Термопластичная эластомерная композиция для изготовления эластичных материалов

Изобретение относится к получению полимерных термопластичных композиций и может быть использовано для изготовления эластичных материалов в строительстве, кабельной, автомобильной, легкой промышленности, при производстве различных товаров народного потребления.

Известна термопластичная эластомерная композиция, содержащая цис-1,4-изопреновый каучук, полипропилен низкого давления, оксид цинка, стеариновую кислоту, ускоритель вулканизации - N-циклогексил-2-бензтиазолил-сульфенамид и серу и антиоксидант, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

см. RU Патент №2067103, МПК6 C08L 9/00, C08K 13/02, C08J 3/22, C08L 9/00, C08L 23/12, C08K 13/02, C08K 3/06, C08K 3/22, C08K 5/09, C08K 5/44, 1996.

Указанная термопластичная эластомерная композиция обладает недостаточными: условной прочностью при растяжении, относительным остаточным удлинением после разрыва, не устойчива к действию алифатических растворителей, в том числе масел и топлив.

Наиболее близкой по технической сущности является термопластичная композиция для изготовления эластичных материалов, содержащая синтетический цис-1,4-изопреновый каучук, полипропилен низкого давления, оксид цинка, стеариновую кислоту, антиоксидант - N-изопропил- N'-фенил-n-фенилендиамин, сульфенамид Ц - N-циклогексил-2-бензтиазолил-сульфенамид и серу, и дополнительно содержит девулканизат из шинной крошки, полученной методами De-линк, ребонд на лабораторных вальцах, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

см. RU Патент №2185397, МПК7 C08L 9/00, C08L 17/00, C08L 23/12, C08K 13/02, C08J 3/20, C08K 13/02, C08K 3/06, C08K 3/22, C08K 5/09, C08K 5/44, 2002.

Известная термопластичная эластомерная композиция обладает недостаточными: модулем упругости при растяжении, условной прочностью при растяжении, относительным удлинением при разрыве.

Задачей изобретения является повышение модуля упругости при растяжении, условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве при сохранении на уровне маслобензостойкости.

Техническая задача решается тем, что термопластичная композиция для изготовления эластичных материалов, содержащая синтетический цис-1,4-изопреновый каучук, полипропилен, оксид цинка, стеариновую кислоту, N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамин, N-циклогексил-2-бензтиазолил-сульфенамид, серу, согласно изобретению она дополнительно содержит бутадиен-нитрильный каучук, полипропилен с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, пентаэритрил-тетракис-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил)-пропионат и многостенные углеродные нанотрубки, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Решение технической задачи позволяет повысить упруго-прочностные свойства термопластичной эластомерной композиции: модуль упругости при растяжении до 57%, условную прочность при растяжении на 50-58%, относительное удлинение при разрыве в среднем в 2,5 раза при сохранении на уровне маслобензостойкости.

Заявленная термопластичная эластомерная композиция обладает устойчивостью к многократной переработке при повышенных температурах. Прочность и относительное удлинение заявленной композиции изменяются не более чем на 1% после 5 кратного экструдирования при 170-180°С, в то время как после переработки композиции по прототипу происходит снижение прочности и относительного удлинении на 13 и 17% соответственно.

Характеристика веществ, используемых в составе заявленной композиции:

В качестве термопластичного полимера используют полипропилен марки 01030 (ТУ 2211-074-05766563-2005) с показателем текучести расплава ПТР=2,9-3,5 г/10 мин, см. Промышленные термопласты. Справочник / В.Г. Макаров, В.Б. Коптенармусов. - М.: Изд-во Колос, Химия. - 2004. - 208 с.

В качестве эластичного полимера используют:

- 1,4-цис изопреновый каучук марки СКИ-3, выпускаемый по ГОСТ Р 52367-2005, см. Большой справочник резинщика. Под ред. Резниченко СВ., Морозова Ю.Л., в 2 т. М.: «Техинформ», 2012. - Т 1. - С. 119;

- бутадиен-нитрильный каучук - статистический сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты с содержанием нитрила акриловой кислоты от 18 до 42% мас., Большой справочник резинщика. Под ред. Резниченко С.В., Морозова Ю.Л., в 2 т. М.: «Техинформ», 2012. - Т 1. - С. 186.

В качестве вулканизующего агента используют серу по ГОСТ 127.1-93, в качестве ускорителя вулканизации N-циклогексил-2-бензтиазолил-сульфенамид (Сульфенамид Ц) по ТУ 113-00-05761637-02-95, в качестве активатора вулканизации оксид цинка по ГОСТ 202-84 и стеарин технический по ГОСТ 6484-96.

В качестве стабилизатора используют N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамин торговой марки Диафен ФП, пентаэритрил-тетракис-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионат торговой марки Ирганокс 1010.

В качестве полипропилена с привитым малеиновым ангидридом или малеиновой кислотой может быть использован любой полипропилен, содержащий 1,0-6,0% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, например, торговой марки Polybond 3000 или Polybond 3200 или Эталитен PP-g-MAH (1,5%).

Добавка - многостенные нанотрубки производства фирмы Арт-НАНО, Минск, Республика Беларусь, содержит 50-60 мас. % нанотрубок и нановолокон со средним диаметром 20-200 нм и длиной до нескольких десятков мкм, 35-40 мас. % неструктурированного углерода (сажа и пластинки графита), 5-10 мас. % карбидов, оксидов металлов, см. С.А Жданюк, И.Ф. Буяков, А.В. Крауклис, К.О. Борисевич. Об условиях формирования углеродных наноструктур на стальной поверхности реактора из продуктов разложения углеводородов в низкотемпературной плазме/ Инженерно-физический журнал, 2009. - Том №3. - С. 1-7.

Упруго-прочностные свойства термопластичной эластомерной композиции определяют по ГОСТ 270-75 на образцах, полученных экструзией из заявленной термопластичной эластомерной композиции.

Маслобензостойкость - стойкость композиции к действию жидкостей определяют по ГОСТ Р ИСО 1817-2009 в бензине марки АИ-92 и моторном полу синтетическом масле.

Данное изобретение иллюстрируют следующие примеры конкретного выполнения.

Контрольный пример 1 (без введения в состав композиции добавки - многостенные углеродные нанотрубки)

В смесительной камере пластикордера «Брабендер» при температуре 170°С и скорости вращения роторов 90 об/мин смешивают 176,6 г (70 мас. ч.) изопренового каучука и 12,6 г (5 мас. ч.) бутадиен-нитрильного каучука, 5,04 г (2 мас. ч.) N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамина (диафен ФП), 12,6 г (5 мас. ч.) оксида цинка, 5,04 г (2 мас. ч.) стеарина технического. Затем вводят 63 г (25 мас. ч.) полипропилена, 7,56 г (3 мас. ч.) полипропилена с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, 4,03 г (1,6 мас. ч.) пентаэритрил-тетракис-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионата (Ирганокса 1010). После смешения указанных компонентов вводят 0,88 г (0,35 мас. ч.) серы и 12,6 г (5 мас. ч.) ускорителя вулканизации - N-циклогексил-2-бензтиазолил-сульфенамида (Сульфенамид Ц) и продолжают смешение для осуществления процесса вулканизации эластомеров. Общее время смешения составляет 10-12 минут. Получают термопластичную эластомерную композицию, которую можно перерабатывать вальцеванием, экструзией, литьем под давлением. Для получения образцов с целью определения упруго-прочностных свойств заявленной композиции ее экструдируют через плоско-щелевую головку экструзионной приставки пластикордера «Брабендер» при 180-210°С.

Свойства композиции приведены в таблице 2.

Пример 2

В смесительной камере пластикордера «Брабендер» при температуре 170°С и скорости вращения роторов 90 об/мин смешивают 176,6 г (70 мас. ч.) изопренового каучука и 12,6 г (5 мас. ч.) бутадиен-нитрильного каучука, 0,25 г (0,1 мас. ч.) многостенных углеродных нанотрубок, 5,04 г (2 мас. ч.) N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамина (диафен ФП), 12,6 г (5 мас. ч.) оксида цинка, 5,04 г (2 мас. ч.) стеарина технического. Затем вводят 63 г (25 мас. ч.) полипропилена, 7,56 г (3 мас. ч.) полипропилена с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, 4,03 г (1,6 мас. ч.) пентаэритрил-тетракис-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионата (Ирганокса 1010). После смешения указанных компонентов вводят 0,88 г (0,35 мас. ч.) серы и 12,6 г (5 мас. ч.) ускорителя вулканизации - N-циклогексил-2-бензтиазолил-сульфенамида (Сульфенамид Ц) и продолжают смешение для осуществления процесса вулканизации эластомеров.

Общее время смешения составляет 10-12 минут. Получают термопластичную эластомерную композицию, которую можно перерабатывать вальцеванием, экструзией, литьем под давлением. Для получения образцов с целью определения упруго-прочностных свойств заявленной композиции ее экструдируют через плоско-щелевую головку экструзионной приставки пластикордера «Брабендер» при 180-210°С.

Свойства композиции приведены в таблице 2.

Пример 3-5

Аналогичны примеру 2.

Пример 6 (по прототипу)

В смесительной камере пластикордера «Брабендер» при температуре 170°С и скорости вращения роторов 90 об/мин смешивают 65,6 г (25 мас. ч.) изопренового каучука и 131 г (50 мас. ч.) девулканизата, 5,24 г (2 мас. ч). N-изопропил-N'-фенил-n-фенилендиамина, 13,1 г (5 мас. ч.) оксида цинка, 5,24 г (2 мас. ч.) стеарина технического. Затем вводят 65,6 г (25 мас. ч.) полипропилена и после смешения всех компонентов вводят 0,92 г (0,35 мас. ч.) серы и 13,1 г (5 мас. ч.) ускорителя серной вулканизации N-циклогексил-2-бензтиазолил-сульфенамида (Сульфенамид Ц) и продолжают смешение для осуществления процесса вулканизации эластомера. Общее время смешения 10 мин. Получают термопластичную эластомерную композицию, которую можно перерабатывать вальцеванием, экструзией, литьем под давлением. Для получения образцов с целью определения упруго-прочностных свойств композиции ее экструдируют через плоско-щелевую головку экструзионной приставки пластикордера «Брабендер» при 180-210°С.

Состав и свойства по примерам 1-6 сведены в таблицы 1 и 2 соответственно.

Пример 7

Термопластичную эластомерную композицию по примеру 3 и прототипу экструдируют 1-5 раз через плоско-щелевую головку экструзионной приставки пластикордера «Брабендер» при 180-210°С с охлаждением после каждого экструдирования.

Свойства композиции приведены в таблице 3.

Как видно из примеров конкретного выполнения, решение технической задачи позволяет по сравнению с прототипом повысить упруго-прочностные свойства термопластичной композиции для изготовления эластичных материалов: модуль упругости при растяжении до 57%, условную прочность при растяжении на 50-58%, относительное удлинение при разрыве в среднем в 2,5 раза при сохранении на уровне маслобензостойкости, к тому же заявленная термопластичная композиция для изготовления эластичных материалов обладает устойчивостью к многократной переработке при повышенных температурах, сохраняя прочность и относительное удлинение, что позволяет повторно использовать отходы и изношенные изделия.