Полимерная композиция

 

Изобретение относится к окрашенным полимерным композициям. Композиция включает термостабилизированный полипропилен и пигмент - фильтрат электроплавильных печей металлургического производства. Он включает оксиды металлов и неметаллов в отношении 3,46 - 6,33. Количество пигмента составляет 0,1 - 40% на 100% композиции. 3 табл.

Изобретение относится к полимерным композициям на основе полипропилена и пигмента и может быть использовано при окрашивании полиолефинов в цвета коричнево-бежевой гаммы.

Известны полимерные композиции на основе полипропилена, в которых для получения коричневых оттенков содержится пигмент красный железоокисный (полипропилен, ГОСТ 20996-66, приложение 3, рецептуры окрашивания N 703-708, с. 44-45, прототип).

Недостатком указанных композиций является то, что использование железоокисного пигмента приводит к получению окрашенного полипропилена с низкой термостабильностью. Кроме того, этот пигмент требует введения дополнительных пигментов для придания полимеру необходимых цветовых оттенков, что затрудняет совместимость системы полимера с компонентами и приводит к разнооттеночности при переработке окрашенного полимера в изделия и поэтому требует дополнительных затрат на смешение.

Предлагаемое изобретение обеспечивает получение окрашенного полипропилена с высокой устойчивостью к термодеструкции и придает ему оригинальные колористические свойства, что расширяет цветовой ассортимент окрашенного полипропилена с одновременным решением проблемы утилизации отхода и расширением ассортимента красителей полимеров.

Это достигается тем, что полимерная композиция на основе стабилизированного полипропилена в качестве пигмента содержит фильтрат металлургического производства, состава, мас.%: Fe₂O₃ - 45-55 SiO₂ - 3-6 CaO - 6-11 Аl₂О₃ - 2-5 MgО - 7-12 Сr₂О₃ - 3-6 NiO - 2-4 МnО - 1-5 Потери при прокаливании - Остальное
с отношением суммарной массовой доли оксидов металлов к суммарной массовой доле оксидов неметаллов, равным 3,46-6,3, при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:
Фильтрат электроплавильных печей металлургического производства - 0,1-40
Полипропилен - 60-99,9
Фильтрат электроплавильных печей является побочным продуктом металлургического производства и представляет собой тонкодисперсную смесь оксидов металлов и неметаллов с размером частиц 0,1-10 мкм, улавливаемых на фильтрах из отходящих дымов электроплавильных печей, не имевших до сих пор применения и создающих проблемы хранения при накапливающихся объемах, ТУ 113-05-0036412-70-97.

Известны пигменты природного происхождения для окрашивания полимеров в коричневые тона на основе оксидов металлов и оксидов неметаллов (Е.Ф.Беленький, М. В. Рискин. Химия и технология пигментов, Химия, Л., 1974, с. 417-420). Указанные пигменты имеют близкий к предлагаемому химический состав. Однако при введении в полимер они значительно ухудшают термостабильность окрашенного полипропилена. Кроме того, плохое совмещение указанных пигментов с полимером не обеспечивает однородность и насыщенность цвета - цвет полимера получается блеклый, невыразительный и не отвечает колористическим требованиям.

Готовится заявляемая полимерная композиция обычным смешением компонентов в быстроходном смесителе, затем смесь гранулируется. Для термостабилизации полипропилена использовалась стабилизирующая система, мас.%, на полипропилен:
Стеарат кальция - 0,05
Ирганокс В-215 - 0,075
Ирганокс 1010 - 0,025
Состав композиций и их свойства приведены в табл. 1.

Пример 1. К 995 г гранулированного стабилизированного полипропилена добавляют 5 г промышленного фильтрата электроплавильных печей металлургического производства. Смесь перемешивают в течение 15 мин в холодном смесителе "Ангер", после этого смесь гранулируют на лабораторном экструдере с диаметром шнека 20 мм и соотношением диаметра к длине шнека, равным 20. Из полученных гранул шоколадного цвета прессуют образцы для испытаний. Данные испытаний приведены в табл. 1, композиция N 1.

Для придания различных оттенков окрашенным фильтратом композициям в состав можно вводить известные компоненты, например двуокись титана или другие, применяемые для полиолефинов пигменты.

Пример 2. К 990 г гранулированного стабилизированного полипропилена добавляют 7 г промышленного фильтрата электроплавильных печей металлургического производства и 3 г двуокиси титана. Компоненты перемешивают аналогично примеру 1 и получают образцы светло-коричневого цвета со свойствами, указанными в табл. 1, композиция 2.

Пример 3-8. Аналогично готовят композиции 3-8 по рецептурам, указанным в табл. 1.

На практике для окрашивания полиолефинов обычно используют концентраты пигментов. Для получения концентрата на основе полипропилена с использованием фильтрата электроплавильных печей металлургического производства были разработаны композиции для окрашивания полипропилена или полиэтилена в различные цвета.

В табл. 2 приведены высоконаполненные композиции полипропилена и фильтрата - N 9-16, которые используются в качестве концентратов для окрашивания полиолефинов в цвета, указанные в табл. 2, и самостоятельно не применяются как конечный продукт, поэтому их физико-механические свойства и термостабильность не приведены.

При изготовлении высоконаполненных композиций в качестве смачивающего агента ("прилипателя") использовали минеральное масло для улучшения совместимости фильтрата - пигмента с полипропиленом.

Пример 9. (Приготовление концентрата). К 895 г гранулированного стабилизированного полипропилена добавляют 5 г минерального масла, после перемешивания в течение 10 мин добавляют 100 г фильтрата порциями в 2-3 приема, каждый раз перемешивая смесь в течение 5 мин.

Смесь компонентов гранулируют на экструдере и полученный концентрат используют для окрашивания полипропилена или полиэтилена в шоколадный цвет, композиция 9, табл. 2. Аналогично готовятся концентраты для окрашивания полиолефинов в коричневый и бежевый тона с различными оттенками (примеры 10-16, табл. 3).

Пример 17. К 990 г полиэтилена добавляют 10 г концентрата, перемешивают, гранулируют на экструдере, указанном в примере 2. Окрашенный в темно-шоколадный цвет полиэтилен по качеству превосходит исходный неокрашенный материал, а именно улучшаются такие свойства, как предел текучести при разрыве, прочность на удар.

Полученные согласно вышеуказанным примерам окрашенные гранулы подвергаются испытанию на термостабильность - стойкость к деструкции под действием высоких температур. Стойкость к деструкции оценивалась двумя методами.

По первому методу - "Ускоренное термостарение при 150^oС - гранулы выдерживают при 150^oС в термошкафу. Определяют время в часах до начала разрушения гранул. Результаты приведены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что время до разрушения предлагаемых композиций значительно превосходит время до начала разрушения, чем по прототипу, а именно заявляемая композиция разрушается через 140-180 или 835 ч, в то время, как композиция, содержащая известный краситель, разрушается через 68-91 ч. Полученные данные подтвердились при испытании вторым методом стойкости к деструкции.

Согласно второму методу "Многократная экструзия" - окрашенные гранулы выдерживают в экструзионной камере ИИРТ, нагретой до 230^oС, в течение 10 мин. После чего расплавленную массу продавливают через капилляр диаметром 2 мм при нагрузке 5 кг. Полученные прутки измельчают и операцию повторяют соответственно заданному числу экструзий (1,3 или 5 раз). После чего определяют показатель текучести расплава (ПТР, г/10 мин) при температуре 230^oС, времени выдержки 4 мин и нагрузке 2,16 кг.

Результаты измерения ПТР после 1,3 и 5-кратных экструзий приведены в табл. 3.

Сравнивая композиции с одинаковым содержанием пигмента железоокисного (по прототипу) и пигмента - фильтрата, т.е. композиции 1 и 7, 3 и 8, можно видеть, что рост ПТР и, следовательно, способность к деструкции больше у композиции с пигментом железоокисным (7 и 8) растет с увеличением его содержания. Кроме того, предлагаемые окрашенные полипропиленовые композиции обладают высокими прочностными показателями, что подтверждается приведенными в табл. 1 данными.

Как видно из табл. 1, заявляемая композиция обеспечивает широкую цветовую гамму окрашивания полиолефинов, при этом полимер обладает высокими прочностными показателями, улучшенной термостабильностью, т.е. повышенной стойкостью к деструкции под действием высоких температур.

Изделия, полученные из окрашенного по заявляемым композициям полипропилена могут быть использованы при работе в условиях повышенных температур, например в области автомобилестроения в качестве материала для внутренней обшивки салонов: панелей, приборных щитков, ковриков, а также предметов бытового назначения.

Заявляемая композиция обладает новизной и следующими положительными факторами: во-первых, расширяется цветовая гамма изделий из окрашенных полиолефинов, одновременно решается вопрос дефицита пигментов для окрашивания полиолефинов и, во-вторых, найдена область применения тоннажного побочного продукта металлургического производства - фильтрата электроплавильных печей.

Формула изобретения

Полимерная композиция на основе термостабилизированного полипропилена и пигмента, отличающаяся тем, что в качестве пигмента она содержит фильтрат электроплавильных печей металлургического производства состава, мас.%:
Fe₂O₃ - 45 - 55
SiO₂ - 3 - 6
CaO - 6 - 11
Al₂O₃ - 2 - 5
MgO - 7 - 12
Cr₂O₃ - 3 - 6
NiO - 2 - 4
MnO - 1 - 5
Потери при прокаливании - Остальное
при этом отношение суммарной массовой доли оксидов металлов к суммарной массовой доле оксидов неметаллов составляет 3,46 - 6,33, при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:
Фильтрат электроплавильных печей металлургического производства - 0,1 - 40
Полипропилен - 60 - 99,9с

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3