Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения полимерной композиции

Изобретение относится к области получения композиций полиэтилена, стабилизированного фосфорорганическим соединением.

Известны композиции полиэтилена, стабилизированные фосфорорганическими соединениями:

1. Исследование физико-механических свойств фосфорилированного полиэтилена высокой плотности. Шаов А.Х., Бесланеева А.Н., Кармоков A.M., Шетов Р.А., Маршенкулов М.А. Известия Кабардино-Балкарского госуниверситета. Том 3, №5. Нальчик 2013. УДК 541.64:661.634. с. 41-46.

2. Физико-механические свойства полиэтилена высокой плотности, фосфорилированного циклогексилфосфонатом. Бесланеева А.Н., Балкизова Л.Х., Шаов А.Х. Новые полимерные композиционные материалы (7 международная научно-практическая конференция). Нальчик, 2011. УДК 678.01:53.017:048.66.094.38. с. 36-41.

3. Study of physical and mechanical properties of compositions based on high-density polyethylene and organophosphorus compounds. A.Kh. Shaov, A.N. Beslaneeva, A.K. Mikitaev, R.A. Shetov, L.Kh. Balkizova. Materialovedenie, 2014, №9, pp. 14-19.

Также известны композиции на основе гомо- и сополимеров этилена, стабилизированные фосфорилированными производными пиразолинила [А.с. СССР 870414, 07.10.81; C08L 23/04, C08K 5/53].

Композиции по известному способу предназначены для расширения ассортимента эффективных стабилизаторов гомо- и сополимеров этилена.

Недостатками известного способа являются то, что используемые стабилизаторы не технологичны в получении и высокотоксичные; не приведены результаты термогравиметрического анализа на воздухе и в инертной среде; не приведена молекулярная масса исходного полимера и ее изменение в процессе стабилизации и испытаний.

Задачей изобретения является получение полимерной композиции на основе полиэтилена высокой плотности, стабилизированной фосфорорганическим соединением с высокими термо- и термоокислительной стойкостью, деформационно-прочностными характеристиками, а также с сохранением или повышением исходной молекулярной массы полимера.

Поставленная задача решена следующим образом.

Для получения стабилизированных композиционных материалов на основе полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) и магниевой соли циклогексилфосфоновой кислоты (циклогексилфосфонат магния) предварительно механически смешивают порошкообразные исходные компоненты. Затем полученную смесь экструдируют трижды (для равномерного распределения стабилизатора в полимере) на лабораторном одношнековом экструдере при температуре 220-230°C.

Пример 1

Порошкообразные ПЭВП и циклогексилфосфоновую кислоту 1,0 мас. % смешивают механически. Затем полученную смесь засыпают в бункер одношнекового экструдера и проводят экструдирование при температуре 220°C (см. табл. 4).

Полученную композицию в виде прутка гранулируют с помощью электромеханического ножа. Процедуру экструдирования повторяют еще дважды при тех же режимах с целью максимально равномерного распределения циклогексилфосфоновой кислоты в полимере.

Полученную таким образом гранулированную массу направляют на исследование физико-механических свойств.

Пример 2

Порошкообразные ПЭВП и циклогексилфосфоновую кислоту 2,0 мас. % смешивают механически. Затем полученную смесь засыпают в бункер одношнекового экструдера и проводят экструдирование при температуре 225°C (см. табл. 4).

Полученную композицию в виде прутка гранулируют с помощью электромеханического ножа. Процедуру экструдирования повторяют еще дважды при тех же режимах с целью максимально равномерного распределения циклогексилфосфоновой кислоты в полимере.

Полученную таким образом гранулированную массу направляют на исследование физико-механических свойств.

Пример 3

Порошкообразные ПЭВП и циклогексилфосфоновую кислоту 4,0 мас. % смешивают механически. Затем полученную смесь засыпают в бункер одношнекового экструдера и проводят экструдирование при температуре 230°C.

Полученную композицию в виде прутка гранулируют с помощью электромеханического ножа. Процедуру экструдирования повторяют еще дважды при тех же режимах с целью максимально равномерного распределения циклогексилфосфоновой кислоты в полимере.

Полученную таким образом гранулированную массу направляют на исследование физико-механических свойств (см. табл. 4).

Полученные образцы полимера с различным содержанием циклогексилфосфоната магния (0,1-4,0%) исследуют на определение: деформационно-прочностных свойств; термоокислительной стойкости; термостойкости; термостабильности.

Экструдированные образцы ПЭВП с содержанием циклогексилфосфоната магния в количествах 0,1; 0,3; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0 и 4,0 массовых процентов гранулируют с помощью электромеханического ножа и из них отливают стандартные лопатки на малой инжекционно-литьевой машине RR/TSMP 2 при 220-230°C (ГОСТ 12423-66).

Затем исследуют деформационно-прочностные характеристики лопаток на разрывной машине (скорость движения зажима 10 мм/мин).

Полученные результаты приведены в таблице 1.

Примечание: Е - модуль упругости; σ_т - предел текучести; ε_т - вынужденная эластичность;

σ_p - разрушающее напряжение; ε_p - относительное удлинение при разрыве.

Из таблицы 1 видно, что наиболее оптимальной концентрацией фосфорорганического соединения в плане повышения механических свойств (прочности на разрыв и относительного удлинения при разрыве) полиэтилена является 0,1 массового процента.

Стабилизированные образцы полиэтилена высокой плотности подвергают термогравиметрическому анализу на воздухе.

Полученные результаты приведены в таблице 2.

Результаты, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о высокой термоокислительной стойкости композиций во всем концентрационном интервале фосфорорганического соединения.

Составы на основе полиэтилена высокой плотности и циклогексилфосфоната магния подвергают термогравиметрическому анализу в среде азота (табл. 3).

Из таблицы 3 видно заметное повышение термостойкости полимерных композиций на всем концентрационном интервале циклогексилфосфоната магния.

Термостабильность полиэтилена высокой плотности и композиций на его основе изучают их выдержкой в канале вискозиметра типа ИИРТ-А при стандартной температуре для полиэтилена (190°C) с периодическим определением (через 5, 20, 40, 60, 80, 100 и 120 минут) показателя текучести расплава (ПТР) с последующим расчетом изменения среднемассовой молекулярной массы (M_w) по известным в литературе формулам: ПТР=(m_cp×τ₀)/τ, где τ₀=600 с - стандартное время испытаний для полиэтилена; τ - время истечения расплава в эксперименте; m_cp - средняя масса из трех измерений.

, где - значение показателя текучести расплава (индекса расплава) при температуре 190°C и нагрузке 2,16 кг (ГОСТ 16338-85).

Полученные результаты приведены в таблице 4.

Как видно из таблицы 4, молекулярная масса полиэтилена высокой плотности, рассчитанная по показателям текучести расплава представленных композиций, не претерпевает значительных изменений, что говорит об отсутствии заметных деструктивных процессов.

Техническим результатом является повышение: разрывной прочности полиэтилена высокой плотности на 18-33%, относительного удлинения при разрыве на 53%, предела текучести на 24-43%, термоокислительной стойкости на 6-12%, термостойкости на 2,1-3,5%.

Изобретение позволяет получить полимерные композиции на основе полиэтилена высокой плотности с высокими термическими и механическими характеристиками.