Термопластичная эластомерная композиция

Настоящее изобретение относится к термопластичной эластомерной композиции на основе полиэтилена и хлорсульфированного полиэтилена, предназначенной для изготовления методами литья под давлением и экструзии прокладок, втулок, манжет и других резинотехнических изделий, работающих в условиях контакта с агрессивными средами. Композиция получена путем смешения полиэтилена при скорости вращения роторов 50 мин^-1 до полного его плавления, после чего в расплав полиэтилена добавлен хлорсульфированный полиэтилен при скорости вращения роторов 65 мин^-1. При этом показатель текучести расплава композиции, определенный при нагрузке 15 кг и температуре 150°С, составляет 0,5-4,99 г/10 мин. Композиции содержит 20-60 мас.% полиэтилена и 40-80 мас.% хлорсульфированного полиэтилена. Полученная композиция обладает повышенной устойчивостью к действию агрессивных сред и высокими физико-механическими свойствами. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к термопластичной эластомерной композиции с повышенной устойчивостью к действию агрессивных сред, на основе полиэтилена и хлорсульфированного полиэтилена, которые могут быть использованы для изготовления методами литья под давлением и экструзии прокладок, втулок, манжетов и других резинотехнических изделий работающих в условиях контакта с агрессивными средами.

Известна термопластичная эластомерная композиция (РФ №2276167, МПК C08L 23/16, C08L 23/06, C08L 23/10, C08L 61/10, C08J 3/20, C08J 3/24, - 10.05.2006) следующего состава, мас.ч.: - 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 пероксидная вулканизация: 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 агрессивных сред, например алифатических углеводородов, кетонов, спиртов и нефтепродуктов.

Известна термопластичная эластомерная композиция (РФ №2343170, МПК C08L 23/16, C08L 23/12, C08L 23/06, С08К 13/02, C08J 3/24, - 01.02.2007), содержащая полипропилен, полиэтилен, тройной этилен-пропилен-диеновый сополимер, серу, первичный и вторичный ускорители вулканизации, стеариновую кислоту и оксид цинка.

Данная композиция не обладает устойчивостью к действию химических агрессивных сред. Также недостатком данной композиции является много-компонентность, что усложняет ее получение.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является термопластичная эластомерная композиция (патент ЕР 2098566 А1, МПК C08L 23/08, C08L 77/00, - 08.08.2009) следующего состава: полиамид - 10-40 мас.%; сополимер α-олефин-винилацетата (содержанием звеньев винилацетата от 60-80 мас.%) - 60-80 мас.%; наполнители, пластификаторы, антиоксиданты, антиозанаты - 5-15 мас.%; вулканизующий агент 0,2-10 м.ч. на 100 м.ч. сополимера α-олефин-винилацетат.

Недостатками данной композиции является низкие деформационно-прочностные свойства и устойчивость к действию масел, так как маслопоглащение составляет 22 мас.%, прочность при растяжении 5,1 МПа и относительное удлинение при разрыве 220%. Также недостатком является необходимость добавления в композицию антиоксидантов и антиозанантов для повышения устойчивости к действию атмосферы.

Задача настоящего изобретения состоит в предложении состава термопластичной эластомерной композиции с повышенной устойчивостью к действию агрессивных сред и высокими физико-механическими свойствами.

Технический результат: повышение устойчивости к действию агрессивных сред и физико-механических свойств.

Для решения поставленной технической задачи предложена термопластичная эластомерная композиция, предназначенная для изготовления изделий методами литья под давлением и экструзии, полученная путем смешения полиэтилена при скорости вращения роторов 50 мин^-1 до полного его плавления с последующим добавлением хлорсульфированного полиэтилена при скорости вращения роторов 65 мин^-1, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

полиэтилен	20-60
хлорсульфированный полиэтилен	40-80,

при этом показатель текучести расплава композиции, определенный при нагрузке 15 кг и температуре 150°С, составляет 0,5-4,99 г/10 мин.

Термопластичная эластомерная композиция дополнительно содержит окись магния, в количестве 5 мас.ч. на 100 мас.ч. хлорсульфированного полиэтилена.

Содержание термопластичного полимера в композиции 20-60 мас.%, а хлорсульфированного полиэтилена 40-80 мас.%. При данном соотношении компонентов композиция проявляет эластичные свойства, высокую устойчивость к действию агрессивных сред и обеспечивается ее переработка литьевыми методами.

В соответствии с изобретением в качестве эластомера используется хлорсульфированный полиэтилен. В таком полимере одна группа - SO₂Cl приходится на каждые 90 атомов С и один атом Cl на каждые 7-8 атомов С. В макромолекуле ХСПЭ отсутствуют ненасыщенные связи, что определяет инертность композиции к кислороду, озону и многим химически агрессивным средам. Наличие хлорированных и хлорсульфированных третичных групп в молекуле хлорсульфированного полиэтилена приводит к тому, что при температуре свыше 120°С (в процессе получения и переработки композиции) происходит дегидрохлорирование хлорсульфированного полиэтилена по нестабильным третичным группам с выделением хлористого водорода и образованием пространственно сшитой структуры, что приводит к упрочнению получаемого материала.

В предлагаемом способе используют следующие компоненты.

В качестве термопластичного полимера используют полиэтилен высокого давления (ПЭВД) ГОСТ 16837-77, полиэтилен низкого давления (ПЭНД) ГОСТ 16838-85.

В качестве эластичного полимера используют хлорсульфированный полиэтилен различных марок с различным содержанием хлорированных и хлорсульфированных групп, такие как ХСПЭ-20И ТУ 6-55-9-90 с изменением 1, ХСПЭ-А, ХСПЭ-Б, ХСПЭ-П, ХСПЭ-Л ХСПЭ-Ж, ХСПЭ-40 [Донцов А.А. и др. Хлорированные полимеры.- М., Химия, 1979. - 232 с.], а также зарубежные аналоги Hipolon 20®, Hipolon 40®, Hipolon 40S®, Hipolon 4085®, Hipolon 45®, Hipolon 48®, Hipolon 48S®, Toso-CSM®, Extos®, CSM 40L®, CSM 40M®, CSM 40H®.

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 15 кг и температуре 150°С. Устойчивость к действию агрессивных сред определяли по ГОСТ 9.030-74 при температурах указанных в таблице 1 по набуханию в течении 168 час, а также изменению показателя физико-механических свойств при выдерживании в течении 72 часов в различных средах приведенных в таблице 1. Испытания на устойчивость к действию озона и атмосферы проводили по ГОСТ 9.708-83 и 9.707-81.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В смеситель типа Брабендер загружается 60 мас.% (45,6 г.) ПЭНД и ведут смешение при температуре 135°С и скорости вращения роторов 50 мин^-1 до полного плавления ПЭНД. Далее в смеситель добавляют 40 мас.% (30,4 г.) ХСПЭ и ведут смешение в течение 10 мин при температуре 135°С и скорости вращения роторов 65 мин^-1. В результате получается термопластичная эластомерная композиция составом (мас.%) ПЭНД 60; ХСПЭ 40. 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 загружается 50 мас.% (38 г.) ПЭВД и ведут смешение при температуре 135°С и скорости вращения роторов 50 мин^-1 до полного плавления ПЭВД. Далее в смеситель добавляют 50 мас.% (38 г.) ХСПЭ и ведут смешение в течение 10 мин при температуре 135°С и скорости вращения роторов 65 мин^-1. В результате получается термопластичная эластомерная композиция составом (мас.%) ПЭВД 50; ХСПЭ 50. 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 загружается 60 мас.% (45,6 г.) ХСПЭ и ведут смешение при температуре 135°С и скорости вращения роторов 50 мин^-1. Далее в смеситель добавляют 40 мас.% (30,4 г.) ПЭВД и ведут смешение в течение 10 мин при температуре 135°С и скорости вращения роторов 65 мин^-1. В результате получается термопластичная эластомерная композиция составом (мас.%) ПЭВД 40; ХСПЭ 60. Далее полученные смеси перерабатывались по технологии, характерной для пластмасс. Полученную термопластичную эластомерную композицию подвергают испытаниям. Свойства конечного материала приведены в таблице 1.

Пример 4. На вальцах ЛБ 450 225/225 в ХСПЭ-20И вводят оксид магния из расчета 5 мас.ч. окиси магния на 100 мас.ч. ХСПЭ. Затем в смеситель типа Брабендер загружается 30 мас.% (22,8 г.) ПЭВД и ведут смешение при температуре 135°С и скорости вращения роторов 50 мин^-1 до полного плавления ПЭВД. Далее в смеситель добавляют 70 мас.% (53,2 г.) смеси полученной на вальцах и ведут смешение в течение 10 мин при температуре 135°С и скорости вращения роторов 65 мин^-1. Далее полученные смеси перерабатывались по технологии, характерной для пластмасс. Получают термопластичную эластомерную композицию, которую подвергают испытаниям. В результате получается термопластичная эластомерная композиция составом (мас.%) ПЭВД 30; ХСПЭ 67,4; оксид магния 2,6. Свойства конечного материала приведены в таблице 1.

Пример 5. На вальцах ЛБ 450 225/225 в ХСПЭ-20И вводят оксид магния из расчета 5 мас.ч. окиси магния на 100 мас.ч. ХСПЭ. Затем в смеситель типа Брабендер загружается 80 мас.% (60,8 г.) смеси полученной на вальцах и ведут смешение при температуре 135°С и скорости вращения роторов 50 мин^-1 в течении 3 мин. Далее в смеситель добавляют 20 мас.% (15,2 г.) ПЭВД и ведут смешение в течении 10 мин при температуре 135°С и скорости вращения роторов 65 мин^-1. Далее полученные смеси перерабатывались по технологии, характерной для пластмасс. Получают термопластичную эластомерную композицию которую подвергают испытаниям. В результате получается термопластичная эластомерная композиция составом (масс.%) ПЭВД 20; ХСПЭ 77,4; оксид магния 2,6. Свойства конечного материала приведены в таблице 1.

Пример 6 (по прототипу). Закрытый смеситель объемом 1,5 л. Предварительно нагревают до температуры 180°С и загружают каучук (сополимер этилен-винилацетат) Levapren 600® в количестве 95 мас.ч. и все дополнительные ингредиенты, за исключением вулканизующего агента, такие как MAH_g_Lev 600 в количестве 5 мас.ч. Fusabond MC250D (сополимер этилен-винил ацетат с содержанием винилацетата 28 мас.%), а также и присадки: 2 мас.ч. Maglite® DE и 3 мас.ч. Rhenogran PCD 50, и ведут смешение в течение 1 мин. При скорости вращения роторов 100 мин^-1. Далее в смеситель загружается термопласт (полиамид-6) в количестве 40 мас.ч. и ведут смешение при температуре 230-250°С и скорости вращения роторов 130-150 мин^-1 в течение 3 мин. По окончанию 3 мин. в смеситель загружается вулканизующий агент пероксид (Trigonox® 311 производства Akzo Nobel Chemicals) и смешение продолжают еще 3 мин. при скорости вращения роторов 150 мин^-1, при этом происходит динамическая вулканизация каучука. Далее полученные смеси прессовались при температуре 250°С в течение 10 мин в виде пластин толщиной 2 мм. Свойства конечного материала приведены в таблице 1.

Как видно из приведенных данных, полученные термопластичные эластомерные композиции по предлагаемому способу, во-первых, превосходят прототип по комплексу физико-механических свойств, так условная прочность при растяжении (по примеру 1 и 2) превосходят прототип в 1,3-5 раза, при равном значении относительного удлинения.

Значение показателя текучести расплава (ПТР) свидетельствует о том, что термопластичная эластомерная композиция по данному изобретению может быть переработана литьевыми методами, экструзией.

Также данная термопластичная эластомерная композиция обладает устойчивостью к действию агрессивных сред. Так маслопоглащение составляет 1,93, изменение разрывной прочности 13,93%, а бензопоглащение 30,18%, изменение разрывной прочности 28,71% (пример 2). При этом маслостойкость данной композиции превосходит прототип. По данным приведенным в таблицы 1 и в соответствии с нормами стандарта ASTM D 471 и ASTM D 2000 следует, что термопластичная эластомерная композиция обладает устойчивостью к действию кислот, щелочей, хлорированных углеводородов.

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

заявленное изобретение позволяет получать термопластичные эластомерные композиции с повышенной устойчивостью к действию агрессивных сред и высокими физико-механическими свойствами;

для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной 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.

1. Термопластичная эластомерная композиция, предназначенная для изготовления изделий методами литья под давлением и экструзии, полученная путем смешения полиэтилена при скорости вращения роторов 50 мин^-1 до полного его плавления с последующим добавлением хлорсульфированного полиэтилена при скорости вращения роторов 65 мин^-1 при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

полиэтилен	20-60
хлорсульфированный полиэтилен	40-80,

при этом показатель текучести расплава композиции, определенный при нагрузке 15 кг и температуре 150°С, составляет 0,5-4,99 г/10 мин.

2. Термопластичная эластомерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит окись магния в количестве 5 мас.ч. на 100 мас.ч. хлорсульфированного полиэтилена.