера составляет от 4 до 30 вес.%. Изобретение позволяет получить композицию с высокой устойчивостью к старению.

Использование в качестве эластомера NBR - бутадиеннитрильного или H-NBR - гидрированного NBR каучука не позволяет эксплуатировать изделия из такой композиции в среде окислителей. Данный способ не позволяет получить композицию, стойкую в кислотах и органических растворителях. В азотной кислоте такой материал разрушается. При эксплуатации при температуре выше 120°С становится хрупким и разрушается.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа получения композиции с повышенной устойчивостью к действию агрессивных сред и высокими физико-механическими свойствами при температуре до 150°С.

Технический результат: повышение устойчивости к действию агрессивных сред при температуре до 150°С и пониженное остаточное удлинение.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения термопластичной эластомерной композиции путем динамического смешения алифатического полиамида с эластичным полимером в качестве эластичного полимера используют сополимер гексафторпропилена с винилиденфторидом с содержанием фтора 64-66%, вязкостью по Муни при 121°С от 40 до 60 ед. при следующем соотношении компонентов в мас.%:

алифатический полиамид 20-80
указанный сополимер 80-20

при этом в процессе динамического смешения указанных компонентов дополнительно вводят смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 в количестве 2 мас.ч. на 100 мас.ч. указанного сополимера.

При данном соотношении компонентов композиция проявляет достаточные для эксплуатации эластичные свойства (прочность до 28 МПа, остаточное удлинение не более 45%, табл.1), высокую устойчивость к действию агрессивных сред (набухание в азотной кислоте не более 1,2%, в толуоле не более 5%, табл.1), обеспечивается ее переработка литьевыми методами (значение ПТР до 28 г/10 мин при 230°С и нагрузке 21,5 кг, табл.1).

Вышеописанные способы получения эластомерных композиций не обеспечивают комплекса эксплуатационных свойств в агрессивных средах, при температурах до 150°С.

Достижение оптимального комплекса свойств термопластичной эластомерной композиции состоит в использовании в качестве эластичного полимера сополимера гексафторпропилена с винилиденфторидом с содержанием фтора 64-66%, вязкостью по Муни при 121°С от 40 до 60 ед.

Наличие групп, содержащих фтор, в молекуле эластичного полимера и азотсодержащих групп в молекуле термопластичного полимера приводит к тому, что при температуре свыше 230°С (в процессе получения и переработки композиции) происходит частичная деструкция полимеров и, благодаря процессам вторичного структурирования, образование пространственно сшитой структуры, что приводит к упрочнению получаемого материала, снижению остаточного удлинения.

Термин «динамическое смешение» используют в настоящем описании для обозначения способа смешения, в котором термопластичный кристаллический полимер и эластомер смешиваются в условиях высокого сдвига и температуры, превышающей температуру плавления термопластичного полимера. В результате эластомер диспергируется в виде мелких частиц микрогеля внутри непрерывной матрицы термопластичного кристаллического полимера.

Динамическое смешение осуществляют в высокоскоростном резиносмесителе или смесителе типа Брабендер, Banbury® или двухшнековом экструдере. Уникальная характеристика материалов, получаемых таким методом, состоит в том, что, несмотря на присутствие в композиции эластомера или частично сшитого эластомера, получаемые композиции можно обрабатывать и перерабатывать традиционными методами переработки термопластичных полимеров, например экструзия, литье под давлением, пневмоформованием. Отходы производства и материалы вторично перерабатываемы.

В предлагаемом способе используют следующие компоненты.

В качестве алифатического полиамида используют Полиамид-6 литьевой ТУ 6-13-53578992-75-2003 (далее по тексту ПА).

В качестве эластичного полимера используют сополимер гексафторпропилена с винилиденфторидом - фторкаучук марки FKM A601C с содержанием фтора: 64-66%, вязкостью по Муни при 121°C от 40 до 60 ед.

Деформационно-прочностные свойства термопластичной эластомерной композиции определяли по ГОСТ 270-75. Твердость получаемой композиции определяли по ГОСТ 263-75. Показатель текучести расплава (ПТР) определяли по ГОСТ 11645-73 при нагрузке 21,5 кг и температуре 230°C. Устойчивость к действию агрессивных сред определяли по ГОСТ 9.030-74 при температуре 30°C по набуханию в течение 168 ч, в различных средах, приведенных в таблице 1.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В смеситель типа Брабендер загружают 78,8 мас.% (56 г) сополимера гексафторпропилена с винилиденфторидом и ведут смешение при температуре 230°C и скорости вращения роторов 50 мин-1 в течение 15 мин. Далее в смеситель добавляют 19,7 мас.% (14 г) полиамида и ведут смешение в течение 5 мин при температуре 230°C и скорости вращения роторов 65 мин-1. Затем в смеситель вводится смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 в количестве 1,5 мас.%.

В результате получается термопластичная эластомерная композиция составом (мас.%) сополимер винилиденфторида с гексафторпропиленом - 78,8; ПА - 19,7; смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 - 1,5. Далее полученные смеси перерабатывались по технологии, характерной для пластмасс. Полученную термопластичную эластомерную композицию подвергают испытаниям. Свойства конечного материала приведены в таблице 1.

Пример 2. В смеситель типа Брабендер загружают 69 мас.% (49 г) сополимера гексафторпропилена с винилиденфторидом и ведут смешение при температуре 230°C и скорости вращения роторов 50 мин-1 в течение 15 мин. Далее в смеситель добавляют 29,6 мас.% (21 г) полиамида и ведут смешение в течение 10 мин при температуре 230°C и скорости вращения роторов 65 мин-1. Затем в смеситель вводится смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 в количестве 1,4 мас.%. В результате получается термопластичная эластомерная композиция составом (мас.%) сополимер винилиденфторида с гексафторпропиленом - 69; ПА - 29,6; смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 - 1,4. Далее полученные смеси перерабатывались по технологии, характерной для пластмасс. Полученную термопластичную эластомерную композицию подвергают испытаниям. Свойства конечного материала приведены в таблице 1.

Пример 3. В смеситель типа Брабендер загружают 49,5 мас.% (35 г) сополимера гексафторпропилена с винилиденфторидом и ведут смешение при температуре 230°C и скорости вращения роторов 50 мин-1 в течение 15 мин. Далее в смеситель добавляют 49,5 мас.% (35 г) полиамида и ведут смешение в течение 10 мин при температуре 230°C и скорости вращения роторов 65 мин-1. Затем в смеситель вводится смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 в количестве 1 мас.%. В результате получается термопластичная эластомерная композиция составом (мас.%) сополимер винилиденфторида с гексафторпропиленом - 49,5; ПА - 49,5; смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 - 1. Далее полученные смеси перерабатывались по технологии, характерной для пластмасс. Полученную термопластичную эластомерную композицию подвергают испытаниям. Свойства конечного материала приведены в таблице 1.

Пример 4. В смеситель типа Брабендер загружают 39,7 мас.% (28 г) сополимера гексафторпропилена с винилиденфторидом и ведут смешение при температуре 230°C и скорости вращения роторов 50 мин-1 в течение 15 мин. Далее в смеситель добавляют 59,5 мас.% (42 г) полиамида и ведут смешение в течение 10 мин при температуре 230°C и скорости вращения роторов 65 мин -1. Затем в смеситель вводится смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 в количестве 0,8 мас.%. В результате получается термопластичная эластомерная композиция составом (мас.%) сополимер винилиденфторида с гексафторпропиленом - 39,7; ПА - 59,5; смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 - 0,8. Далее полученные смеси перерабатывались по технологии, характерной для пластмасс. Полученную термопластичную эластомерную композицию подвергают испытаниям. Свойства конечного материала приведены в таблице 1.

Пример 5. В смеситель типа Брабендер загружают 19,9 мас.% (14 г) сополимера гексафторпропилена с винилиденфторидом и ведут смешение при температуре 230°C и скорости вращения роторов 50 мин-1 в течение 15 мин. Далее в смеситель добавляют 79,7 мас.% (56 г) полиамида и ведут смешение в течение 10 мин при температуре 230°C и скорости вращения роторов 65 мин-1. Затем в смеситель вводится смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 в количестве 0,4 мас.%. В результате получается термопластичная эластомерная композиция составом (мас.%) сополимер винилиденфторида с гексафторпропиленом - 19,9; ПА - 79,7; смесь окиси магния и гидроокиси кальция в соотношении 1:2 - 0,4. Далее полученные смеси перерабатывались по технологии, характерной для пластмасс. Полученную термопластичную эластомерную композицию подвергают испытаниям. Свойства конечного материала приведены в таблице 1.

Пример 6 (по прототипу). Предварительно измельченный после охлаждения жидким азотом с помощью дробилки в присутствии агента против комкования (стеарат кальция) бутадиен-нитрильный каучук NBR (статистический сополимер акрилонитрил (19%)/бутадиен, плотность=0,98 г/см3 и вязкость по Муни=45±5 100°C), полиамид 11, N-бутилбензолсульфонамид (пластификатор), Stab (система стабилизирующих добавок «тепло и свет») NBR смешивали в двухшнековом соротационном экструдере. Соотношение компонентов (мас.%): полиамид - 70, NBR - 25, пластификатор - 5. Зону загрузки не нагревали. Температура остальных зон была в соответствии с требованиями прототипа - 270°C. Полиамид, NBR и добавку Stab вводили в виде сухой смеси. Скорость экструзии на выходе из фильеры составляет 70 кг/ч при скорости вращения шнеков 300 об/мин. Далее полученные смеси перерабатывали по технологии, характерной для пластмасс. Полученную термопластичную эластомерную композицию подвергают испытаниям. Свойства конечного материала приведены в таблице 1.

Как видно из приведенных данных, полученные термопластичные эластомерные композиции по предлагаемому способу, превосходят прототип по прочностным показателям (при одинаковом количестве полиамида в композиции) и существенно превосходят по стойкости в агрессивных средах и по эксплуатационным свойствам.

Значение показателя текучести расплава (ПТР) свидетельствует о том, что получаемая термопластичная эластомерная композиция по данному изобретению может быть переработана литьевыми методами, экструзией, пневмоформованием. Получаемая по предлагаемому способу термопластичная эластомерная композиция обладает высокими прочностными свойствами и стойкостью к действию кислот и органических растворителей, существенно превосходя композицию, изготовленную по прототипу (таблица 1).

Таблица 1
Свойства термопластичной эластомерной композиции
Показатель Примеры
способ получения термопластичной эластомерной композиции, патент № 2519401 12 34 56 (прототип)
ПТР, г/10 мин при 230°С и нагрузке 21,5 кг 6,15,87,3 22,328,1 21,6
Условная прочность при разрыве способ получения термопластичной эластомерной композиции, патент № 2519401 р, МПа4,7 10,927,037,2 45,633,2
Остаточное удлинение способ получения термопластичной эластомерной композиции, патент № 2519401 ост, %23 283945 48120
Твердость по Шору А, усл. ед.86 929698 9898
Работоспособность уплотнительных манжетБолее БолееБолееБолее БолееРазрушение
вращающегося вала в среде масла при температуре 200 200200200 200через 24 часа
150±10°С часовчасовчасов часовчасов способ получения термопластичной эластомерной композиции, патент № 2519401
Устойчивость к агрессивным средам при 30°С в течение 24 ч
Показатель Примеры
1 234 56 (прототип)
Набухание в азотной кислоте (58%), %1,2 1,01,0 0,70,7Разрушается
Набухание в толуоле, % 532 0,70,771
Набухание в этилацетате, % 59,552,911,7 5,15,0 87

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения необходимой совокупности условий:

способ, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, позволяет получать термопластичную эластомерную композицию с повышенной устойчивостью к действию агрессивных сред, температур до 150°С и высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами;

для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Класс C08L77/02 полиамиды, получаемые из омега-аминокислот или их лактамов

композиционный полимерный антифрикционный материал на основе полиамида -  патент 2522106 (10.07.2014)
соединение фасонных изделий из различных полиамидных формовочных масс -  патент 2493009 (20.09.2013)
полиамидная композиция и способ ее получения -  патент 2488613 (27.07.2013)
стойкие к гидролизу смеси полиамид - эластомер, формованные изделия, полученные из них, и их применение -  патент 2485149 (20.06.2013)
полиамидная огнестойкая композиция -  патент 2471832 (10.01.2013)
антифрикционная полимерная композиция -  патент 2458076 (10.08.2012)
способ получения нановолокон из алифатических сополиамидов -  патент 2447207 (10.04.2012)
состав для получения полимерной гидрофильной микрофильтрационной мембраны и способ получения полимерной гидрофильной микрофильтрационной мембраны -  патент 2446864 (10.04.2012)
полимерная антифрикционная композиция -  патент 2439095 (10.01.2012)
полиамидный композиционный материал, модифицированный фуллереновыми наполнителями (варианты) -  патент 2434033 (20.11.2011)

Класс C08L27/20 гомополимеры или сополимеры гексафторпропена

Класс C08L27/16 гомополимеры или сополимеры винилиденфторида

композиция на основе сополимера фторолефина и перфторалкилвиниловых эфиров, содержащего нитрильные группы -  патент 2515784 (20.05.2014)
композиция на основе бромсодержащего сополимера фторолефинов -  патент 2499011 (20.11.2013)
термопластичная эластомерная композиция -  патент 2434032 (20.11.2011)
пористая pvdf-пленка с высокой износостойкостью, способ ее изготовления, а также способ промывания и способ фильтрования с ее помощью -  патент 2415697 (10.04.2011)
применение водных дисперсий полимеров на основе винилиденфторида для получения красок для покрытий архитектурных объектов -  патент 2411250 (10.02.2011)
бромсодержащие сополимеры на основе винилиденфторида для термоагрессивостойких материалов -  патент 2407753 (27.12.2010)
коррозионно-стойкая и электропроводящая композиция и способ нанесения покрытия -  патент 2405799 (10.12.2010)
резиновая смесь -  патент 2400498 (27.09.2010)
плавкая полимерная композиция, содержащая фторполимер, имеющий длинные боковые цепочки -  патент 2383557 (10.03.2010)
резиновая смесь на основе фторкаучука -  патент 2350634 (27.03.2009)

Класс C08K3/22 металлов

композиция на основе жидкого низкомолекулярного силоксанового каучука для покрытия огнестойкого защитного материала -  патент 2529227 (27.09.2014)
тонкодисперсная органическая суспензия металл/углеродного нанокомопозита и способ ее изготовления -  патент 2527218 (27.08.2014)
морозостойкая резиновая смесь -  патент 2522610 (20.07.2014)
технологическая добавка для термопластичных полиуретанов -  патент 2520441 (27.06.2014)
полимерная композиция -  патент 2519402 (10.06.2014)
керамообразующая резиновая смесь (варианты) -  патент 2519379 (10.06.2014)
формованные абразивные частицы с низким коэффициентом округлости -  патент 2517526 (27.05.2014)
резиновая смесь на основе бутадиен-метилстирольного каучука -  патент 2516644 (20.05.2014)
красящее многофункциональное защитное покрытие -  патент 2514940 (10.05.2014)
дисперсия частиц оксида титана со структурой рутила, способ ее получения и ее применение -  патент 2513423 (20.04.2014)
Наверх