CC BY
58
AZ9RBAYCAN KIMYA JURNALI № 1 2013
57
УДК 541.64:678.7
ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА И ТРОЙНОГО ЭТИЛЕН-ПРОПИЛЕНОВОГО СОПОЛИМЕРА
Н.И.Курбанова
Институт полимерных материалов Национальной АН Азербайджана
ipoma@science.az
Поступила в редакцию 16.09.2012
Исследованы свойства смесевых и динамически вулканизованных термопластичных эластомеров на основе полипропилена и тройного этилен-пропиленового сополимера. Показано, что динамически вулканизованные термоэластопласты обладают улучшенными физико-механическими свойствами и составляют одно из перспективных направлений в полимерной индустрии.
Ключевые слова: термопластичные эластомеры, смесевые, динамически вулканизованные, полипропилен, тройной этилен-пропиленовый сополимер.
Проблему создания композиционных материалов с улучшенным комплексом свойств предпочитают решать посредством поиска оптимальных комбинаций крупнотоннажных полимеров. Эффективным способом получения новых материалов, обладающих необходимыми эксплуатационными свойствами, является смешение двух и более полимеров [1-3]. Существенное преимущество этого способа получения полимерных композиций состоит в возможности создания композиций, обладающих устойчивым комплексом свойств, превосходящих по ряду параметров традиционные смеси полимеров. Условия получения и переработки смесей, введение различных добавок имеют важное значение при формировании их структуры и свойств [4, 5].
Интенсивное развитие мировой нефтехимической отрасли предполагает постоянный поиск новых материалов, обладающих высокими потребительскими свойствами, экологической безопасностью и простотой переработки. Такими материалами не без оснований считают термопластичные эластомеры (термоэластопласты, ТЭП).
Отличительной особенностью ТЭП является сочетание свойств вулканизованных каучуков при эксплуатации и термопластов в процессе переработки [6, 7].
Наиболее перспективным направлением создания новых типов ТЭП является смешение эластомеров с пластиками с одновременной вулканизацией эластомера. Получаемые таким методом ТЭП называют динамическими термоэластопластами (ДТЭП). Благодаря комплексу высоких физико-механических свойств, широкому температурному интервалу работоспособности, меньшей стоимости готовой продукции ДТЭП считаются одними из самых перспективных классов полимерных композиционных материалов [7].
Области применения ДТЭП весьма разнообразны: автомобильная, авиационная и другие отрасли машиностроения; кабельная и электротехническая промышленность; нефтедобывающая, нефтехимическая отрасли; строительная отрасль; производство различных видов рукавов и шлангов; обувная промышленность; производство товаров народного потребления.
В связи с жестким требованием экологов к повышению безопасности полимерных материалов и обязательной утилизации отходов производства полиолефины оказались наиболее экологичны по сравнению с поливинилхлоридом, полистиролом, полиуретаном, АБС-пластиком, которые использовались для получения различных видов ТЭП [7, 8].
В представленной работе исследованы свойства смесевых и динамически вулканизованных ТЭП на основе полипропилена (ПП) и тройного этилен-пропиленового сополимера (СКЭПТ).
В качестве исходных компонентов использованы промышленный изотактический I II I с Тпл = 1630С, у = 0.905 г/см3 и СКЭПТ марки "Hüls" с у = 0.86 г/см3 , содержащий 8% этилиденнор-борнена.
Получены и исследованы свойства ТЭП на основе ПП и СКЭПТ смесевые и динамически вулканизованные. Механическое смешение ПП со СКЭПТ проводили при 175-1800С в течение 710 мин в смесителе типа "Брабендер" при скорости вращения роторов 75-90 об/мин. Термопластичные вулканизаты получали методом динамической вулканизации в тех же условиях. Соотношение компонентов в смеси (мас.ч.) ПП/СКЭПТ = 75/25, 60/40, 50/50, 25/75. Для получения
АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 1 2013
58 ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА И ТРОЙНОГО
вулканизованных ТЭП использовали серную вулканизационную систему (мас.ч.): каучук -100, сера - 1.5, стеариновая кислота - 1.5, оксид цинка - 3.7, тетраметилтиурамдисульфид - 1.0, ди-бензтиозолилдисульфид - 0.5.
Для проведения механических испытаний полученные смеси прессовали в виде пластин толщиной в 1 мм при 1900С и давлении 10 - 12 МПа в течение 10 мин, затем их охлаждали и вырубали из них двухсторонние лопатки. Физико-механические испытания проводили на разрывной машине РМИ-250 при комнатной температуре и скорости деформации, равной 500 мм/мин.
Показано, что как соотношение исходных компонентов, так и условия смешения влияют на структуру и свойства полимерных смесей. Физико-механические показатели смесевых термоэла-стопластов представлены в табл. 1.
Таблица 1. Физико-механические показатели смесевых композиций на основе ПП/СКЭПТ_
Соотношение компонентов, мас.ч. Предел прочности при разрыве, ор, МПа Относительное удлинение, в', %
ПП СКЭПТ
75 25 16.2 190
60 40 13.0 260
50 50 11.3 170
25 75 7.1 160
Как видно из данных табл.1, увеличение содержания СКЭПТ от 25 до 40 мас.ч. приводит к некоторому уменьшению величины предела прочности при разрыве (ор) в 1.27 раз, однако увеличивается относительное удлинение (в') от 190 до 260 %. Дальнейшее увеличение количества СКЭПТ ведет к уменьшению как ор, так и в'. Оптимальными показателями характеризуется композиция состава ПП/СКЭПТ = 60/40: Ор=13.0 МПа, в'=260%
Физико-механические показатели динамически вулканизованных термоэластопластов представлены в табл. 2.
Таблица 2. Физико-механические показатели динамически вулканизованных композиций на основе ПП/СКЭПТ
Соотношение компонентов, мас.ч. Предел прочности при разрыве, ор, МПа Относительное удлинение, в', %
ПП СКЭПТ
75 25 17.9 210
60 40 15.3 290
50 50 12.8 350
25 75 10.7 310
Из данных табл. 2 видно, что увеличение содержания СКЭПТ от 25 до 75 мас.ч. приводит к постепенному уменьшению величины ор от 17.9 до 10.7 МПа, однако увеличивается в' от 210 до 310-350%. Оптимальными показателями характеризуется композиция состава ПП/СКЭПТ = 50/50: ор =12.8 МПа, в'=350 %.
Данные табл. 1 и 2 показывают, что динамически вулканизованные ТЭП обладают более высокими физико-механическими показателями по сравнению со смесевыми.
Как известно [2], при механическом смешении полученная композиция представляет собой дисперсию СКЭПТ в матрице ПП. При содержании в смеси 25 мас.ч. СКЭПТ последний может распределяться в виде мелких дисперсных фаз - доменов в ПП-матрице. Дальнейшее повышение содержания СКЭПТ (>60 мас.ч.) приводит к инверсии фаз.
При динамической вулканизации сшитые каучуковые частицы формируют трехмерный структурный каркас, плотность которого возрастает с повышением их концентрации. Это происходит, по-видимому, в результате агломерации частиц СКЭПТ. Структура динамически вулканизованных смесей, содержащих до 75 мас.ч. каучука, аналогична структуре наполненных композитов. Она стабильна и не претерпевает существенных изменений даже после нескольких циклов переработки, в отличие от смесей с невулканизованным СКЭПТ. Аналогичные результаты получены и другими авторами [9].
Благодаря своим свойствам ТЭП могут многократно перерабатываться без существенного изменения характеристик теми же способами, что и термопластичные полимеры: литьевое формо-
AZЭRBAYCAN ЮМУА ШтАЫ № 1 2013
Н.И.КУРБАНОВА
59
вание, формование раздувом, экструзия и др., что позволяет полностью использовать отходы производства и отработанные изделия. Создание полимерных смесей, перерабатывающихся безотходно, является также важной экологической задачей.
Проведены исследования по определению устойчивости ДТЭП на основе ПП/СКЭПТ к воздействию воды и различных химических сред при температуре 200С. Полученные данные представлены в табл. 3.
Таблица 3. Устойчивость ДТЭП на основе ПП/СКЭПТ к воздействию воды и химических сред
Химическая среда Устойчивость
вода +
кислоты минеральные разбавленные (3 %-ные ) +
кислоты минеральные концентрированные(10%-ные) +
кислота уксусная разбавленная и концентрированная +
четыреххлористый углерод -
щелочи, 50%-ные растворы +
аммиак, 10%-ный водный раствор +
минеральные масла +
керосин +
бензин автомобильный +
гептан +
бензол + -
этиленгликоль +
спирты +
Как видно из данных табл.3, ДТЭП на основе ПП/СКЭПТ показали хорошую устойчивость к воздействию воды и различных химических сред, кроме четыреххлористого углерода и частично бензола.
Таким образом, проведенным исследованием показано, что ДТЭП на основе ПП/СКЭПТ являются одними из перспективных материалов для практического использования, так как они -экологически чистые материалы на основе промышленных ПП; получаются из промышленных материалов с использованием низкозатратных процессов по безотходной технологии; процессы их производства технологичны - продукты подвергаются вторичной переработке, что отвечает требованиям по защите окружающей среды; обладают высокими физико-механическими свойствами, широким интервалом работоспособности - от минус 60 до 1500С, а также стойкостью к жидким углеводородам, маслам и нефтепродуктам; исключается дорогостоящая стадия вулканизации.
В Азербайджане эта очень перспективная область полимерных материалов не развита. Однако наличие сырьевой базы полиолефинов (ПП, ПЭ), области применения - автомобилестроение (завод в Гяндже), строительная область, нефтедобывающая и нефтехимическая отрасли промышленности, а также простота переработки - благоприятные обстоятельства для развития работ в области получения ТЭП в нашей Республике.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Помогайло А.Д. // Успехи химии. 2002. Т. 71. №1. С. 5.
2. Кулезнев В.Н. Смеси полимеров. М.: Химия, 1980. 304 с.
3. Менсон Дж., Сперлинг Л. Полимерные смеси и композиты / Под ред. Годовского Ю.К. М.: Химия, 1979. 440 с.
4. Прут Э.В. // Успехи химии. 2002. Т. 70. № 1. С. 72.
5. Канаузова А.А., Юмашев М.А., Донцов А.А. Получение термопластичных резин методом динамической вулканизации и их свойства // Тем. обзор М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ. 1985. 64 с.
6. Полимерные смеси / Под ред. Пола Д.и Ньюмена С. М.: Мир, 1981. Т. 2. С. 312-338.
7. Ashpina O. // The Chemical Journal. 2011. No 1. P. 58.
8. Тарасова Н.П., Нефедов О.М., Лунин В В. // Успехи химии. 2010. Т. 79. № 6. С. 491.
9. Мединцева Т.И., Ерина Н.А., Прут Э.В. // Высокомолек. соед. 2008. А. № 6 Т. 50. С. 998.
AЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 1 2013
60
ТЕРМОЭПАСТОППАСТH HA OCHOBE nO.HHnPOnH.nEHA H TPOHHOTO
POLiPROPiLEN VO Ü£LÜ ETiLEN-PROPiLEN SOPOLiMERi OSASINDA TERMOELASTOPLASTLAR
N.i.Qurbanova
Polipropilen va üglu etilen-propilen sopolimeri asasinda qan§iq va dinamiki vulkanla§dinlmi§ termoplastik elastomerlarin xassalari öyranilmi§dir. Göstarilmi^dir, ki dinamiki vulkanla§dirilmi§ termoelastoplastlar yüksak fiziki-mexaniki xassalarina malikdirlar va polimer sanayesinda perspektiv istiqamatlardan biridir.
Agar sözlzr: termoplastik elastomerbr, qari§iq, dinamiki vulkanla§dmlmi§, polipropilen, üglu etilen-propilen sopolimeri.
THERMOPLASTIC ELASTOMERS ON THE BASIS OF POLYPROPYLENE AND TRIPLE ETHYLENE-PROPYLENE COPOLYMER
N.I.Kurbanova
The properties of mixture and dynamically vulcanized thermoplastic elastomers on the basis of polypropylene and triple ethylene-propylene copolymer have been investigated. It is shown that dynamically vulcanized thermoelasto-layers possess high physical and mechanical properties and are one of the very perspective directions in polymer industry.
Keywords: thermoplastic elastomers, mixture, dynamically vulcanized, polypropylene, triple ethylene-propylene copolymer.
AZeRBAYCAN KIMYA JURNALI № 1 2013
