СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ Российский патент 2000 года по МПК C08K3/38 C08L23/00 C08L23/06 C08L23/12 C08J3/22 B29B7/74 

Изобретение относится к области переработки полимерных композиций на основе нитрида бора и олефиновых полимеров, которые применяются для приготовления конструкционных изделий биологической защиты от нейтронных излучений.

Известны способы приготовления композиций на основе полимерной матрицы, включающие перемешивание твердых сыпучих материалов: пневматический, гравитационный, механический, заключающиеся в перемешивании порошкообразных материалов в течение определенного времени в аппаратах различной конструкции воздухом, использованием сил тяжести, а также различных перемешивающих устройств ("Оборудование для переработки пластмасс". Справочное пособие по расчету и конструированию. Под ред. В.Н. Завгородного, М., изд-во "Машиностроение", 1986 г.).

Известен способ приготовления полимерной композиции, заключающийся в смешении в шаровом смесителе с металлическими шарами, ламинированными поликарбонатом, порошка полипропилена с 40 - 80 мас.ч. аморфного бора с последующим прессованием заготовок на этой композиции, переводе заготовок в стружку, измельчении стружки в шаровом смесителе (а.с. N 1625956 от 31.05.89).

Известен способ получения наполненной композиции, заключающийся в обработке мела поливинилхлоридом с последующим смешиванием его со смазкой в лопастном смесителе при температуре 110 - 125^oC (а.с. N 1578149 от 14.09.88).

Указанные способы приготовления смесей в течение определенного времени, называемые либо простым смешением, либо диспергирующим смешением, позволяют в конечном итоге обеспечить гомогенность смесей (с содержанием наполнителя ≈30 мас. ч. ) без изменения структуры смешиваемых частиц (Д.М. Маккелви "Переработка полимеров", М., изд-во "Химия", 1965 г.). Недостатком указанных способов является невозможность изменения структуры твердых частиц в процессе перемешивания с целью улучшения технологических свойств смеси (текучесть), увеличения механических характеристик конечных изделий.

Известен способ получения полимерной композиции, заключающийся в смешении и расплавлении полимерного материала с добавками в смесителе с последующей передачей расплава в экструдер, где расплав продавливается через отверстия экструзионной головки гранулирующего устройства (Обзорная информация "Перспективные направления интенсификации процессов компаундирования композиционных материалов на основе полиолефинов" М., НИИТЭХИМ, 1989, с. 5).

Недостатком указанного способа приготовления композиции является недостаточная текучесть и, как следствие, появление на поверхности деталей рыхлот, раковин, и, в конечном итоге, недостаточная механическая прочность. Основной причиной получения композиции с низкой текучестью является недостаточно высокая равномерность распределения наполнителя, обусловленная неравномерностью распределения наполнителя в полимерной матрице на стадии смешения компонентов.

Указанный способ взят в качестве прототипа.

Целью изобретения является разработка способа приготовления полимерной композиции на основе нитрида бора и олефинового полимера, представляющего собой полипропилен или полиэтилен, который позволил бы изготавливать из нее конструкционные изделия биологической защиты от нейтронных излучений без дефектов с высокими механическими характеристиками.

Указанная цель достигается тем, что перед экструдированием полимерной композиции на основе нитрида бора и олефинового полимера, представляющего собой полипропилен или полиэтилен, осуществляют смешение нитрида бора с частью олефинового полимера при массовом соотношении нитрида бора и олефинового полимера от 1: 2 до 1:1 соответственно в шаровом смесителе при соотношении массы металлических шаров к массе перемешиваемой композиции 4:1 в течение 1 - 2 ч с последующим добавлением оставшегося олефинового полимера и продолжением смешения в шаровом смесителе в течение 0,5 - 1 ч. Остальные операции приготовления полимерной композиции приводятся по способу-прототипу. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный объект отличается наличием новых признаков: полимерная композиция на основе нитрида бора и части олефинового полимера, представляющего собой полипропилен или полиэтилен, при их массовом соотношении от 1:2 до 1:1 соответственно смешивается в шаровом смесителе при соотношении массы металлических шаров к массе перемешиваемой композиции 4: 1 в течение 1 - 2 ч, после чего добавляется оставшаяся часть олефинового полимера и проводится дальнейшее смешение композиции в шаровом смесителе в течение 0,5 - 1 ч.

В процессе смешения нитрида бора с частью олефинового полимера в течение 1 - 2 ч в шаровом смесителе происходит пластическое контактирование частиц нитрида бора и олефинового полимера за счет упругого воздействия металлических шаров. При этом образуются плотные равномерно распределенные двухкомпонентные агломераты. При последующей операции смешения композиции после добавления оставшейся части олефинового полимера происходит равномерное распределение двухкомпонентных агломератов за счет дробления последних с одновременным уплотнением вновь образующихся агломератов.

Наличие двухкомпонентных агломератов, равномерно распределенных по объему композиции, позволяет улучшить ее реологические свойства и осуществлять ее качественное экструдирование.

Технический результат предлагаемого способа заключается в том, что изделия, отпрессованные из полимерной композиции, приготовленной по предлагаемому способу, имеют высокие прочностные характеристики, без дефектов.

Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие предлагаемое изобретение. В примерах указаны композиции на основе нитрида бора и олефиновых полимеров - нитрид бора и полипропилен, нитрид бора и полиэтилен.

Пример 1. Для приготовления полимерной композиции по предлагаемому способу использованы нитрид бора по ТУ 113-12-11.096-88, полипропилен гранулированный ГОСТ 26996-86, полиэтилен ГОСТ 16337-74. Композиции имеют следующие составы:
- нитрид бора и полипропилен;
- нитрид бора и полиэтилен
в массовом соотношении 22:78 мас.ч. соответственно. Приготовлены 2 композиции.

Нитрид бора и олефиновый полимер (полипропилен или полиэтилен) в соотношении 1:1 смешиваются в шаровом смесителе.

Диаметры шаров 25-40 мм. Соотношение веса металлических шаров к весу композиции 4: 1, время смешения 1 ч. После этого добавляется оставшаяся часть олефинового полимера и проводится дальнейшее смешение в течение 0,5 ч. Остальные режимы по прототипу. Определяют следующие характеристики полимерной композиции: текучесть по Рашигу, предел прочности на разрыв и сжатие.

В таблице приведены результаты определения указанных характеристик в объеме, полученном по предлагаемому способу приготовления полимерной композиции. Там же приведены указанные характеристики полимерной композиции, приготовленной по известному способу, взятому в качестве прототипа.

Пример 2. Получают полимерную композицию по примеру 1. Отличительные признаки от примера 1: массовое соотношение нитрида бора к олефиновому полимеру 1: 2, время смешения 2 ч. После добавления оставшейся части полимера время смешения 1 ч.

Пример 3. Получают полимерную композицию по примеру 2. Отличительные признаки от примера 2: массовое соотношение нитрида бора к полимеру 1:1,5, время смешения 1,5 ч. После добавления оставшейся части полимера время смешения 0,75 ч.

Пример 4. Получают полимерную композицию по примеру 2. Отличительные признаки от примера 2: после добавления оставшейся части полимера время смешения 0,5 ч.

Пример 5. Получают полимерную композицию по примеру 1. Отличительные признаки от примера 1: время смешения - 2 ч. После добавления оставшейся части полимера время смешения 1 ч.

Пример 6. Получают полимерную композицию по примеру 1. Отличительные признаки от примера 1: после добавления оставшейся части полимера время смешения 1 ч.

Пример 7. Получают полимерную композицию по примеру 4. Отличительные признаки от примера 4: время смешения нитрида бора с частью полимера составляет 1 ч.

Пример 8. Получают полимерную композицию по примеру 4. Отличительные признаки от примера 4: время смешения композиции после добавления оставшейся части полимера 1 ч.

Пример 9. Получают полимерную композицию по примеру 5. Отличительные признаки от примера 5: время смешения композиции после добавления оставшейся части полимера 0,5 ч.

Пример 10. Приготовление полимерной композиции по режимам прототипа.

Как видно из таблицы, заявляемому способу соответствует способ приготовления полимерной композиции на основе нитрида бора и олефинового полимера, представляющего собой полипропилен или полиэтилен, со смешением нитрида бора с частью олефинового полимера при их массовом соотношении от 1:2 до 1:1 соответственно в шаровом смесителе при соотношении массы металлических шаров к массе перемешиваемой композиции 4:1 в течение 1 - 2 ч с последующим добавлением оставшегося полимера и продолжением смешения в шаровом смесителе в течение 0,5 - 1 ч.

Механическая прочность полимерной композиции, приготовленной по заявляемому способу, определенная на образцах выше механической прочности композиции, приготовленной по способу прототипу на ≈12%. При массовом соотношении нитрида бора к олефиновому полимеру меньше, чем 1:1 или больше, чем 1:2, времени смешения композиции меньше 1 ч и дальнейшего смешения композиции после добавления оставшейся части олефинового полимера меньше, чем 0,5 ч текучесть и механическая прочность полимерной композиции снижаются на ≈10%, что подтверждено экспериментами.

Увеличение времени смешения композиции более 2 ч и после добавления оставшейся части олефинового полимера более 1 ч экономически нецелесообразно, так как свойства композиции остаются без изменений, что подтверждено исследованиями.

Способ находит применение для изготовления конструкционных изделий биологической защиты от нейтронных излучений. Описывается способ получения полимерной композиции, включающий смешение олефинового полимера, представляющего собой полипропилен или полиэтилен, с наполнителем с последующим экструдированием, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют нитрид бора и осуществляют его смешение с частью олефинового полимера при их массовом соотношении от 1:2 до 1:1 соответственно в шаровом смесителе при соотношении массы металлических шаров к массе перемешиваемой композиции 4:1 в течение 1-2 ч с последующим добавлением оставшейся части олефинового полимера и продолжением смешения в шаровом смесителе в течение 0,5-1 ч. Технический результат - разработка способа, позволяющего приготавливать полимерные композиции для изделий без дефектов, при этом предел прочности на разрыв у композиции должен быть не ниже прочности ненаполненного полимера. 1 табл.

Способ получения полимерной композиции, включающий смешение олефинового полимера, представляющего собой полипропилен или полиэтилен, с наполнителем с последующим экструдированием, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют нитрид бора и осуществляют его смешение с частью олефинового полимера при их массовом соотношении 1 : 2 - 1 : 1 соответственно в шаровом смесителе при соотношении массы металлических шаров к массе перемешиваемой композиции 4 : 1 в течение 1 - 2 ч с последующим добавлением оставшейся части олефинового полимера и продолжением смешения в шаровом смесителе в течение 0,5 - 1 ч.