Полимерная композиция

Полимерная композиция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Соаатскмк

Социал ис тически к

Республми

Оп и

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<»> 655709

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2).0 .77 (21) 2455183, 23-05 с присоединением заявки №. (23) Приоритет и (5l) М. Кл.

С 08 1 71/02

С 08 К 9/06

Гееударетеенева кематет

СССР ае делам кзебретенее а еткрмтке

Опубликовано 05,04.,9. Бюллетень № 13

Дата опублнковаинтт описания 05.04.79 (53) УДК

678.744.5 (088.8) (72) Авторм изобрсйеиия С. С. Иванчев, Л. А. Бланк, И. К. Ярцев, 8. Н. Павлюченко, А. К. Литковец и А. Я. Гольдман

Pl) Заявителе (54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение касается получения полимерной композиции на основе полимера 3,3-бис (хлорметил) оксациклобутана (пентапласта) и силикатного наполнителя — аэросила. Предпочппельной областью применения таких материалов является изготовление конструкционных и электроизоляционных изделий, сочетающих повышенные механические свойства и теплостойкость.

Известны композиции пентапласта с различными наполнителями. Из числа этих наполнителей различают две основные группы материалов — ани- та зометричные и зернистые 11), К первой группе относятся наполнители с четко выраженной анизометричной формой частиц (волокнистой или чешуйчатой), например, стекловолокно, асбест, слюда, графит. Эти наполнители улучшают такие механические свойства пентапласта, как жесткость (модуль упругости) и предел прочности при растяжении. При высоком содержании аниэометричных наполнителей (до

20 — 30%) модуль упругости пентапласта 20000—

27500 кгс/см, что в 2-2,6 раза превышает модуль упругости исходного пептапласта (! 0500 кгс/см ) (1) Кроме того. введение!

Π— 30%. наполнителя с сильно выраженной аниэомегрической формой частиц (длинные волокна стекла и асбеста, чешуйки слюды) позволяет заметно (на 15 — 25%) повысить предел прочности при растяжении пентапласта. Однако существенным технологическим недостатком таких напалнителей является агрегирование и комкование их частиц как при хранении, так и при компаундировании. Это затрудняет равномерное распределение частиц наполнителя в полимере, увеличивает трудоемкость приготовления композиций, а также требует применения специальных смесителей.

С технологической точки зрения от этих наполнителей выгодно отличаются зернистые наполнители, например аэросил, двуокись титана, окись хпома. которые быстро и равномерно смешиваются с пентапластом на обычных производительных смесителях (например, лопастного типа). Однако эти наполнители менее эффективно улучшают механические свойства пентапласта, чем аииэометричные. Например, введение )О-207 окиси хрома, двуокиси титана или аэросила повышает модуль упругости пентапласта до 13400- 20000 кгс/см, 655709 т.е. в 1,3 — 2 раза. При этом предел прочности при растяжении этих композиций остается на уровне этого показателя исходного пентапласта (1). При увеличении содержания наполнителей, особенно высокодисперсных зернистых типа аэросила и сажи, происходит быстрое охрупчивание материала и резкое уменьшение ударной вязкости, что исключает его применение во многих отраслях техники. Однако указанная выше степень улучшения механических свойств пентапласта при 1Q введении как анизометричных, так особенно зернистых наполнителей, недостаточна для ряда областей техники, например, для изготовления иэ него конструкционных иэделий.

Другим фактором, нередко ограничивающим 35 применение пентапластовых композиций, являе ся их недостаточно высокая теплостойкость, проявляющаяся в быстром ухудшении механических свойств, в том числе модуля упругости, по мере увеличения температуры до 130 — 160 С. Напри- 28 мер, при температуре 160 С модуль упругости пентапласта уменьшается до 900 кгс/см, а модуль упругости композиций на его основе с 10—

20% зернистых наполнителей типа аэросила и двуокиси титана уменьшается до 3000-4000 кгс/см . 25

В то же время для ряда конструкционных деталей, на основе пеюапласта требуется сохранение модуля упругости на уровне 10000 — 11000 кгс/см . вплоть до температур 150 — 160 С.

Цель изобретения — улучшение физико*меха- ЗО нических свойств конечного продукта на основе полимерной композиции.

Эта цель достигается тем, что в качестве аэро сила композиция содержит аэросил с привитым пероксидатным силаном с содержанием 0,15—

1,23% активного кислорода при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Полимер З,З-бис (хлорметил)оксациклобутана 80 — 99,9

Аэросил с привитым пе40 роксидатным силаном 0,1-20

У

Для получения таких композиций к полимеру

З,З-бис(хлорметил) оксациклобутана добавляют

0,1 — 20 вес.% азросила, предварительно химически модифицированного пероксидатным хлорсиланом, содержащего 0,15 — 1,23% активного кислорода (к весу наполнителя). Химически модифицированный напочнитель можно получить путем взаимодействия поверхностных гидроксильных групп наполнителя с пероксидатными хлорсиланами согласно схеме где R, — анкил;

Rg u Rg — алкил или пероксиалкил.

-Например, в качестве пероксидатного хлорсилана может быть использован тритретбутилпероксихлорсилан или монотретбутилпероксидиметилхлорсилан.

Наличие в аэросиле поверхностных пероксидатных групп является предпосылкой последующего образования химических связей между пентапластом и налолнителем в процессе переработ ки композиций. Такие связи увеличивают адгезию компонентов и, следовательно, способствуют у учшению физико-механических свойств композиций (например, предела прочности при растяжении, жесткости), Было обнаружено сохранение предлагаемыми композициями модуля упругости при повышенных температурах (вплоть до

150 — 160 С) на высоком для пентапластовых композиций уровне — 11000 — 12000 кгс/см (модуль упругости обычных пентапластовых композиций при этих температурах 4000-6000 кгс/см ). установлена также высокая эффективность модифицированного аэросила при использовании его в качестве наполнителя пентапласта. Так, введение всего лишь 0,1% аэросила с пероксицатными группами позволяет получить композицию, модуль упругости которой при 150-160 С превышает модуль упругости как пентапласта, так и аналогичной композиции с 0,1% исходного азросила. (введение которого даже несколько снижает величину модуля упругости пентапласта при температуре 100-150 С). Введение модифицированного аэросила в количестве менее 0,1% не оказывает заметного влияния на свойства пентапласта, а добавление его в количестве более

20% -быстро увеличивает хрупкость материала и резко ухудшает его свойства. Оптимальное содер>кание наполнителя в предлагаемых композициях

10 — 15%.

Следует отметить, что важным фактором, определяющим эффективность наполнителя, является содержание в нем активного кислорода. Было установлено, что улучшение физико-механических свойств пентапластовых композиций достигается только при содержании в аэросиле от 0,15 до 1,23% (к весу наполнителя) активного кислорода.

Содержание 0,15 вес.% активного кислорода в модифицированном аэросиле отвечает минимальному содержанию пероксидатных групп, которое начинает заметно улучшать физико-механические свойства пентапластовых композиций.

Величина 1,23 вес.% активного кислорода соответствует предельно возможному содержанию пероксидатных групп, обусловленному как величиной удельной поверхности аэросила, так и

655709 структурно-стерическими факторами (возможностью размещения на единице поверхности наполнителя определенного количества пероксидатных групп). Укаэанное содержание активного кислорода определяется соотношением аэросила и.пероксидатного хлорсилана при получении модифицированного наполнителя. Например. при использовании в качестве пероксидатного хлорсилана тритретбутилпероксихлорсилана содержание активного кислорода 1,23% достигается при 16 весовом соотношении аэросила и хлорсилана

74,6: 25,4, а 0,15 o-активного кислорода при соотношении 97,0; 3,0.

Введение в пентапласт обработанного перокси датным хлорсиланом силикатного наполнителя 15 можно осуществлять обычными методамп, обеспечивающими перемешивание порошкообразных компонентов (например, с помощью лопастных смесителей, шаровых мельниц и тд.) . .Приготовление образцов из пентапластовых композиций, содер-20 жащих от 0,1 до 20 вес.% аэросила, производят по обычной для пентапласта технологии (прессование при температуре 200" С и удельном давлении

200 кг/см ) ..

Термомеханические кривые получают путем из- 25 мерения глубины вдавливания металлического шарика диамет1эом 6 мм в образцы в виде дисков диаметром 15 мм и высотой 7 мм (метод пенетрации). Модуль упругости (в кгс/см } рассчитывают по формуле Герца 30 где Р— усилие вдавливания шарика, кгс;

d — диаметр отпечатка, см;

Π— диаметр шарика, см.

Содержание активного кислорода в модифицированном наполнителе определяют по следующей методике.

В колбу емкостью 250 мл помещают около 1 г модифицированного аэросила, добавляют 10 мл ледяной уксусной кислоты, 10 мл изопропилового спирта, 2 г NaHC0q, 2 мл насыщенного раствора KI. Через 30 мин вносят 50 мл дистиллированной воды и титруют 0,1 н.раствором ча2В 0з °

Пример 1 (контрольный). 0,1 вес.ч. порошкообразного аэросила А — 175 (удельная поверхность 175 м /г) перемешивают 15 мин с

99,9 вес.ч. порошкообразночо пентапласта на лопастном смесителе (скорость вращения мешалки 1400 об/мин.). Предел прочности при растяжении лопаток, вырубленных из отпрессованных листов, 408 кгс/см .;

Пример 2, По технологии, изложенной в примере l, готовят композицию на основе пе»талласта и 0,1% аэросила А — 175, модифицированного по вышеизложенной схеме тритретбутилпероксихлорсиланом (содержание активного кислорода 1,23%}. Предел прочности при растяжении композиции 420 кгс/см, Пример 3 (контрольный). По технологии, изложенной в примере 1, готовят композицию пентапласта с 20% аэросила А — 175. Предел про пгости при растяжении композиции 225 кгс/см .

Пример 4. По технологии, изложенной в примере 1, готовят композицию с 20% аэросила

А — 175, модифицированного тритретбутилперок ихлорсиланом (содержание активного кислорода 1,23%). Предел прочности при растяжении композиции 335 кгс/см -.

Пример 5 (контрольный) . По изложенной в примере 1 технологии готовят композицию пентапласта с 10% аэросила А — 175. Предел проч. рости при растяжении этой композиции 397кгс/см .

Пример 6. По изложенной в примере 1 технологии готовят композицию пентапласта с

10% азросила А — 175, модифицированного тритретбутилпероксихлорсиланоМ (содержание активного кислорода 1,23%). Предел прочности прн растяжении этой композиции 495 кгс/см .

П р п м е р 7. По изложенной в примере

1 технологии готовят композицию, аналогичную примеру 6, но используют.аэросил с содержанием активного кислорода 0,15%. Предел прочности при растяжении композиции 447 кгс/см .

Пример 8 (контрольный). По изложенной в примере 1 технологии готовят композицию, аналоги шую примеру 6, но используют азросил с содержанием активного кислорода 0,1%o. Предел прочности при растяжении этой композиции

405 кгс/см2, т.е. практически совпадает с пределом прочности при растяжении аналогичной композиции с 10% исходного аэросила. Модуль упругости этой композиции при 100 С 6490, при

150 C 6350 и при 160 С 4100 кгс/см, т.е. также совпадает с модулем упругости аналогичной композиции с 10% исходного аэросила.

Пример 9. По изложенной в примере 1 технологии готовят композицию ца основе пентапласта и 10% аэросила, модифицированного мо нотретбутилпероксндиметилхлорсиланом (содержание активного кислорода 0,57%). Предел прочности при растяжении композицин 507 кгс/см .

Влияние типа наполнителя и содержания его в композиции HH модуль упругости пентапласта при различной темнературе показано в таблице.

65570Ч

Модуль упругости (в кгс/сма) при температуре, С

Сoneржание паНапопнитель!

00 150 !60 170 полнителя, %

2270 1520 1410 l 290

0,1

2900 2780 2500 1810

6260 3500 2800 2210

0,1

11500 4050 4010 2100

6260 6260 4050 2210

12000 115000 11160 1750!

10

7700 7200 6100 2250

6490 6350 4100 2200

10 11700 11300 10900 1840

2900 2180 890 392

Таким образом, применение предлагаемой ком. иози11ии позволит значительно повысить парамет-, ры эксплуатации пентапластовых изделий (верхний температурный предел, нагрузки, давление среды).

Сохранение повышенной жесткости и прочноо. ,.ти композиций при предельных для пентапласта 4> температурах (100 — 160 С) способствует увеличению срока эксплуатации ряда пентапластовых изделий. Особенно целесообразно испольэовать эти композиции для изготовления конструкционных изделий, предназначенных для работы при теМпературе 1200 — 1500 С. В этих условиях модуль упругости предлагаемых композиций в 2—

3 раза выше, чем модуль упругости аналогичных пентапластовых композиций с немодифицированным наполнителем к в 5--10 раэ выше модуля упругости пентапласта.

Полимерная композиция, содержащая полимер

3,3-бис (хлорметв)оксациклобутана и аэросил, о тличающая ся тем,что, сцелью улучшения фивико-механических свойств конечного продукта, в качестве аэросила она включает аэросил с привитым пероксидатным силаном с содержанием 0,151,23% активного кислорода при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Полимер 3,3-бис(хлорметил) оксациклобутана 80 — 99,9

Аэросил с привитым лероксидатным силаном 0,1 — 20

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мухин Ю. А., Ярцев И. К. Пептаппаст, Л., "Химия", 1975, с. 85-88. с1НИИПИ Заказ 1454/20 Тираж 584

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

А эросил

Аэросил, мопифицированный тритретбутил нероксихлорсиланом (1,23% активного кислорода)

Аэросил

Азросил, аналогичный примеру 2

Аэросил

Аэросил, аналогичный примеру 2

Аэросил, модифицированный тритретбутил перо ксихлорсиланом (0,15% активного кислорода)

Аэросил, модифицированный тритретбутилпероксихлорсиланом (0,1% активного кислорода)

Аэросил, модифицированный монотретбутилпероксидиметилхлорсиланоч (0,57% активного кислорода)

Без наполнителя

Формула изобретения