СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСНОВЫ ДЛЯ АНТИСТАТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1997 года по МПК C08J3/20 

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам получения антистатических полимерных материалов путем введения в их объем антистатических добавок и может быть использовано в производстве различных полимерных покрытий.

Известно, что снижение электростатической поляризуемости полимерных покрытий способствует улучшению экологических условий жизнедеятельности человека. Разработке методов улучшения антистатических свойств полимерных материалов посвящено в связи с этим значительное число изобретений.

Одним из широко применяемых методов снижения статической электризации полимерных материалов и композиций на их основе является введение антистатических агентов в их объем.

В частности известен способ уменьшения статической электризуемости полимерных материалов, путем введения в объем различных производных амина.

Однако используемые в известном способе азотсодержащие добавки отрицательно влияют на термостабильность полимерных материалов, при этом покрытия, например для полов, на их основе характеризуются невысокими антистатическими свойствами.

Известен способ получения антистатической полимерной композиции путем введения в полимерную композицию в процессе ее переработки антистатического агента Синтамид 5.

Основным недостатком известного способа является принципиальное ограничение на достигаемую с его применением величину антистатического эффекта. Последнее обусловлено тем, что недостаточное количество антистатика не оказывает необходимого воздействия на антистатические свойства, в то время как избыточное введение Синтамида-5 в композицию приводит к сильному "выпотеванию" антистатика и ухудшает перерабатываемость композиции.

Наиболее близким к предложенному изобретению является способ получения антистатических полимерных материалов, включающий введение гомогенного раствора антистатика в полимерную композицию на основе термопласта или эластомера в процессе ее переработки. В известном изобретении в качестве антистатического агента используют водные растворы веществ, способных к гидратации кристаллизационной воды в твердом виде. В качестве таких веществ применяют твердые электропроводящие минеральные наполнители.

Известный способ позволяет получать полимерные покрытия с достаточно высокими антистатическими свойствами. Однако его применимость ограничена необходимостью использования в качестве антистатика лишь узкого класса веществ, способных к гидратации кристаллизационной воды в твердом виде. Кроме того, высвобождение из полимерной композиции на стадии ее термической обработки воды и образование агрессивной паровой атмосферы приводит к ускоренному коррозионному износу оборудования.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи снижения коррозионного износа оборудования при сохранения антистатических и физико-механических характеристик получаемых материалов.

Дополнительным результатом изобретения является расширения круга веществ, применяемых в качестве антистатиков, и возможность улучшения декоративных свойств получаемых антистатических материалов (в том числе получение прозрачных полимерных покрытий).

Поставленная задача решается тем, что в способе получения антистатических полимерных материалов, включающем введение гомогенного раствора антистатика в полимерную композицию на основе термопласта или эластомера в процессе ее переработки, в качестве гомогенного раствора антистатика используют совместимый с полимерной основой композиции раствор в органическом растворителе по крайней мере одного антистатического агента, выбранного из группы, включающей органические и неорганические соли, комплексные соединения и органические основания, причем переработку композиции осуществляют при температуре, не превышающей температуры кипения и разложения антистатического агента и органического растворителя.

Кроме того, в качестве органического растворителя применяют по крайне мере одно соединение, выбранное из группы, включающей гликоли, эфиры и их производные.

Возможен вариант реализации способа, когда в качестве антистатического агента используют по крайне мере одно соединение, выбранное из группы, включающей: калий бромистый, магний бромистый, нитрат лития, литий хлористый, литий трифторметансульфоновокислый, калий гексафторфосфат, калиевая соль ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты, триоктиламин.

Возможен вариант реализации способа, когда в качестве органического растворителя применяют по крайней мере одно соединение, выбранное из группы, включающей: тетраэтиленгликоль, моноэтиловый эфир триэтиленгликоля, диметиловый эфир диэтиленгликоля, диэтиловый эфир триэтиленгликоля, трихлорэтилфосфат.

В отличие от способа, принятого за прототип, в настоящем изобретении применен совместный с полимерной матрицей раствор антистатического агента в высококипящем органическом растворителе. Совместимость означает отсутствие выкипания и разложения раствора антистатического агента в процессе переработки композиции и получения полимерных материалов в указанных выше температурных диапазонах обработки. Это позволяет, при сохранении высоких антистатических характеристик получаемых полимерных материалов, существенно снизить выход из полимерной матрицы в процессе ее переработки агрессивной среды раствора антистатического агента, таким образом уменьшив коррозионный износ оборудования.

Отсутствие потерь на парообразование при фазовом переходе вода пар, как это имеет место в прототипе, позволяет, при прочих равных условиях, сократить энергозатраты на изготовление единицы продукции настоящим способом.

Указанные выше преимущества, а также особенности настоящего изобретения станут понятными во время последующего рассмотрения приведенных примеров реализации изобретения.

Пример 1. Готовят полимерную композицию смешением при комнатной температуре компонентов, мас.ч.

Поливинилхлорид суспензионный (ПВХ-С-70) 100
Ди-(2-этилгексил)-фенилфосфат (ДАФФ) 20
Триэтиленгликольдикаприлат (ТЖК-79) 40
Асбест хризотиловый (марки 7-450) 75
Антистатический агент: LiNO₃ 0,7
Тетраэтиленгликоль 3,5
Предварительно перед введением в композицию LiNO₃ растворяют в тетраэтиленгликоле до получения однородного (прозрачного) раствора.

Получение образцов пленок осуществляют на вальцах при 150^oC в течение 5 мин.

Пример 2. Отличается от примера 1 тем, что перед смешиванием в тетраэтиленгликоль дополнительно вводят 2 мас.ч. калиевой соли ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты структурной формы:

где R алкильная группа, содержащая 8-10 атомов углерода;
n в среднем равно 6.

Пример 3. Готовят композицию смешению при комнатной температуре компонентов, мас.ч.

ПВХ-С-70 100
Диоктилфталат (ДОФ) 40
Трихлорэтилфосфат 15
Асбест хризотиловый (марки 7-450) 75
Антистатический агент: магний бромистый шестиводный MgBr₂•6H₂O 1,0
Диметиловый эфир диэтиленгликоля 7,0
Предварительно перед смешением компонентов MgBr₂• 6H₂O растворяют при перемешивании в диметиловом эфире диэтиленгликоля до получения однородного (прозрачного) раствора.

Получение образцов пленок осуществляют на вальцах при 140^oC в течении трех минут.

Пример 4.

Готовят композицию смешением при комнатной температуре компонентов, мас. ч.

ПВХ-С-70 100
ДАФФ 35
Триэтиленгликольдикаприлат 15
Антистатический агент: литий хлористый (LiCl) 0,8
Моноэтиловый эфир триэтиленгликоль 7,0
Предварительно перед смешением компонентов LiCl растворяют при перемешивании в моноэтиловом эфире триэтиленгликоля до получения однородного (прозрачного) раствора.

Получение образов пленок осуществляют на вальцах при 155^oC в течение пяти минут.

Пример 5. Отличается от предыдущих примеров тем, что в качестве полимерной матрицы (связующего) вместо ПВХ используют этилен-пропиленовый каучук (марки СКЭПТ).

Готовят композицию смешением при комнатной температуре компонентов, мас. ч.

Этилен-пропиленовый каучук (марки СКЭПТ) 100
Мел 25
Каолин 25
Калий бромистый 0,8
Получение образцов пленок осуществляют на вальцах в следующем режиме:
пластификация каучука на вальцах при комнатной температуре 10 мин;
введение в пластификат наполнителей (мел, каолин) и бромистого калия при перемешивании в течение 10 мин.

Температура валков при срезании полотна материала 30^oC.

Пример 6. Отличается от примера 5 тем, что в композицию на стадии введения наполнителей вместо калия бромистого (KBr) вводят 7 мас.ч. глицерина.

Пример 7. Отличается от примера 6 тем, что в композицию дополнительно вводят калий бромистый в количестве 0,8 мас.ч.

Предварительно перед введением в композицию калий бромистый растворяют в глицерине до получения однородного (прозрачного) раствора.

В указанный выше примерах получения раствора антистатического агента производят при перемешивании в диапазоне 80-100^oC.

Пример 8. В данном примере для сравнительной оценки приведены характеристики способа получения антистатической полимерной композиции при введении в полимерную матрицу Синтамида-5.

Готовят композицию смешением при комнатной температуре компонентов, мас. ч.

ПВХ-С-70 100
ДОФ 50
Асбест хризотиловый (марки 7-450) 100
Синтамид-5 0,8
Формула Синтамида-5:
[C_nH_2n+1CO NHC₂H₄O (C₂H₄O)_mH]
где n 8-18 m 5-6.

Получение образцов пленок осуществляют на вальцах при 150^oC в течение 5 мин.

Пример 9. Готовят композицию следующего состава, мас.ч.

ПВХ-С-70 100
ДОФ 30
Антистатический агент: калия гексафторфосфат (KPF₆) 1,0
Диэтиловый эфир триэтиленгликоля 5,0
Трихлорэтилфосфат 10,0
Стабилизатор жидкий (Ba Zn) 2,0
Предварительно перед смешением компонентов растворяют KPF₆ в смеси диэтилового эфира триэтиленгликоля и трихлорэтилфосфата при нагревании ≈ 80-100^oC и перемешивании до получения однородного (прозрачного) раствора.

Получение образцов пленок осуществляют на вальцах при температуре 180^oC в течение 5 мин.

Пример характерен применением в составе антистатического агента комплексного соединения.

Пример 10.

Отличается от примера 9 тем, что в качестве антистатика используют органическую соль литий трифторметансульфоновокислый (CF₃SO₃Li).

Пример 11. Готовят композицию следующего состава, мас.ч.

ПВХ-С-70 100
ДОФ 35
Антистатический агент: триоктиламин 2,0
Трихлорэтилфосфат 12,0
Стабилизатор жидкий (Ba Zn) 1,0
Предварительно перед смешением компонентов растворяют триоктиламин в трихлорэтилфосфате при комнатной температуре до получения гомогенного раствора.

Получение образцов пленок осуществляют на вальцах при температуре 150^oC в течение 5 мин.

Пример 12. Готовят композицию следующего состава, мас.ч.

ПВХ-С-70 100
ДОФ 30
Антистатический агент: трифторметансульфокислота (CF₃SO₃H) - 1,5
Антистатический агент: литий хлористый (LiCl) 0,4
Трихлорэтилфосфат 10
Диэтиловый эфир триэтиленгликоля 3
Стабилизатор жидкий (Ba -Zn) 1,0
Предварительно перед смешением компонентов растворяют трифторметансульфокислоту и литий хлористый в смеси трихлорэтилфосфата и диэтилового эфира триэтилегликоля при нагревании ≈ 100^oC и перемешивании до получения однородного прозрачного раствора.

Пример 13.

В соответствии со способом прототипом готовят полимерную композицию смешением при комнатной температуре компонентов, мас.ч.

ПВХ-С-70 100
ДОФ 45
Мел сепарированный 60
Антистатический агент: калий углекислый (K₂CO₃) 15
Вода дистиллированная 30
Стабилизатор жидкий (Ba-Zn) 1,5
Предварительно перед введением в композицию K₂CO₃ растворяют в дистиллированной воде при комннатной температуре.

Получение образцов пленок осуществляют на вальцах при 125^oC в течение пяти минут.

Пример 14. Готовят полимерную композицию смешением при комнатной температуре компонентов, мас.ч.

Поливинилхлорид суспензионный ПВХ-С-70 100
Ди-(2-этилгексил)-фенилфосфат ДАФФ 35
Триэтиленгликольдикаприлат ТЖК-79 15
Антистатический агент: LiCl 0,8
Получение образцов пленок осуществляют на вальцах при 155^oC в течение пяти минут. Измеренное значение ρ_s = 8,2•10¹²
Пример 15. Готовят полимерную композицию смешением при комнатной температуре компонентов, мас.ч.

Поливинилхлорид суспензионный ПВХ-С-70 100
Ди-(2-этилгексил)-фенилфосфат ДАФФ 35
Триэтиленгликольдикаприлат ТЖК-79 15
Антистатический агент: LiCl 2,0
Получение образцов пленок осуществляют на вальцах при 155^oC в течение пяти минут.

Измеренное значение ρ_s = 8,7•10¹².

О степени влияния Ba- Zn стабилизатоа на антистатические свойства полимерной композиции можно судить исходя из следующего.

Пример 16. Готовят композицию в соответствии с примером 9, но в отсутствие следующих соединений: KPF₆; диэтилового эфира триэтиленгликоля; трихлорэтилфосфата.

Получение образцов пленок осуществляют в условиях аналогичных примеру 9.

Измеренное значение ρ_s составляет 7,9•10¹³ в отличие от 1,4•10¹¹, полученного для образцов при наличии антистатического агента и растворителя.

Определение величины удельного поверхностного сопротивления полученных антистатических полимерных материалов проводилось на плоских, круглых (диаметр 50 мм) образцах пленок толщиной 0,2-1,5 мм, в соответствии с ГОСТ 6433.2-71. Методы определения электрических сопротивлений при постоянном напряжении.

Испытание проводилось на приборе тераомметр Е6-13А. Количество образцов при каждом испытании было не меньше 3.

Результаты испытаний образцов пленок приведены в таблице.

Как следует из таблицы, применение настоящего изобретения позволяет обеспечить достижение высоких антистатических характеристик получаемых полимерных материалов для различных видов полимеров. Важным является то, что при этом не происходит образования агрессивной коррозионно-опасной паровой атмосферы и, таким образом, достигается эффект снижения коррозионного износа оборудования.

Применение в настоящем изобретении распределения антистатического агента в полимерной матрице на молекулярном уровне (использование гомогенных, прозрачных растворов антистатика) позволяет получать полимерные покрытия с улучшенными антистатическими свойствами (в том числе и прозрачные - ненаполненные).

Наиболее успешно заявляемый способ получения основы для антистатических полимерных покрытий может быть использован в химической и нефтехимической отраслях промышленности для получения соответствующих изделий.

Способ получения основы для антиститических полимерных покрытий включает введение в полимерную композицию в процессе ее переработки антистатического агента в виде совместимого с полимерной матрицей раствора в высококипящем органическом растворителе. В качестве антистатического агента используют по крайней мере одно соединение, выбираемое из группы: соли органического и неорганического характера, комплексные соединения и основания. Переработку композиции осуществляют при температурах не превышающих наименьшую из температур кипения или разложения антистатического агента и растворителя. В качестве органических растворителей применяют гликоли, эфиры и их производные. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения основы для антистатических полимерных покрытий, включающий введение гомогенного раствора антистатика в полимерную композицию на основе термопласта или эластомера в процессе ее переработки, отличающийся тем, что в качестве гомогенного раствора антистатика используют совместимый с полимерной основой композиции раствор в органическом растворителе по крайней мере одного антистатического агента, выбранного из группы, включающей органические и неорганические соли, комплексные соединения и органические основания, причем переработку композиции осуществляют при температуре, не превышающей температуры кипения и разложения антистатического агента и органического растворителя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя применяют по крайней мере одно соединение, выбранное из группы, включающей гликоли, эфиры и их производные. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве антистатического агента используют по крайней мере одно соединение из группы, включающей калий бромистый, магний бромистый, нитрат лития, литий хлористый, литий трифторметансульфоновокислый, калия гексафторфосфат, калиевая соль ди-(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты, триоктиламин. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя применяют по крайней мере одно соединение, выбранное из группы, включающей тетраэтиленгликоль, моноэтиловый эфир триэтиленгликоля, диметиловый эфир диэтиленгликоля, диэтиловый эфир триэтиленгликоля, трихлорэтилфосфат.