Модифицированный галогенированный и галогенсульфированный (со)полимер бутена-1, связующее, композиция и изделия на его основе

Изобретение относится к пластмассовой, резиновой, химической, нефтехимической, лакокрасочной, авиационной и другим отраслям промышленности. Галогенированный или галогенсульфированный (со)полимер бутена-1, полученный в растворе тетрахлорэтана или хлорбензола и содержащий химически связанные хлор и/или бром, или хлор и серу, или бром и серу, или одновременно хлор, бром и серу в виде SO₂Cl и SO₂Br групп, при этом содержание связанного хлора и/или брома составляет 1-73 мас.%, серы 0,2-4,0 мас.%. Полимерная, эластомерная композиция, связующее и изделия на основе галогенированного и галогенсульфированного (со)полимера бутена-1. Галогенированный и галогенсульфированный (со)полимер бутена-1, изделия и композиции на его основе обладают повышенной регулируемой прочностью, эластичностью, огнестойкостью, а также регулируемой температурой текучести, относительным удлинением и мягкостью. 6 н. и 3 з.п. ф-лы, 19 табл., 6 ил.

 

Изобретение относится к пластмассовой, резиновой, химической, нефтехимической, лакокрасочной, авиационной и другим отраслям промышленности, перерабатывающим и применяющим пластмассы, каучуки, лаки, адгезивы, а конкретнее к полимерам, резинам, каучукам, лакам и полимерным композициям на основе пластиков, каучуков и синтетических смол.

Известны хлорированные полиэтилены (ХПЭ), содержащие 1-72% хлора (Ронкин Г.М., Пластмассы, 1980, №8, с.16-20; Ronkin G.M. Jntem. Polym. Sci. and Technol, 1981, v.8, №2, pp.33-39).

Недостатком ХПЭ является их низкая прочность, малая эластичность и низкая огнестойкость.

Смеси каучуков и пластиков с ХПЭ имеют недостаточную прочность, эластичность и огнестойкость.

Применяемые для производства лаков, красок и адгезивов промышленные ХПЭ с высоким содержанием хлора (типа СРЕ-10, СРЕ-20, ФIСI: Англия) имеют низкую температуру текучести - всего 105-110°С.

Из US 5668220, 16.09.1997 известны хлорированные и хлорсульфированные полиолефиновые полимеры, в частности сополимер этилена и 1-октена, содержащий химически связанный хлор (2,0-23,0 мас.%) или хлорсульфированный, содержащий химически связанные хлор в количестве 20-50 мас.% и серу в количестве 0,8-2,5 мас.% на их основе, а также на основе полимерных композиций, содержащих этот галогенированный и галогенсульфированный сополимер этилена и 1-октана, получают различные изделия, например пленки.

Изделия из них имеют пониженную горючесть, однако не обладают необходимыми прочностными свойствами, кроме того, сам сополимер ограниченно растворяется в органических растворителях, что ограничивает его применение.

Из US 4379882, 12.04.1983 известны полиолефиновые композиции на основе галогенированных полиолефинов (полимеры и сополимеры C₂-C₈ олефинов и диенов, полибутен-1, поли-4-метил-1-пентен). При этом в качестве галогенирующего агента указаны хлор и бром, но при этом не указывается количество химически связанного галогена в полиолефине, т.к. этот патент в основном касается использования катализатора полимеризации алюминий-магния гидроксид Mgl-xAlx(OH)₂+xmH₂О. Известная композиция используется для изготовления формованных изделий, пленок с хорошими коррозионными свойствами, но недостаточно хорошими прочностными свойствами и эластичностью.

Из US 5449833, 12.09.1995 известны хлорированные и хлорсульфированные полиолефины (полиэтилен, сополимеры этилена с пропиленом, сополимеры этилена и бутена-1), полученные в присутствии катализаторов - органической перекиси или азокомпонента и в растворе трихлорэтана. При этом содержание химически связанного хлора в хлорированном сополимере этилен-бутена-1 составляет 27,2-27,4 мас.%; содержание химически связанного хлора и серы в хлорсульфированном сополимере этилен-бутен-1 соответственно составляет 29,7-35,4 мас.% и 0,9-1,0 мас.%. Полученные сополимеры используются для получения различных изделий, клеев и покрытий. Полученные хлорированные сополимеры этилена-бутена-1 имеют относительное удлинение 360-370%, хлорсульфированные сополимеры этилена-бутена-1 имеют относительное удлинение 521-538%.

Технической задачей заявленного изобретения (группы изобретений) является получение галогенированных и галогенсульфированных (со)полимеров бутена-1 и композиций на его основе, а также изделий с повышенной регулируемой прочностью, эластичностью, огнестойкостью, а также регулируемой температурой текучести, относительным удлинением и мягкостью.

Поставленная техническая задача достигается группой изобретения, включающей галогенированный или галогенсульфированный (со)полимер бутена-1, полученный в растворе тетрахлорэтана или хлорбензола, содержащий химически связанные хлор и/или бром, или хлор и серу, или бром и серу, или одновременно хлор, бром и серу в виде SO₂Cl- и SО₂Вr-групп, при этом содержание химически связанных хлора и/или брома составляет 1-73 мас.%, серы 0,2-4,0 мас.%.

При этом предпочтительно галогенированные и галогенсульфированные (со)полимеры бутена-1 содержат 1-73 мас.% химически связанного хлора, или 1-70 мас.% химически связанного брома, или 1-73 мас.% одновременно химически связанных хлора и брома, или одновременно химически связанных 10-65 мас.% хлора или брома и 0,2-4,0 мас.% серы в виде SO₂Cl- и SО₂Вr-групп, или одновременно химически связанных хлор и бром в количестве 1-70 мас.% и 0,2-4,0 мас.% серы.

Итак, техническая задача также достигается и композициями, содержащими вышеописанные (со)полимеры (галогенированные и галогенсульфированные) бутена-1 в качестве связующих лаков, клеев, покрытий и т.д.

В заявленную группу изобретения входит эластомерная композиция, включающая галогенированный или галогенсульфированный (со)полимер бутена-1, заявленного в качестве изобретения, в количестве 1-99 мас.% и 99-1 мас.% каучуковой композиции на основе каучука, выбранного из группы, включающей бутадиен-стирольный каучук, бутилкаучук, этиленпропиленовый каучук, изопреновый каучук, цис-1,4-полибутадиеновый каучук.

В заявленную группу изобретения входит связующее для адгезионно-клеевой или лакокрасочной композиции, представляющее собой модифицированный галогенированный или галогенсульфированный полученный в растворе лорбензола или тетрахлорэтана (со)полимер бутена-1, содержащий химически связанные хлор и/или бром и серу в количестве соответственно 58-73 мас.% хлора, или 56-70 мас.% брома, или 56-70 мас.% хлора и 0,3-4,0 мас.% серы, или 58-70 мас.% брома и 0,2-3,76 мас.% серы, или одновременно хлор и бром при суммарном содержании их 58-70 мас.%, или одновременно хлор и бром при содержании общем хлора и брома 56-73 мас.% и 0,2-4,0 мас.% серы в виде SO₂Cl- и SO₂Br-группы.

В заявленную группу изобретения также входит полимерная композиция для изготовления пленок, литьевых изделий, включающая 0,5-99,5 мас.% галогенированного или галогенсульфированного (со)полимера бутена-1, заявленного в качестве изобретения, и 0,5-99,5 мас.% совмещаемого с ним полимера, выбранного из группы, включающей полиэтилен высокого давления, полистирол, полипропилен, поливинилхлорид или их смеси.

При этом совмещаемый полимер может представлять собой вторичный полимер (некондиционный), например, в виде отходов полимера, например в виде разных обрезков изделий из него (пленки, трубки, оболочки кабеля).

Полимерная композиция дополнительно может содержать катализаторы межмолекулярного дегидрохлорирования, либо также она может быть подвергнута воздействию сшивающего γ-излучения с дозой до 70 Мрад, либо и то и другое.

В заявленную группу изобретения также входят изделия, полученные из галогенированного и галогенсульфированного (со)полимера бутена-1 по данному изобретению, при этом поверхность этих изделий подвергнута воздействию хлора и/или брома, или одновременно хлора и/или брома и сернистого ангидрида.

В заявленную композицию изобретения входят также различные изделия (покрытия, пленки, формованные изделия, традиционно изготавливаемые из резиновых смесей, герметики, клеевые покрытия и т.д.).

Изготовленные с использованием галогенированных или галогенсульфированных (со)полимеров бутена-1 по данному изобретению, а также композиций, его содержащих, являющихся также одним из изобретений заявленной группы.

При этом в качестве каучуковых композиций при получении эластомерных композиций по изобретению используют, например, различные традиционно изготавливаемые резиновые смеси, содержащие различные традиционные для них целевые добавки (вулканизующие добавки, стабилизирующие добавки, противостарители, наполнители и т.д.), например техуглерод, оксид цинка, каптакс, дифенилгуанидин, 4-меркаптобензтиазол, магнезию жженую и др. (см. “Справочник резинщика” под ред. П.И.Захарченко и др., М., Химия, с.32, 51-52, 61-68, 101-111).

В частности, в качестве каучуковой композиции бутадиен-стирольного каучука (пример 14) используют композицию резиновой смеси, включающей бутадиен-стирольный каучук 100 мас.ч. 2-меркаптобензтиазол 0,6 мас.ч., серу 0,1-0,8 мас.ч., тиурам 0,3-0,6 мас.ч., белила цинковые 3-6 мас.ч., стеарин 6-8 мас.ч., фенил-2-нафтиламин 0,8-1,2 мас.ч., парафин 10,4-20,8 мас.ч., битум нефтяной 5-10 мас.ч., канифоль 1-2 мас.ч., мел 50-100 мас.ч., тальк 50-96 мас.ч., натрий тетраборнокислый 10-15 мас.ч., техуглерод 30-60 мас.ч., дибутилфталат 0,23 мас.ч.

В качестве каучуковой композиции на основе изопренового каучука используют композицию резиновой смеси, включающей изопреновый каучук 100 мас.ч., белила цинковые 4-8 мас.ч., каптакс 0,3-1,0 мас.ч., дифенилгуанидин 0,8-1,8 мас.ч., магнезию жженую 0,5-0,8 мас.ч., стеарин 8-10 мас.ч., парафин 10-15 мас.ч., технический углерод 20-40 мас.ч.(пример 15).

В качестве каучуковой композиции на основе этиленпропиленового каучука используют, например, композицию резиновой смеси, включающей в мас.ч: этиленпропиленовый каучук-10, мягчитель 6,0-8,0, наполнитель 20,0-76,0, полиорганосилоксан 1,0-2,5, оксид цинка 5,0-10,0, стеариновую кислоту 0,8-1,5 (пример 17).

В качестве каучуковой композиции на основе бутилкаучука используют композицию резиновой смеси, включающей в мас.ч.: бутилкаучук 100, серу 2,0, тиурам 0,65-1,3, каптакс 0,65-1,3, окись цинка 5,0, стеариновая кислота 2,0-3,0, канальная сажа 50,0 (пример 16).

В качестве каучуковой композиции на основе цис-1,4-полибутадиена используют композицию, например, резиновой смеси, включающей в мас.ч.: бутадиеновый каучук (СКД-II, СКД-I, СКДЛ) 100, масло ПН-6 15-40, сажа ПМ-100 60-80, сера 1,95-2,4, сантокор-МФ 1,15-1,4, стеариновая кислота 2,0, окись цинка 5,0, антилюкс 1,5, парафенилендиамин 1,0 (пример 18).

Ниже представлены конкретные примеры получения галогенированного и галогенсульфированного (со)полимера 4-метил-пентена-1, их свойства, свойства их как связующих для адгезионно-клеевых и лакокрасочных покрытий, получение и свойства композиций и изделий на их основе.

При этом содержание химически связанных хлора, брома и серы в полимере выражено в мас.%.

Полибутены и СБ известные полимеры класса полиолефинов и по объему производства находятся на 3-м месте после ПЭ и полипропилена. Отличием ПБ и СБ является то, что их прочность составляет 29-26 мПа, в то время как прочность ПЭВД 10-12 мПа. Это отличие. а также строение цепи ПБ и СБ позволило достичь повышенную прочность, эластичность и огнестойкость модифицированных ПБ и СБ и их смесей с другими полимерами, о чем свидетельствуют приведенные ниже примеры.

Хлорирование, бромирование, хлорбромирование, хлорсульфирование, бромсульфирование и хлорбромсульфирование ПБ с ПТР-0,14-15,6 г/10 мин проводили в растворе хлорсодержащих растворителей (тетрахлорэтан или хлорбензол) на установке, состоящей из 2-х литрового круглодонного реактора, снабженного барботером для подачи из баллонов газообразного хлора и газообразного сернистого ангидрида, мешалкой, конденсатором, соотвтствующей арматурой и коммуникаций. Абгазы нейтрализовали в поглотительной колонне.

При бромировании, хлорбромировании и бромсульфировании жидкий бром вводили непосредственно в реактор через капельную воронку. Сернистый ангидрид подавали из баллона через барботер. Хлорбромирование ПБ и СБ получали бромированием полимеров в растворе с жидким бромом, а затем хлорированием газообразным хлором.

Хлорсульфированные ПБ и СБ получали одновременным хлорированием и сульфированием полимеров при подаче в раствор полимера хлора и сернистого ангидрида.

Бромсульфирование ПБ и СБ получали одновременным бромированием жидким бромом и сульфированием при подаче газообразного SO₂ в реакционную смесь.

По окончании реакции (получение заданного количества модификаторов в полимере) раствор модифицированных полимеров отдували азотом от кислых газов, полимеры высаживали из раствора этанолом, отжимали и сушили в вакуум-сушильном шкафу при 40-60°С до содержания летучих не более 0,3%.

Определение содержания галогена проводили по методу Шенигера.

Определение уровня высокоэластической деформации полимеров и температуры их текучести проводили по общепринятой методике определения степени эластичности полимеров по термомеханическим кривым (ТМК), снятым на приборе для снятия термомеханических кривых типа весов Цейтлина, при одноосном сжатии и при нагреве образцов от -50 до +180°С при скорости нагрева 2°С/мин с автоматической записью результатов. Нагрузка на шток составляла 2 мПа (Ронкин Г.М. Каучук и резина, 1979, №7, с.5-11). Методика определения остальных характеристик модифицированных полимеров бутена и СБ, указанных в таблицах, описаны в этом источнике.

Следует отметить, что уровень высокоэластической деформации ХПБ, полученных хлорированием в хлорбензоле, выше, чем у ХПБ,

хлорированных в тетрахлорэтане, но при равных содержаниях хлора прочностные характеристики у них ниже.

В таблицах приведен уровень высокоэластической деформации, определенный по ТМК в середине плато высокоэластичности.

Фиг.1. Термомеханические кривые исходного (1) и галогенированных ПБ с содержанием хлора, %: 2-1,52 (брома 1,71);3-7,70 (брома 8,43); 4-13,16; 5-23,54 (брома 26,45); 6-40,42 (брома 44,68 и серы 1,32); 7-54,43; 8-61,83 (брома 61,93 и хлора 1.87); 9 63,83 (брома 66,82); 10-69,71; 11-72,93.

Фиг.2. Характеристика исходного (1) и галогенированных ПБ с содержанием хлора, %: 2-4,31 (брома 6,93); 3-7,70 (брома 8,43); 4-11,42 (хлора 10,61 и брома 3,41); 5-23,54 (брома 26,45 и серы 0,39); 6-33,16 (брома 36.91); 7-40,42 (брома 44,81); 8-54,46; 9-58,23 (брома 60, 11).

Фиг.3. Изменение сопротивления разрыву (1), относительного удлинения (2) и температуры текучести по данным термомеханики (3) для галогенированных ПБ различной степени галогенирования.

1.. - хлорированный ПБ, Δ - бромированный ПБ,

2. х - хлорированный ПВ, - бромированный ПБ,

3. о - хлорированный ПБ, - бромированный ПБ.

Фиг.4. Изменение значений ПТР смесей полимеров с ХПБ (14,63% хлора) в зависимости от содержания ХПБ в смеси.

1 - ПЭВД; 2 - ПП; 3 - ПС.

Фиг.5. Изменение сопротивления разрыву (А) и относительного удлинения (Б) смесей полимеров с ХПБ (14,63% хлора) в зависимости от содержания ХПБ в смеси.

1. - ПЭВД; 2. 0 - ПП; 3. х - ПВХ; 4. - ПС.

Фиг.6. Термомеханические кривые исходных полимеров и смесей полимеров с добавками ХПБ (14,63% хлора).

1.. - ПЭВД:, 2. х - ПЭВД с 3% ХПБ, 3.0 - ПП.

4. - ПП с 3% ХПБ. 5. Δ - ПС. 6 ▿ - ПС с 7% ХПБ.

7. - ПВХ. 8. ⊘ - ПВХ с 10% ХПВ.

1. Галогенированный или галогенсульфированный (со)полимер бутена-1, полученный в растворе тетрахлорэтана или хлорбензола и содержащий химически связанные хлор, и/или бром, или хлор и серу, или бром и серу, или одновременно хлор, бром и серу в виде SO₂Сl - и SO₂Вr-групп, при этом содержание связанного хлора и/или брома составляет 1-73 мас.%, серы 0,2-4,0 мас.%.

2. Галогенированный или галогенсульфированный (со)полимер бутена-1 по п.1, отличающийся тем, что содержит 1-73 мас.% химически связанного хлора, или 1-70 мас.% химически связанного брома, или 1-73 мас.% одновременно химически связанных хлора и брома, или одновременно химически связанных 10-65 мас.% хлора или брома и 0,2-4,0 мас.% серы в виде SO₂Cl- и SO₂Br-групп, или одновременно химически связанных хлора и брома в суммарном количестве 1-70 мас.% и серу 0,2-4,0 мас.% в виде SO₂Cl- и SO₂Br-групп.

3. Эластомерная композиция, включающая галогенированный или галогенсульфированный (со)полимер бутена-1 по пп.1 и 2 в количестве 99-1 мас.% и 1-99 мас.% каучуковой композиции на основе каучука, выбранного из группы, включающей бутадиенстирольный каучук, бутилкаучук, этиленпропиленовый каучук, изопреновый каучук, цис-1,4-полибутадиеновый каучук.

4. Связующее для адгезионно-клеевой или лакокрасочной композиции, представляющее собой модифицированный галогенированный или галогенсульфированный (со)полимер бутена-1, полученный в растворе хлорбензола или тетрахлорэтана и содержащий химически связанный хлор и/или бром и серу в количестве соответственно 58-73 мас.% хлора или 56-70 мас.% брома, или 56-70 мас.% хлора и 0,3-4,0 мас.% серы, или 58-70 мас.% брома и 0,2-3,76 мас.% серы, или одновременно хлор и бром при суммарном содержании их 58-70 мас.%, или хлор и бром при суммарном содержании их 56-73 мас.% и серу в количестве 0,2-4,0 мас.% в виде SO₂Cl- и SO₂Br-групп.

5. Полимерная композиция для изготовления пленок и литьевых изделий, включающая 0,5-99,5 мас.% галогенированного или галогенсульфированного (со)полимера бутена-1 по пп.1 и 2 и 0,5-99,5 мас.% совмещаемого с ним полимера, выбранного из группы, включающей полиэтилен высокого давления, полистирол, полипропилен, поливинилхлорид или их смеси.

6. Полимерная композиция по п.5, отличающаяся тем, что совмещаемый полимер представляет собой вторичный полимер в виде отходов полимеров.

7. Полимерная композиция по п.5 или 6, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно катализатор дегидрохлорирования и/или подвергнута воздействию дегидрохлорирующего и сшивающего γ-излучения с дозой до 70 Мрад.

8. Изделие из (со)полимера бутена-1 по пп.1 и 2, поверхность которого подвергнута воздействию хлора, и/или брома, или одновременно хлора и/или брома и сернистого ангидрида.

9. Изделие из галогенированного или галогенсульфированного (со)полимера бутена-1 по пп.1 и 2 или из композиции, содержащей его, по одному из пп.3-7.