Нанокомпозитный полиамидный материал, обладающий повышенными барьерными свойствами

Нанокомпозитный полиамидный материал, обладающий повышенными барьерными свойствами

Реферат

Изобретение относится к способу получения полиамидного композиционного материала, используемого в упаковочной пленке, обладающей достаточно высокими прочностными и барьерными свойствами.

Отечественной промышленностью и за рубежом изготавливается большой ассортимент полиамидов, применяемых для производства упаковочной продукции. Упаковочный материал играет важную роль при выборе потребителем того или иного товара. Наряду с привлекательностью упаковки немаловажными являются такие характеристики, как степень сохранности естественных свойств продукта, защиты от таких внешних факторов, как свет, газ, влага, тепло и механические повреждения. В связи с этим целесообразным является создание полиамидного пленочного композиционного материала, обладающего повышенными прочностными и барьерными свойствами.

Так, известен композиционный материал по патенту РФ №2182107 на основе полиамида, относящийся к упаковочной пленке, обладающей достаточно высокой проницаемостью по отношению к коптильным веществам дыма и/или к парам воды и позволяющей эффективно осуществлять копчение и/или сушку упакованных в нее продуктов. Пленка содержит полиамидную основу и 4,0-50,0 мас.% гидрофильного соединения, которое образует в полиамидной основе высокодисперсную фазу с линейным размером домена 0,1-3,0 мкм в направлении, перпендикулярном плоскости пленки, и способное совмещаться с не менее 10 мас.% воды. В качестве гидрофильного может быть использовано либо полимерное соединение, либо низкомолекулярное соединение, представляющее собой соль.

Недостатком указанной композиции являются невысокие значения по прочностным характеристикам.

Известна композиционная полиамидная пленка с хорошими газонепроницаемыми свойствами, прозрачностью и необходимой жесткостью. Композиционный материал получают путем смешения 69-99,94 масс.% полиамидной смолы (желательно со средней молекулярной массой 9000-30000), 0,05-30 масс.% слоистого силиката (желательно монтмориллонит), обработку которого проводили фенолом в количестве от 0,001 до 5 масс.% (Патент JP №4110347). Однако указанная полиамидная пленка имеет определенные недостатки - низкая термостойкость.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому эффекту является «Способ получения нанокомпозитного материала на основе полиамида» (Патент CN №1354201). Изобретение относится к способу получения нанокомпозитного материала на основе полиамида путем экструзии полиамида совместно с органомодифицированным монтмориллонитом. Органомодификацию монтмориллонита проводили ε-капролактамом. Композиционный материал, полученный способом, описанным в данном патенте, может быть использован в различных отраслях промышленности.

Недостатком указанной композиции является использование в качестве органомодификатора глины капролактама, который малоустойчив к действию кислот, его макромолекулы подвергаются гидролизу по месту амидных связей, сравнительно невелика его теплостойкость. Сравнительно невелика и теплостойкость капрона. При нагревании его прочность снижается, при 215°С происходит плавление, так же при нагревании его прочность снижается, при 215°С происходит плавление.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка нанокомпозитного полиамидного материала, характеризующегося высокими прочностными и барьерными свойствами.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ получения нанокомпозитного полиамидного материала с улучшенными прочностными и барьерными свойствами, включающий смешение в расплаве полиамида и наполнителя - слоистого силиката, отличающийся тем, что наполнитель предварительно модифицируют солью адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (соль АГ) в количестве 10% от массы слоистого силиката. В качестве слоистосиликатного материала используется монтмориллонит месторождения Герпегеж, Кабардино-Балкарской Республики с толщиной частиц от 1 до 5 нм, длиной от 100 до 200 нм, катионнообменной емкостью 95 мг-экв/100 г глины.

Указанная композиция содержит компоненты в мас.%:

Полиамид	97-93
Наполнитель	3-7

Предложенный нанокомпозитный полиамидный материал содержит полиамид марки ПА 6-210/310 (Щекинское ОАО «Химволокно»); в качестве наполнителя использовалась монтмориллонитовая глина месторождения Герпегеж, Кабардино-Балкарской Республики с толщиной частиц от 1 до 5 нм, длиной от 100 до 200 нм модифицированная солью АГ.

Способ получения монтмориллонита, модифицированного солью АГ в количестве 10% от массы монтмориллонита, основан на органомодификации монтмориллонита путем введения модификатора соли АГ в монтмориллонит в количестве 10% от массы монтмориллонита, с последующим его диспергированием в ультразвуковом поле в течение 90 мин при комнатной температуре и частоте ультразвука 40 кГц. Далее модифицированный монтмориллонит сушат при 100°C и измельчают с использованием шаровой мельницы типа ШЛМ-50, мощность которого составляет 1,5 кВт.

Сущность изобретения поясняется следующим примером.

Пример получения нанокомпозитного полиамидного материала:

Компоненты: полиамид и монтмориллонит, модифицированный солью АГ, смешивают в стандартном смесительном оборудовании и экструдируют в двухшнековом экструдере в зонах I, II, III, VI при температурах 220°С, 225°С, 230°С, 245°С, 250°С и 255°С соответственно.

Определяют модуль упругости при растяжении и изгибе в соответствии с ГОСТ 9550-81, теплостойкость по Вика - ГОСТ 9551-60.

Оценка барьерных свойств пленки, изготовленной из пробных образцов нанокомпозитного полиамида, к кислороду проводили в соответствии с ASTM D 3985 с помощью прибора Mocon Ox-Tran. Барьерные свойства пленки из нанокомпозитного полиамида к водяному пару исследовались в соответствии с ASTM F 1249 с помощью прибора Mocon Permatran W.

Состав и свойства нанокомпозитного полиамидного материала приведены в таблице.

Таблица 1
Состав
примерсостав	исходный полиамид	1	2	3
полиамид	100	97	95	93
наполнитель	-	3	5	7
Свойства нанокомпозитного полиамидного материала
Модуль упругости при растяжении, 1/10 МПа	1717/1799	2460/2420	2575/2642	2457/2523

Модуль упругости при изгибе, МПа	2257	3318	3407	3160
Предел прочности, МПа	61,1	71,5	73,9	68,2
Предел текучести, МПа	60,7	71,5	73,9	68,2
Теплостойкость по Вика, °С	180	188,1	190,5	191,1
Проницаемость по О2, см3/м2 за 24 часа при 23°С	32	5,2	4,6	4,2
Паропроницаемость, г/м2 за 24 часа при 90% относительной влажности и температуре 38°С	98	25,2	24,8	24,5

Нанокомпозитный полиамидный материал, содержащий полиамид и наполнитель, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используется слоистый силикат - монтмориллонит, месторождения Герпегеж Кабардино-Балкарской Республики с толщиной частиц от 1 до 5 нм, длиной от 100 до 200 нм, катионнообменной емкостью 95 мг-экв/100 г глины, модифицированный солью адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (соль АГ) в количестве 10% от массы монтмориллонита, при следующем соотношении, мас.%:

Полиамид	97-93
Наполнитель	3-7