Способ получения активных наполнителей полимерных сред

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНЫХ-. НАПОЛНИТЕЛЕЙ ПОЛИМЕРНЫХ СРЕД, включающий обработку исходного субстрата инертным газам, последующую активаций и модифицирование его в среде инертного газа, отличающийс я тем, что, с целью повышения стабильности физико-механических характеристик полимерных композиций с использованием целевого наполнителя . Инертный газ в процессе обработки исходного субстрата, а также при активации и модифицировании используют с влажностью 0,001-0 ,020 мае.%.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЦ

РЕСПУБЛИК (19) (1)) 3(5)) С 0 9 С 3 0 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3347139/23-26 (22) 05.10.81 (46) 23 ° 01. 84е Бюл. Р 3 (72). Л.Д.Качановская, Ф.Д.Овчаренко, Л.П.Синчук, Н.И.Попова и В.Г.Макаров (7i) Институт коллоидной химии и хи-. мии воды им.A.Â.Äóìàíñêîãî (53) 678. 046.3(088.8) .(56) 1 . Патент C2IA N 4007050-; кл. 106-308, опублик. 1977 °

2. Авторское свидетельство СССР

Р 941387, кл. С 09 С 3/00//С 08 К 9/ОО, 1980. (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНЫХ

НАПОЛНИТЕЛЕЙ ПОЛИМЕРНЫХ СРЕД, включающий обработку исходного субстрата инертным газом, последующую активацию и модифицирование его в среде инертного газа, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения стабильности физико-механических характеристик полимерных композиций с использованием целевого наполнителя, инертный газ в процессе обработки исходного субстрата, а также при активации и модифицировании используют с влажностью 0,001-0,020 мас. В.

1068451

Изобретение относится к технологии способа получения активных наполнителей полимерных сред, используемых в химической и нефтехимической промышлеиности и в полиграфии.

Известен способ получения активных наполнителей полимерных сред, включающий термообработку исходного субстрата в псевдоожиженном слое в токе сухого инертного газа при

600-1000 С,последующую его обработ- !О ку химическими реагентами в инертной атмосфере при перемешивании при 25-650 С и дополнительную обработку полученного продукта потоком инертного rasa(11. 15

Недостатком этого способа является то, что получаемые по нему активные наполнители не обеспечивают достаточно высоких физико-механических свойств органических и полимерных композиций при использовании их в качестве наполнителей. Например, удельная вязкость полйвинилхлоридной композиции с известным наполнителем составляет 8,9 кгс ° см/см . Кроме того, способ позволяет получить активные наполнители лишь на ограниченном виде исходных субстратов, преимущественно на основе оксидов кремния и алюминия.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ получения активных наполнителей полимерных сред, включающий обработ» .ку исходного субстрата инертным га" зом при 120-600 С, последующую обра- 35 ботку его. в две стадии активирующим соединением с планарным размером молекулы 4-80А, а затем модифициро» вание его соединением, имеющим температуру разложения на 10-170 С вы- 4О ше температуры кипения, причем темлература обработки на этой стадии на 5-40 С ниже температуры кипения модифицирующего соединения. При этом обработку наполнителя как акти- 45 вирующим, так и модефицирующим соединениями ведут в атмосфере инертного газа при перемешивании $2l.

Однако известный способ не позволяет получить наполнитель с разбросом концентрации модифицирующих радикалов на его поверхности от партии к,партии менее 60%, что в свою.очередь не может обеспечить получение полимерных композиций с использованием целевого наполнителя с вы- 55 сокими и стабильными физико-механическими характеристиками.

Целью изобретения является повышение стабильности физико-механических характеристик полимерных компо- 60 эиций с использованием активных наполнителей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения активных наполнителей полимерных сред, включающему обработку исходного субстрата инертным газом, последующую активацию и модифицирование его в среде инертного газа, инертный газ в процессе обработки исходного субстрата, à также при активации и модифицировании используют с влажностью 0,001-0,020 мас.Ъ.

ПредложеНный способ обеспечивает повышение стабильности таких физикомех анич ес ки х ха рак те рис т ик к а к и редел текучести, удлинение при пределе текучести, предел прочности, удлинение при разрыве и удельную ударную вязкость полимерных композиций с использованием активного наполнителя в 5-15 раз по сравнению с полимерными композициями, полученными с использованием известного наполнителя.

Физико-химическая сущность изобретения заключается в том, что при о6работке инертным газом с заданной влажностью исходного субстрата поверхность покрывается мономолекулярным слоем воды,. что обеспечивает наибольшую его активность и позволяет получить наполнитель с оптимальной концентрацией модифицирующих радикалов на поверхности, характеризующейся незначительным разбросом от партии к партии.

В табл.1 приводятся данные по концентрации модифицирующих радикалов на поверхности различных .наполнителей при обработке исходных субстратов по предлагаемому способу в зависимости от влажности используемого инертного газа.

В качестве исходных для получения активных наполнителей по предлагаемому способу используют субстраты как неорганического типа {преимущественно силикатные и карбонатные материалы, например мел, кальций, различные глинистые минералы), так и органического, например отходы производств синтетических волокон и кремнийорганических производств.

Пример 1. 1 кг перлита с размером частиц менее 10 мкм загружают в стеклянный реактор диаметром

120 мм, продувают гелием с влажностью 0,005% при расходе 2 м /ч и температуре 420 С в течение 30 мин затем смесью гелия с влажностью

0,005% и паров аммиака при соотношении 3:1 при том же расходе .газа и температуре в течение 20 мин. После этого перлит обрабатывают смесью гелия с влажностью 0,005% и паров силана ЛМ-9. в соотношении 1:1 в течение 30 мин при 350 С. Полученный продукт содержит 32,8 мк-экв/м силаз на AN-9 и характеризуется термостабильностью модифицирующего слоя

300-320 С. Потери при прокаливании составляют 22% °

1068451

35 Таблица 1

Исходный суб. страт

Концентрация,модифицирующих радикалов на поверхности наполнителя, мг=экв/м

Разброс в концентрации,%

Влажность инертного газа, %

Средняя

Для отдельной партии

О,б2

15,8

0,001

Перли т

Беито нитовое волокно

1, 30

15,9

О, 001

О, 001

Каолин

15,7

1,30

0,005

Перлит

Бентонитовое волокно

0,91

32,8

О ° 005

0,005

О, 015

0,61

32,б

Каолин

Перлит

0,04

27,4

Вентонитовое волокно

1,85

27,5

28,0

О, 015

Пример 2. 1 кг бентонитового волокна с длиной волокон 50-100 мм и диаметром менее 10 мкм загружают в стеклянный реактор диаметром 120 ыи, продувают аргоном с влажностью

0,01% при расходе 3 м /ч и темпера- 5 туре 300 С в течение 10 мин, затем смесью аргона с влажностью 0,01% и муравьиной кислоты в соотношении

3:1 при том же расходе газа и температуре 280"С в течение 10 мин. После 10 этого бентонитовое волокно обрабатывают смесью аргона с влажностью

0,01% и силазана в соотношении 2:1 в течение 20 мин при 280 С. Полученный продукт содержит 35 мк-экв/м снлазана и характеризуется термостабиль- ностью модифицирующего слоя 250-270 С.

Потери прн прокаливании составляют

15%.

В табл.2 представлены физико-химические характеристики наполнителей, полученных по предлагаемому способу, и физико-механические свойства наполненных ПВХ композиций при использовании различных исходных субстратов и различной влажности

25 инертного газа.

В табл.3 приводятся сравнительные физико-механические характеристики полимерных композиций, наполнен-З0 ных известным и полученным по предлагаемому способу наполнителем.

В качестве исходного субстрата используют каолин. Состав композиции, ас.%: ПЭНД 20908 0,40-59,0, напол-, нитель 40,0, стабилизатор 0,5, спецдобавки 0,5.

Испытания проводят в камере ускоренного старения при следующих условиях: температура 110 С, относительная влажность в камере 100%; время бО ч, количество циклов 20.

В табл.4 приведена степень сохранения значения удельной ударной вязкости наполненных полиэтиленовых композиций с известным наполнителем и с наполнителем, полученным по предлагаемому способу, в заявляемых пределах влажности инертного газа и за его пределами.

Таким образом, нз приведенных данных следует, что предлагаемый способ получения активных наполнителей полимерных сред обеспечивает повышение в 5-15 раз стабильности физико-механических характерисгик наполненных полимерных композиций с известным способом.

Технико-зкономическая эффективность изобретения определяется высокими физико-механические характеристиками полимерных композиций использованием наполнителя, полученного по предлагаемому способу, и их повышенной стабильностью, что делает перспективиьве его для использования и химической, нефтехимической н полиграфической промышленности.

1068451

ЮВ Ь аФ °

Сред няя

° Ю ЮМВВВЮФЬЮ ЮМ ЮЮ46 ВВ

Исходнйй субстрат влажность инертного газа, Ф.

Концентрация моди4ицирукицих радикалов на поверхности на ол ни теля, мг-э кв/м

° Ф для отдельной партии

Продолжение табл. 1

1.

Разброс в концентрации, В

27,1

1,45

17,6

0,57

17,8

17,5

1,45

17,2

Еаолин

1,45 ааааа аюю евое вю юе а а

Каолин

Перлит

Вентонитовое волокно

О, 015

0i020

0 020

0 020

106 8451

<Ч

1.I

1! х

ФХФ ж О!0 х A

«6 ta Н хео дхо ц ах

Е Ф е ццх

;, ." .х

1

Е I

О I cv о!6

4 I

Х I а

М ф Ф аА

% М ф ф

° -! - л1

М а ch

° «(< Ъ <Ч (Ч с с а о о о ч л

1 1 Ф I ! хое

1ОХХЮ ! о н х

, a6

1

I

1 с0

I 1

Е 0I

1; Ф х 1 и ц в «» н с

Фх цxu аеж Ф Х 4 иннахх!

1

1 .t Ю

I cp

1 10

1 а ф о

ao. ti ю 1О ао ч) (Ч СЧ СЧ < Ъ чр еу с ь с Ь 3 Ф 1 1 л л л

I t с

1П

I л

1 а а

М М Ф Ф л л

4О 00 с

М Ю л л ф ф

< Ъ M

° -4 л4

Ю 1 с ь

< ) РЪ ! !

I

I 0Ъ а

1 о а а а о о

aD а an а 0 \О а а о о а а а чэ

1 6 ! н ! ga6u ! хно

1ООХ

I 36х3

1 а с

1 с )

I сч а 0a l <ч л <ъ

М \

1 Ъ с Ъ С Ъ Щ 1Ч 1Ч . СЧ а о ъ

Л 1Ч 1Ч

< Ъ с с! Ъ

Al Л

Ъ Ь ("Ъ

1 ь

11Д

1 ОжО

z в

I Ф Х

1 &au

I—

t

1 (Ч

I сЪ

1 ht

I о о о оо вЪ Ю С ) ht <Ч

1Ч М 1Ч m cn о о о о

hI A С Ъ <"\, M Р Ъ < Ъ ФЪ

I I

Щ Е К 6II ххахх!

Х Е Н6al

X tt 6t tat u t t X

РЕООО !!

I

1 1 с

1 аА

1л

I !

Х. Х 1

3 /

00 1 Р ъ с

an а «Ч

К сЪ

4Ч hO 4Ч

° с с е л ю

\ ъ л сЧ .4 Ъ ф 1 с .ь аа л л! а ъ .с

М !Ч

6Ъ ф а аА 1Ч л! ъ

I a6K I

Н Е а6

I ох 4

1ОХ ! х о ! б 4ю

I ga626f

1614НФ !

I

1 ! !

I л ! о о ъ

1о

I о о о

О 1Ч O

\ о о о л оо оо с оо о о о о с с о о л о о

Са

Са о л

Л О ъ ъ о о о ю л о о

% о о о р ч .л

О О ъ Ъ о.о

1

I Х

1 Х

I Ц ! о

1 63 ! И оо !!4

ox хо

t 16 х

I 6I

1 tat о ! 1

1 Х

1 g

1 Ф х ! Ц

1 б

1 а6 ! a6

16

t н

1 Q

I C6 ! о

1 I6

tu

I

I

I 1

I V

I Х! а е! и

3С

I Щ а а6 I6! Х Ц

I Ф

I Ф Н х м! хх

tot:

1ео

1 5a6 йх

5 х

I 1 Х! og

I Ô

Р) 1 Х! в

1

1е! х

1НОД

1 «6еи.

t a00 Е

t er Q.4o

1 ХХ дл

t oexe

I «6 Н Н Ц 4 !

1 1 A е н

1НО ! vo охх

I &3 ф а а an W W W ф ф ф И Ъ с Ъ а а а ф ф ф ф о aI aA aA а аА Ю Ф Ю Ф 0 10 aD Ю a0 Ю Ю Ю \О

1068451

4еЪ 4Ч 4"Ъ с с \ е4 е 4 е 4 е! о а с

4Ч 4Ч е 4 ° 4 ееЪ Ф с с

4Ч 4еЪ

° 4 е4

О В .4 с с °

СЧ е4 4Ч е-4 е.4 В о I с с °

С Ъ 4"Ъ е4 г4

«!

4Ч

CO В

443

I

4Ч Е

° 4е е4

М Ю

4 ! .4

vi Oa

Ol Ch В CO .В

Ю е4! ао \О ao .

44Ъ О

CO OO OO ю ю в е 4 с

44Ъ е-4

1 1 1 1!

I

I

I

I

I .1 с

I ООМА

15m(34 ЖЮ

1 1 1 I !

an 44ъ с с

4еЪ СеЪ

М с

4еЪ

1 I I! !

1 !

1 I A ю и

14 O

1 OO. ! охv

I g (1&e

1 о о о о о о

4Ч 4Ч 4Ч

1 1

1 I

1 И 1 1 I

I и Ж1 М4!1!4 Ю

Э Ф & \ И Ж Д Ф 441

ОЪ W Ch с с!

4» с с с с в о о о 4 е.4 е.4

Ю a0 Ф 4Ч

° с с с с

М 4» 4 В В

4Ч 4 4.4

1 6ЭФ

-L

1 OX! !

ОЙ и о

1 g OI 44da 1

О О D

С9 Се 4 4Ч о о. о с Ф с о о о

О О D

4Ч 4Ч 4Ч о о о с,с с о о о е е еЧ о о о о с с о о

D . О О

О е-! е4 «4 о ь о о с с, с о о о о оо мх

1 44!И

@ 1 1

Э I

Ц t--! 1Э1

З ий

1О» х ops

1 И1ййб йа ж

i И61

1 1

Ж

1 Э I М

1 М 1 Ф И Э !44

I б 1 OILED

1et ХХО4 оg

16 1 ! о!

1 &© 5

I ! ,I 1

:1 О .1 М

1 Э

1 И

I 44

Й

I 14

1Й

I 1 !

ОЙ

1 34 А

I Ж!4

О p D I 44Ъ !» О 4Ч В aO < aO чэ и4 4ю . 44ъ 44ъ Ф ю ч> an !4ъ an м

О О О О D О О О

4Ч О О О О ееЪ 4еЪ 4с4 4Ч СЧ 4Ч . 4Ч 4Ч

1068451

Т а б л и ц а 3

Наполнитель

Известный: до испытаний 32,3

8,5

32,0

10,7

45,0 после испытаний

20,1

4,1

20,0

Хрупкий 12,0

33,0

33,5

9,1

11,0

69,0 после испытаний

7,2

30,4

30,0

7,6

30,0

Таблица 4

Известный наполнитель,%

Наполнитель, полученный по предлагаемому способу, с использованием инертного газа с влажностью,%

0,0005 0,0010 0,0100 0,0200 0,0300

Значения удельной ударной вязкости свежесформованных композиций принимали за 100%

После 10 циклов испытаний

28-30

58-60

22-25

50-54

50-54

22-25

После 20 циклов испытаний

48-50

20-24 48-50

18-20

18-20

55-57

Составитель В.Божевольнов

Техред A,Áàáèíåö Корректор М. Шароши

Редактор Г.Волкова

11390/20 Тираж 6 38 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предлагаемый до испытаний

Предел текучести, МПа

Удлинение при пределе текучести,% Предел прочностиф Мпа

Удл при рыв

Удельная .ударная вязкость кДж/м