CC BY
164
Т. Т. Минь, Р. Р. Спиридонова, А. В. Иванова,
А. М. Кочнев
ВЛИЯНИЕ СТАБИЛИЗАТОРОВ НА СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНА И ПОЛИКАПРОАМИДА, МОДИФИЦИРОВАННОЙ СОПОЛИМЕРОМ
ЭТИЛЕНА С ВИНИЛАЦЕТАТОМ
Ключевые слова: полиэтилен высокого давления, полиамид-6, сополимер этилена с винилацетатом, стабилизатор.
В статье представлены результаты экспериментальных исследований влияния стабилизаторов на свойства модифицированных сополимером этилена с винилацетатом смесей на основе полиэтилена высокого давления и полиамида-6.
Keywords: low density polyethylene, polyamide 6, ethylene-vinyl acetate copolymer, stabilizer.
In this article are brought the results of experimental studies of the effects of stabilizers on properties ofpolymer blends modified by ethylene-vinyl acetate copolymer based on low density polyethylene and polyamide 6.
Введение
Химия и технология полимеров за последние несколько десятилетий сделали исключительно большой шаг вперед, главным образом, благодаря разнообразию используемых химических веществ. Однако стало очевидным, что для удовлетворения все возрастающих требований к полимерам и решения ряда насущных проблем не всегда необходимо синтезировать новые химические структуры. Все большее внимание уделяется смесям полимеров, поскольку в результате получаются композиции, обладающие специфическими свойствами, характерными каждому гомополимеру смеси [1-4]. Однако большинство пар полимеров являются несмешивающимися и характеризуются двухфазовой структурой. Слабые физико-химические
взаимодействия между фазами смеси обычно являются причиной низкой технологичности и
эксплуатационных свойств. Поэтому повышение совместимости компонентов смеси является одной из основных задач при создании полимерных композиций. Улучшение адгезии между фазами достигается химической компатибилизацией смеси [5]. Компатибилизатором может быть любой блок- или привитой сополимер, который добавляется к несмешивающейся смеси и способен химически взаимодействовать с одной из фаз, а с другой -физически. В результате таких взаимодействий снижается межфазная напряженность, улучшается прилипание между фазами, стабилизируется морфология и формируется сополимер в интерфазе [6]. Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) и поликапроамид (ПА-6) относятся к классу полимеров, которые не смешиваются друг с другом. Это объясняется тем, что ПА-6 и ПЭВД не являются химически подобными, характеризуются разными параметрами растворимости и их основы не имеют сореактивных функциональных групп [7]. Для улучшения совместимости ПЭВД химически модифицируют соединениями, содержащими
реакционноспособные группы, которые могут взаимодействовать с функциональными группами ПА-6 [8]. В нашем исследовании было изучено влияние
сополимера этилена с винилацетатом (СЭВА) в качестве компатибилизатора на свойства смесей ПЭВД и ПА-6.
Выбор СЭВА обусловлен результатами работы Minkova L. [9], в которой было показано, что данный тип полимера может быть эффективным компатибилизатором для смесей полиэтилена и полиамида. Однако высокая температура переработки композиции приводит к появлению деструктирующих процессов. В результате которых ухудшаются свойства полимерных материалов. Поэтому в работе была проведена оценка влияния различных стабилизаторов на свойства модифицированных СЭВА смесей ПЭВД и ПА-6.
Экспериментальная часть
Объектами исследования в работе являлись: ПЭВД марки 15303-003 (ГОСТ 16337-77, ОАО «Казаньоргсинтез»), ПА-6, полученный анионной полимеризацией е-КЛ в лабораторных условиях [10] и СЭВА марки 11708-210 (ТУ 6-05-16-36-97, ОАО «Казаньоргсинтез»).
В качестве термостабилизаторов нами были использованы: пентаэритрил- тетракис [3- (3,5 -ди -трет. бутил - 4 -гидроксифенил-пропионат (ирганокс-1010), три-(фенил-2,4-ди-трет-бутил)фосфит
(иргафос 168) и 2,4,6-трис- (3,5-ди-трет-бутил-4-оксибензил)-мезитилен (агидол-40), производства ООО «Сигма-Алдрич Рус».
Композиции получали на роторном смесителе «Брабендер» (Германия) с последующим горячим прессованием. Температуры смешения были: 160°С, 200°С. Соотношения компонентов смеси изменялись: ПЭВД (80 -100 % масс.), ПА-6 (от 0-10 % масс.), СЭВА (0-15% масс.).
Физико-механические характеристики (разрушающее напряжение ср, относительное удлинение е) определялись в соответствии с ГОСТ 11262-80 при температуре испытания 20±20С. Испытания проводились на универсальной разрывной машине Inspekt mini 3kN.
Показатель текучести расплава (ПТР) определялся в соответствии с ГОСТ 11645-83 на
капиллярном вискозиметре типа ИИРТ 5М с диаметром капилляра 0,2095±0,0005 см после выдержки материала в нагретом приборе в течение 4-5 мин. Температура испытаний составляла 190°С, нагрузка - 2,16 кг.
Результаты и их обсуждения
Введение 10 мас.% ПА-6 в матрицу ПЭВД при температуре переработки 2000С приводит к резкому снижению ПТР (табл.1). Наблюдаемое явление связано с низкой термостабильностью ПА-6, приводящей к появлению активных радикалов, которые способны сшивать полимерную композицию. При этом наблюдается резкое снижение физикомеханических характеристик смеси.
Как видно из таблицы 1 применение СЭВА в концентрации от 1 до 10 масс.% не оказывает положительного влияния на изучаемые характеристики. ПТР и физико-механические свойства образцов остаются на уровне контрольной смесевой композиции.
Таблица 1 - Влияние СЭВА на свойства
полимерных композиций ПЭВД/ПА-6
Отсутствие компатибилизующего эффекта, вероятно, связанно с существенным влиянием деструкции в процессе переработки композиции. Для повышения устойчивости полимерной композиции к деструкции в процессе переработки при 2000С нужно применять стабилизаторы. В качестве которых были изученны такие соединения: агидол-40, ирганокс-1010, иргафос-168. Анализ полученных данных ПТР показывает, что в результате использования выбранных стабилизаторов получаются не сшитые полимерные композиции. Значения индекса расплава остаются на уровне или даже несколько превышают ПТР исходного ПЭВД (табл.2). Однако полученные результаты не означают, что выбранные соедиения проявляют стабилизующый эффект. Использование иргафоса-168 и ирганокса-1010 не позволяет повысить эластические свойства полимерных композиций. Увеличение ПТР и уменьшение физико-механических свойств могут являться следствием снижения их молекулярных масс. Это возможно в случае, если происходит деструкция образца без сшивки полимерной матрицы. В то же время применение агидола-40 как индивидуально, так и в смеси с иргафосом-168 приводит к повышению
относительного удлинения образцов в 3 раза. При этом
незначительно увеличивается разрушаюшее напряжение. Полученные результаты позволяют рекомендовать к использованию агидола-40 в качестве стабилизатора для системы ПЭВД, ПА-6 и СЭВА.
Таблица 2 - Влияние СЭВА и стабилизаторов на свойства полимерных композиций ПЭВД/ПА-6
Таким образом, в работе были полученны полимерные композиции из ПЭВД и ПА-6 модифицированные СЭВА при применениии агидола-40, ирганокса-1010 и иргафоса-168 в качества стабилизаторов. К наилучшим результатам приводит использование агидола-40. В дальнейшем исследовании необходимо подобрать оптиальную концентрацию стабилизатора.
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программе «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (соглашение №14.B37.21.0838).
Литература
1. Хайруллин Р. З. Физико-механические свойства полимер-полимерных смесей полипропилена и продуктов анионной полимеризации е-капролактама и е-капролактона / Р. З. Хайруллин, Д. Е. Дановский, В. И. Архиреев // Вестник Казан. технол. ун-та □ 2007. № 34. □ С.308 .
2. Hallden A. Morphology of LDPE/PA-6 blends compatibilised with poly(ethylene-graft-ethylene oxide)s / A. Hallde'n, MJ. Deriss, B. Wessle'n // Polymer.-2001.-Vol. 42.- P. 8751.
3. Lahor A. Blends of low-density polyethylene with nylon compatibilized with a sodium-neutralized carboxylate ionomer / A. Lahor , M. Nithitanakul, B.P. Grady // Eur Polym J.- 2004. - Vol. 40.-P. 2409-2420.
4. Перухин М. Ю. Модификация смесей сополимерных полиолефинов изоцианатами / М. Ю. Перухин, В. П. Архиреев, П. П. Суханов // Вестник Казан. технол. ун-та □ 2007. № 5. □ С 306.
5. Valanza A. Blends of polyamide 6 and linear low density polyethelene functionalized with methacrylic acid derivatives/ A. Valanza, G. Geuskens, G. Spadaro // Eur. Polym. J.-1997.- Vol. 33.- № 6.- P. 957-962.
6. Pankaj Agrawal. Influence of reactive compatibilizers on the rheometrical and mechanical properties of PA6/LDPE and PA6/HDPE blends / Agrawal Pankaj [et al.] //J Master Sci.- 2010. -V. 45. - № 2.- P. 502.
Содержание компонентов смеси ПЭВД/ПА- 6/СЭВА (мас.%) ПТР, г/10 мин е, % ар, МПа
100/0/0 0,20 905 17
90/10/0 0,05 180 10
89/10/1 0,00 210 10
85/10/5 0,00 210 10
80/10/10 0,00 260 9
Содержание компонентов смеси ПТР, г/10 мин е, % ^р, МПа
1ЭВД / ПА-6 / СЭВА агидол-40/ ирганокс-1010 / иргафос-168
100 / 0 / 0 0 / 0 / 0 0,20 905 17
89/10/1 0 / 0 / 0 0,00 210 10
89 / 10/ 1 0,2 / 0 / 0 0,23 620 11
89 / 10/ 1 0 / 0,2 / 0 0,22 340 10
89 / 10/ 1 0 / 0 / 0,2 0,29 278 9
89 / 10/1 0,1 / 0 / 0,1 0,21 653 12
7. Sandrine Therias. Photooxidativebehaviour of
polyethylene/polyamide-6blends / Sandrine Therias [et al.] // Polymer Degradation and Stability.- 2010. - Vol. 95. - № 4.-P. 522-526.
8. Minkova L. Characterization of blends of LDPE and PA6 with functionalized polyethylenes/ L. Minkovaa, Hr. Yordanova, S. Filippi// Polymer. - 2002. - Vol. 43.- P. 6195-6204.
9. Münir Tasdemir. Achieving compatibility in blends of Low-Density Polyethylene/ Polyamide-6 with addition of Ethylene
Vinyl acetate// Munir Tasdemir, Huseyin Yildirim.- Journal of Applied Polymer Science.-2001.-Vol. 82.-P. 1748-1754.
10. Шарабанова И. А. Эффективность применения N-замещенных лактамов на основе моноизоцианатов в качестве активаторов анионной полимеризации е-капролактама / И.А. Шарабанова, Р.Р. Спиридонова, А.М. Кочнев // Вестник Казан. технол. ун-та □ 2012. №
9. □ С.138.
© Т. Т. Минь - асп. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ, [email protected]; Р. Р. Спиридонова -канд. хим. наук, доц. той же кафедры, RSpiridonova@rambler; А. В. Иванова - канд. хим. наук, инж. «Союзхимпромпроект», [email protected]; А. М. Кочнев - д-р пед. наук, проф., зав. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ.
