×
20.01.2018
218.016.0f99

Способ бромирования поверхности порошка СВМПЭ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу бромирования поверхности порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Способ включает приготовление раствора галогена в низкокипящем органическом растворителе с последующим бромированием поверхности СВМПЭ с использованием ультрафиолетового излучения в качестве инициатора. Органический растворитель выбирают как инертный по отношению к СВМПЭ и брому. Реакционную смесь выдерживают в течение 18-72 часов в зависимости от требуемого содержания привитого брома на поверхности СВМПЭ при температуре кипения органического растворителя не более 120°С, под действием ультрафиолетового излучения и при постоянном перемешивании реакционной смеси. По окончании реакции модифицированный СВМПЭ нейтрализуют и очищают. Способ позволяет получить СВМПЭ с содержанием брома на поверхности 10-46 мас. %. Технический результат – эффективное протекание реакции бромирования поверхности порошка СВМПЭ в жидкой среде, без растворения полимера. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Способ бромирования поверхности порошка СВМПЭ

Изобретение относится к способу бромирования поверхности порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), применяемого для изготовления полимерных нанокомпозитов с высокими эксплуатационными свойствами.

СВМПЭ - это модификация полиэтилена низкого давления с молекулярной массой от 2 млн. К уникальным свойствам СВМПЭ, обуславливающие его применение, относятся исключительно высокая износостойкость и прочность, низкий коэффициент трения и высокая морозостойкость, химическая стойкость, а также стойкость к излучениям высокой энергии (УФ, гамма и рентгеновские лучи) и т.д. Комплекс эксплуатационных характеристик СВМПЭ позволяет применять его в качестве средств бронезащиты, в узлах сухого трения машин и механизмов, в качестве имплантов в эндопротезировании, в спортивной, военно-промышленной, космической и машиностроительной технике.

СВМПЭ отличается от полиэтилена (ПЭ) традиционных марок (ПЭВД, ПЭНД), прежде всего, высокой молекулярной массой и, следовательно, невозможностью перехода в расплав и трудностями в подборе растворителя, тогда как большинство предлагаемых способов галогенирования полиэтиленов требуют перевода полимера в раствор.

Перспективными в настоящее время считаются полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и неорганических наполнителей, которые обладают эксплуатационными характеристиками, превышающими исходный СВМПЭ. Однако главным препятствием к достижению подобных результатов является недостаточная адгезия между компонентами ПКМ. Проблема увеличения адгезии между неполярной полимерной матрицей и полярным наполнителем является одной из основных в современном материаловедении. В настоящее время существуют разные способы увеличения адгезии, такие как химическая, термомеханическая, механохимическая, плазменная, радиационная обработка полимера или наполнителя, поверхностная прививка гидрофильного мономера и т.д. Предлагаемое изобретение направлено на решение данной проблемы путем создания порошка СВМПЭ с поверхностью, модифицированной бромом - компонентом пластических масс, повышающего адгезию между неорганическими и органическими веществами и не действующего как пластификатор.

Среди галогенирующих агентов предпочтительнее бром, т.к. данный процесс более контролируемый и реакционная способность бромпроизводных в реакциях нуклеофильного замещения выше, чем у хлорпроизводных, а йод является менее технологичным и реакционноспособным по сравнению с бромом в реакциях свободнорадикального замещения. Легкость протекания реакции нуклеофильного замещения является основным важным критерием с точки зрения универсальности модифицированного СВМПЭ, как исходного вещества для получения широкого спектра компонентов пластических масс.

Способы галогенирования полиэтиленов (ПЭВД, ПЭНД) известны еще с 1940-х гг. (см. US №2316481, кл. C08K 5/10, C08K 5/10, C08L 23/286, опубл. 13.04.1943, US №2405971, кл. C08F 10/00, C08F 8/20, C08F 8/20, опубл. 20.08.1946).

В традиционных способах процесс галогенирования состоит из трех этапов: полное растворение полиэтилена в органических растворителях, реакция галогенирования, нейтрализация и очистка от свободного галогена (см. US № 2503252, кл. C08F 8/20, C08F 8/20, C08F 10/00, опубл. 11.04.1950; US № 3260694, кл. C08K 5/14, C08L 23/286, C08K 5/14, C08L 23/286, C08L 23/286, C08L 2666/04, опубл. 12.07.1966). Данные методы не применимы по отношению к СВМПЭ из-за его ограниченной растворимости в органических жидкостях.

Для устранения проблемы совместимости и смачиваемости в ПКМ применяется поверхностное бромирование готовых полиэтиленовых изделий, например, пленок.

Известен способ бромирования полиэтиленовой пленки под кратковременным воздействием (до 1 сек.) насыщенных паров брома с последующим УФ-облучением (см. Noppavan Chanunpanich, Abraham Ulman, Y. M. Strzhemechny, S. A. Schwarz, A. Janke, H. G. Braun, and T. Kraztmuller. Surface Modification of Polyethylene through Bromination // Langmuir 1999, 15, P. 2089-2094). В данном случае, бромированные пленки промывали холодной дистиллированной водой и сушили в среде азота с последующей выдержкой в вакууме с целью удаления адсорбированного брома.

Существует аналогичный способ бромирования полиэтиленовой пленки в газовой фазе (см. S. Balamurugana, A.B. Mandaleb, S. Badrinarayananb, S.P. Vernekara. Photochemical bromination of polyolefin surfaces // Polymer. Vol 42. 2001. PP. 2501–2512), отличающийся временем облучения и мощностью генератора УФ-лучей. Однако, пары брома, образующиеся в результате газофазной реакции, токсичны и представляют технологические трудности.

Кроме того, вышеперечисленные способы бромирования ПЭ не подходят для СВМПЭ из-за особенностей его физико-химических характеристик, обусловленных высоким значением молекулярной массы (более 1 млн).

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является бромирование готовых волокон СВМПЭ марки Spectra-1000 (Allied Signal) для увеличения полярности поверхности волокон и увеличения диэлектрической активности (см. Transcrystallinity in brominated UHMWPE fiber reinforced HDPE composites: morphology and dielectric properties. Linda Vaisman, M. Fernanda González, Gad Marom. Polymer. Volume 44, Issue 4, February 2003, Pages 1229–1235).

В известном способе волокна СВМПЭ подвешивают внутри кварцевой трубки, при этом предварительно продувают сухим газообразным азотом в течение 10 мин. Далее две капли брома вводят в трубу, через резиновую перегородку и дают испариться. Затем трубку помещают на расстоянии 5-10 см от UV-C лампы (Vilber Lournat 6 Вт, 254 нм) и облучают в течение 30 сек. После облучения волокна выдерживают в вакуумной печи в течение 12 часов для удаления непрореагировавшего остаточного брома.

Недостатком данного способа является низкая площадь реакционной поверхности: по данным авторов массовая концентрация брома составляет всего 1,4 %, что можно объяснить невысокой скоростью бромирования готового изделия СВМПЭ в подобных условиях.

Кроме того, известен способ бромирования полиэтилена со средней молекулярной массой 4550 (см. US № 2183556, кл. C08F 8/20; D01F 6/08; H01B 3/18; C08F 8/20; C08F 10/00, опубл. 19.12.1939), заключающийся в растворении полиэтилена в минимальном количестве кипящего четыреххлористого углерода (ЧХУ) с последующим быстрым охлаждением до комнатной температуры и «порционным» добавлением брома в течение 1 часа. Полученную смесь выдерживают в течение 2 часов, затем фильтруют и сушат. Недостатком метода является то, что данный метод применим только для низкомолекулярных полиэтиленов.

Таким образом, недостатками существующих методов галогенирования ПЭ и СВМПЭ являются то, что в одних случаях химическая реакция проводится в газовой фазе, что представляет собой технологические трудности из-за токсичности галогенов, а в других случаях процессы требуют полного растворения ПЭ с последующим удалением растворителя, что не подходит для СВМПЭ из-за его высокого значения молекулярной массы. Кроме того, в случае уже готового изделия, например волокон из СВМПЭ, процессы отличаются низкой эффективностью (низкое содержание брома в СВМПЭ).

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении галогенированного СВМПЭ путем реакции бромирования СВМПЭ в целях изготовления ПКМ, характеризующиеся высокими эксплуатационными свойствами.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в получении, благодаря поверхностной обработке СВМПЭ бромом, ПКМ с улучшенной адгезией на границе раздела фаз между компонентами системы, а именно полярными наполнителями и неполярной полимерной матрицей.

Для решения поставленной задачи способ бромирования поверхности порошка СВМПЭ, включающий реакцию бромирования под воздействием электромагнитного (ультрафиолетового) излучения, нейтрализацию и очистку модифицированного СВМПЭ от свободного брома, отличается тем, что реакцию бромирования проводят в жидкой среде низкокипящего органического растворителя, инертного к СВМПЭ и брому, при температуре не более 120°С, причем СВМПЭ используется в порошкообразном состоянии, а продолжительность реакции бромирования определяют в зависимости от требуемого содержания привитого брома на поверхности СВМПЭ в пределах 18-72 часов. Кроме того, техническое решение позволяет осуществить контроль содержания массовой доли брома на поверхности СВМПЭ путем варьирования времени обработки. Также весь процесс осуществляется в жидкой среде, без растворения полимера, что обеспечивает более эффективное протекание реакции бромирования поверхности СВМПЭ. Полученный бромированный СВМПЭ характеризуется высоким содержанием химически связанного брома (до 46 %) и служит в качестве компонента ПКМ, повышающего адгезию между полимерной матрицей неполярного СВМПЭ и полярными наноразмерными неорганическими наполнителями.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения:

1) использованный в данном способе СВМПЭ находится в виде порошка;

2) бромирование проводится не в газовой среде, а в жидкой;

3) бромирование происходит без растворения СВМПЭ, т.е. реакция идет только на поверхности реакторного порошка СВМПЭ.

Предпочтительно реакцию бромирования осуществлять в среде низкокипящего органического растворителя, который химически инертен по отношению к галогену и полимеру, например ЧХУ, хлороформ, трихлорэтилен и т.д. Важно также, чтобы температура кипения жидкой среды была меньше 120°С для исключения плавления, размягчения и/или растворения полимера.

Химическое модифицирование СВМПЭ осуществляли в реакторе непрерывного действия со стенками из боросиликатного стекла, пропускающего ультрафиолетовое излучение в диапазоне 200-400 см-1, снабженного механической мешалкой и обратным холодильником с водяным охлаждением. Источником ультрафиолетового излучения служит кварцевая лампа мощностью 7 Вт.

В реактор загружали 250 мл 10 % раствора брома (Br2) в ЧХУ (CCl4) и 100 г порошка СВМПЭ. Процесс проводили при температуре теплоносителя реактора 80°C при непрерывном ультрафиолетовом излучении и интенсивном перемешивании смеси. Для установления кинетики процесса бромирования на поверхности СВМПЭ через 12; 18; 24; 36; 48; 60; 72; 84; 96; 108 ч после начала процесса отбирали небольшую порцию смеси СВМПЭ с CCl4 из реактора, фильтровали на воронке Бюхнера и отделили смесь от жидкой фракции на вакуумном сушильном шкафу при 353К и остаточном давлении 100 Па в течение 24 ч до достижения постоянной массы образца.

Полученные образцы подвергали элементному анализу методом рентгеноспектрального микрозондового анализа на рентгеноспектральной приставке X-MAX-20 фирмы OXFORD растрового электронного микроскопа JSM-7800F фирмы JEOL.

Для этого образцы наносили на токопроводящий углеродный скотч, прикрепленный к латунной подложке, продували азотом (N2) для удаления ненадежно зафиксированных на скотче частиц, помещали в камеру растрового электронного микроскопа и вакуумировали до остаточного давления 9,6⋅10–5 Па.

Количественный анализ выполняли в программном обеспечении «Energy» путем расчета интенсивности пиков, полученных вычислением наилучшего совпадения эталонных пиков по методу наименьших квадратов с подавлением фона. Численные значения содержания элементов рассчитывали путем усреднения данных, полученных анализом пяти независимых проб.

Заявленное техническое решение на примере эксперимента иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 представлены результаты рентгеноспектрального анализа образца бромированного СВМПЭ (после реакции в течение 72 ч): а) спектр образца; б) микрофотография образца; в) массовое соотношение атомов С и Br на поверхности СВМПЭ; на фигуре 2 - график изменения содержания брома в процессе бромирования.

По данным элементного анализа видно (см. фиг. 1), что на поверхности порошка СВМПЭ зарегистрировано наличие элементов углерода и брома в массовых соотношениях 57,55 и 42,45 %, соответственно.

Анализ результатов оценки зависимости количественного содержания брома на поверхности частиц порошка СВМПЭ от времени процесса бромирования (см. фиг. 2) показывает, что наиболее динамический рост концентрации брома на поверхности частиц СВМПЭ наблюдается в интервале времени экспозиции 18-72 ч, что может быть обусловлено физико-химическими особенностями протекания гетерогенных процессов, лежащих в диффузионно и кинетически контролируемых областях.

Вывод: при использовании способа по заявленному техническому решению достигается наиболее эффективное бромирование порошка СВМПЭ, причем без необходимости его растворения в органических жидкостях. Достигается поверхностное модифицирование СВМПЭ, обеспечивающего усиление межфазного взаимодействия «неполярный полимер - полярный наполнитель» в органо-неорганических полимерных композиционных материалах, которые характеризуются повышенными физико-механическими свойствами и могут быть использованы в качестве конструкционных и функциональных материалов широкого спектра применения.

Способ бромирования поверхности порошка СВМПЭ, включающий реакцию бромирования под воздействием ультрафиолетового излучения, нейтрализацию и очистку модифицированного СВМПЭ от свободного брома, отличающийся тем, что реакцию бромирования проводят в среде низкокипящего органического растворителя, инертного к СВМПЭ и брому, при температуре не более 120°С, причем СВМПЭ используют в виде порошка, а продолжительность реакции бромирования назначают в зависимости от требуемого содержания привитого брома на поверхности СВМПЭ в пределах 18-72 часов.
Способ бромирования поверхности порошка СВМПЭ
Способ бромирования поверхности порошка СВМПЭ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 11-20 из 62.
10.05.2018
№218.016.3e72

Способ днк-диагностики врожденной формы катаракты (ctrct18)

Изобретение относится к области медицины, в частности к медицинской генетике и офтальмологии, и предназначено для ДНК-диагностики врожденной формы катаракты. Из периферической крови выделяют ДНК. Проводят амплификацию фрагментов ДНК с помощью специфических пар олигонуклеотидных праймеров и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002648464
Дата охранного документа: 26.03.2018
10.05.2018
№218.016.458a

Способ криогенного концентрирования радона

Изобретение относится к способу криогенного концентрирования радона. Способ включает охлаждение выделяемого из эманирующего радиоактивного источника газообразного радона до отрицательных температур с использованием установки, содержащей теплоизолированную емкость с заливным патрубком,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650177
Дата охранного документа: 11.04.2018
10.05.2018
№218.016.489d

Способ лапароскопической резекции образования почки с суперселективной баллонной эмболизацией почечной артерии

Изобретение относится к медицине, в частности к онкологии, урологии, хирургии. Непосредственно перед лапароскопической операцией под рентген-контролем выполняют селективную почечную артериографию. При этом в артерию, питающую сегмент почки с опухолью, заводят коронарный баллон и раздувают до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651055
Дата охранного документа: 18.04.2018
10.05.2018
№218.016.4a39

Способ отработки глубоких горизонтов карьера

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и создано применительно к отработке глубоких горизонтов карьеров с применением автомобильного транспорта. Техническим результатом является повышение эффективности отработки глубоких горизонтов карьера. Отработку глубоких горизонтов карьера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651484
Дата охранного документа: 20.04.2018
10.05.2018
№218.016.4ebb

Способ криогенной обработки семян растений

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Предложен способ криогенной обработки семян растений, включающий охлаждение семян до отрицательных температур и последующее их хранение или отогрев перед посевом при температуре 25-35°С. Предварительно упакованные в хлопчатобумажные мешочки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650888
Дата охранного документа: 18.04.2018
14.06.2018
№218.016.61bc

Способ определения приведенного термического сопротивления неоднородной ограждающей конструкции в климатической камере

Изобретение относится к строительству, в частности к способу определения приведенного термического сопротивления неоднородных ограждающих конструкций или их фрагментов в климатической камере. Способ определения приведенного термического сопротивления неоднородной ограждающей конструкции в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657332
Дата охранного документа: 13.06.2018
21.07.2018
№218.016.73ba

Способ доработки глубоких кимберлитовых карьеров

Изобретение относится к горной промышленности и создано применительно к доработке глубоких кимберлитовых карьеров в экстремальных климатических условиях криолитозоны Севера. Техническим результатом является повышение эффективности доработки кимберлитовых карьеров в условиях перехода на освоение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002661769
Дата охранного документа: 20.07.2018
19.08.2018
№218.016.7d2b

Морозостойкая резиновая смесь уплотнительного назначения

Изобретение относится к производству резинотехнических изделий. Предлагаемая морозостойкая резиновая смесь уплотнительного назначения на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-18, серы, альтакса, оксида цинка, стеариновой кислоты, диафена ФП согласно изобретению дополнительно содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664405
Дата охранного документа: 17.08.2018
14.09.2018
№218.016.87d6

Способ получения адвентивных корней вздутоплодника сибирского (phlojodicarpus sibiricus (steph.) к.-pol.) в условиях in vitro

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ получения адвентивных корней вздутоплодника сибирского (Phlojodicarpus sibiricus (Steph.) K.-Pol.) в условиях in vitro, включающий стерилизацию семян вздутоплодника перекисью водорода в течение 5 мин,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666920
Дата охранного документа: 13.09.2018
15.11.2018
№218.016.9dd4

Способ определения высоты свода твердого неба у детей с дисплазией соединительной ткани

Изобретение относится к медицине, стоматологии и может быть использовано для коррекции зубочелюстных аномалий у детей с дисплазией соединительной ткани (ДСТ), что необходимо при проведении комплексной медико-социальной реабилитации и профилактики ее осложнений. Определяют высоту свода твердого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672369
Дата охранного документа: 14.11.2018
Показаны записи 11-20 из 21.
19.08.2018
№218.016.7d2b

Морозостойкая резиновая смесь уплотнительного назначения

Изобретение относится к производству резинотехнических изделий. Предлагаемая морозостойкая резиновая смесь уплотнительного назначения на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-18, серы, альтакса, оксида цинка, стеариновой кислоты, диафена ФП согласно изобретению дополнительно содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664405
Дата охранного документа: 17.08.2018
20.12.2018
№218.016.a9aa

Полимерный материал триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена

Изобретение относится к полимерному материаловедению, представляет собой полимерную композицию на основе политетрафторэтилена, модифицированного углеродным волокнистым активированным материалом марки УВИС-АК-П в количестве 5 мас. %, технология получения которого заключается в поэтапном смешении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675520
Дата охранного документа: 19.12.2018
27.04.2019
№219.017.3c45

Резиновая смесь на основе бутадиен-стирольного каучука с шунгитом

Изобретение относится к резиновой промышленности и может быть использовано при изготовлении сайлентблоков, пыльников, применяющихся в автомобильной промышленности, при изготовлении резинотехнических изделий общего назначения. Резиновая смесь включает, мас.ч.: бутадиен-стирольный каучук 100,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686035
Дата охранного документа: 23.04.2019
29.05.2019
№219.017.625c

Полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 2-меркаптобензотиазола

Изобретение относится к полимерному материаловедению, а именно к износостойкой полимерной композиции триботехнического назначения, применяемой для изготовления подшипников скольжения в узлах трения машин, механизмов, для изготовления износостойких футеровок, применяемых для облицовки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688134
Дата охранного документа: 20.05.2019
14.07.2019
№219.017.b467

Способ получения износостойкой композиции

Изобретение относится к способу получения композиционных полимерных износостойких материалов на основе политетрафторэтилена и может быть использовано при изготовлении деталей металлополимерных узлов трения машин различных видов техники. Технический результат достигается путем холодного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002421480
Дата охранного документа: 20.06.2011
05.09.2019
№219.017.c734

Полимерный материал триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена, механоактивированных каолина и шпинеля магния

Изобретение относится к получению полимерного материала триботехнического назначения и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения и других элементов узлов трения, эксплуатируемых в условиях средних нагрузок и скоростей скольжения. Полимерный материал содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699109
Дата охранного документа: 03.09.2019
04.11.2019
№219.017.de87

Морозо- и маслостойкая резиновая смесь на основе смесей каучуков и способ ее получения

Изобретение относится к резиновой промышленности и может быть использовано при изготовлении морозостойких и агрессивно-стойких уплотнительных устройств, работоспособных в среде минеральных или синтетических масел, а также при изготовлении различных резинотехнических изделий. Резиновая смесь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705069
Дата охранного документа: 01.11.2019
22.11.2019
№219.017.e52e

Композиционный конструкционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, оксида цинка, 2-меркаптобензотиазола и серы

Изобретение относится к области полимерного материаловедения и может быть использовано в качестве конструкционного композитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Описан композиционный конструкционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706658
Дата охранного документа: 19.11.2019
16.12.2020
№220.018.3ef6

Универсальный испытательный полигон свфу

Универсальный испытательный полигон Северо-Восточного федерального университета создан на территории опережающего социально-экономического развития «Якутия», отличающегося использованием естественных климатических и географических особенностей региона в научно-исследовательских, производственных...
12.04.2023
№223.018.43b4

Способ получения композиционного высокомодульного материала на основе бутадиенового эластомера с гибким армирующим элементом

Настоящее изобретение относится к способу получения композиционного высокомодульного эластомерного материала на основе бутадиенового каучука марки СКД-В, который может использоваться в качестве высокомодульного эластомера для изготовления резинотехнических изделий в машиностроении,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002793691
Дата охранного документа: 04.04.2023
+ добавить свой РИД