НАНОКОМПОЗИТНЫЙ ПОЛИАМИДНЫЙ МАТЕРИАЛ, ОБЛАДАЮЩИЙ ПОВЫШЕННЫМИ БАРЬЕРНЫМИ СВОЙСТВАМИ Российский патент 2015 года по МПК C08L77/00 C08K9/04 B82B3/00 B65D65/38 

Изобретение относится к способу получения полиамидного композиционного материала, используемого в упаковочной пленке, обладающей достаточно высокими прочностными и барьерными свойствами.

Отечественной промышленностью и за рубежом изготавливается большой ассортимент полиамидов, применяемых для производства упаковочной продукции. Упаковочный материал играет важную роль при выборе потребителем того или иного товара. Наряду с привлекательностью упаковки немаловажными являются такие характеристики, как степень сохранности естественных свойств продукта, защиты от таких внешних факторов, как свет, газ, влага, тепло и механические повреждения. В связи с этим целесообразным является создание полиамидного пленочного композиционного материала, обладающего повышенными прочностными и барьерными свойствами.

Так, известен композиционный материал по патенту РФ №2182107 на основе полиамида, относящийся к упаковочной пленке, обладающей достаточно высокой проницаемостью по отношению к коптильным веществам дыма и/или к парам воды и позволяющей эффективно осуществлять копчение и/или сушку упакованных в нее продуктов. Пленка содержит полиамидную основу и 4,0-50,0 мас.% гидрофильного соединения, которое образует в полиамидной основе высокодисперсную фазу с линейным размером домена 0,1-3,0 мкм в направлении, перпендикулярном плоскости пленки, и способное совмещаться с не менее 10 мас.% воды. В качестве гидрофильного может быть использовано либо полимерное соединение, либо низкомолекулярное соединение, представляющее собой соль.

Недостатком указанной композиции являются невысокие значения по прочностным характеристикам.

Известна композиционная полиамидная пленка с хорошими газонепроницаемыми свойствами, прозрачностью и необходимой жесткостью. Композиционный материал получают путем смешения 69-99,94 масс.% полиамидной смолы (желательно со средней молекулярной массой 9000-30000), 0,05-30 масс.% слоистого силиката (желательно монтмориллонит), обработку которого проводили фенолом в количестве от 0,001 до 5 масс.% (Патент JP №4110347). Однако указанная полиамидная пленка имеет определенные недостатки - низкая термостойкость.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому эффекту является «Способ получения нанокомпозитного материала на основе полиамида» (Патент CN №1354201). Изобретение относится к способу получения нанокомпозитного материала на основе полиамида путем экструзии полиамида совместно с органомодифицированным монтмориллонитом. Органомодификацию монтмориллонита проводили ε-капролактамом. Композиционный материал, полученный способом, описанным в данном патенте, может быть использован в различных отраслях промышленности.

Недостатком указанной композиции является использование в качестве органомодификатора глины капролактама, который малоустойчив к действию кислот, его макромолекулы подвергаются гидролизу по месту амидных связей, сравнительно невелика его теплостойкость. Сравнительно невелика и теплостойкость капрона. При нагревании его прочность снижается, при 215°С происходит плавление, так же при нагревании его прочность снижается, при 215°С происходит плавление.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка нанокомпозитного полиамидного материала, характеризующегося высокими прочностными и барьерными свойствами.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ получения нанокомпозитного полиамидного материала с улучшенными прочностными и барьерными свойствами, включающий смешение в расплаве полиамида и наполнителя - слоистого силиката, отличающийся тем, что наполнитель предварительно модифицируют солью адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (соль АГ) в количестве 10% от массы слоистого силиката. В качестве слоистосиликатного материала используется монтмориллонит месторождения Герпегеж, Кабардино-Балкарской Республики с толщиной частиц от 1 до 5 нм, длиной от 100 до 200 нм, катионнообменной емкостью 95 мг-экв/100 г глины.

Указанная композиция содержит компоненты в мас.%:

Полиамид 97-93 Наполнитель 3-7

Предложенный нанокомпозитный полиамидный материал содержит полиамид марки ПА 6-210/310 (Щекинское ОАО «Химволокно»); в качестве наполнителя использовалась монтмориллонитовая глина месторождения Герпегеж, Кабардино-Балкарской Республики с толщиной частиц от 1 до 5 нм, длиной от 100 до 200 нм модифицированная солью АГ.

Способ получения монтмориллонита, модифицированного солью АГ в количестве 10% от массы монтмориллонита, основан на органомодификации монтмориллонита путем введения модификатора соли АГ в монтмориллонит в количестве 10% от массы монтмориллонита, с последующим его диспергированием в ультразвуковом поле в течение 90 мин при комнатной температуре и частоте ультразвука 40 кГц. Далее модифицированный монтмориллонит сушат при 100°C и измельчают с использованием шаровой мельницы типа ШЛМ-50, мощность которого составляет 1,5 кВт.

Сущность изобретения поясняется следующим примером.

Пример получения нанокомпозитного полиамидного материала:

Компоненты: полиамид и монтмориллонит, модифицированный солью АГ, смешивают в стандартном смесительном оборудовании и экструдируют в двухшнековом экструдере в зонах I, II, III, VI при температурах 220°С, 225°С, 230°С, 245°С, 250°С и 255°С соответственно.

Определяют модуль упругости при растяжении и изгибе в соответствии с ГОСТ 9550-81, теплостойкость по Вика - ГОСТ 9551-60.

Оценка барьерных свойств пленки, изготовленной из пробных образцов нанокомпозитного полиамида, к кислороду проводили в соответствии с ASTM D 3985 с помощью прибора Mocon Ox-Tran. Барьерные свойства пленки из нанокомпозитного полиамида к водяному пару исследовались в соответствии с ASTM F 1249 с помощью прибора Mocon Permatran W.

Состав и свойства нанокомпозитного полиамидного материала приведены в таблице.

Таблица 1 Состав пример
состав исходный полиамид 1 2 3 полиамид 100 97 95 93 наполнитель - 3 5 7 Свойства нанокомпозитного полиамидного материала Модуль упругости при растяжении, 1/10 МПа 1717/1799 2460/2420 2575/2642 2457/2523

Модуль упругости при изгибе, МПа 2257 3318 3407 3160 Предел прочности, МПа 61,1 71,5 73,9 68,2 Предел текучести, МПа 60,7 71,5 73,9 68,2 Теплостойкость по Вика, °С 180 188,1 190,5 191,1 Проницаемость по О₂, см³/м² за 24 часа при 23°С 32 5,2 4,6 4,2 Паропроницаемость, г/м² за 24 часа при 90% относительной влажности и температуре 38°С 98 25,2 24,8 24,5

Изобретение относится к нанокомпозитному полиамидному материалу, используемому в упаковочной пленке, обладающей достаточно высокими прочностными и барьерными свойствами. Нанокомпозитный полиамидный материал содержит полиамид и наполнитель - слоистый силикат, в качестве которого используется монтмориллонит, предварительно модифицированный солью адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (соль АГ) в количестве 10% от массы монтмориллонита. Техническим результатом изобретения является разработка нанокомпозитного полиамидного материала с высокими прочностными и барьерными свойствами. 1 табл.

Нанокомпозитный полиамидный материал, содержащий полиамид и наполнитель, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используется слоистый силикат - монтмориллонит, месторождения Герпегеж Кабардино-Балкарской Республики с толщиной частиц от 1 до 5 нм, длиной от 100 до 200 нм, катионнообменной емкостью 95 мг-экв/100 г глины, модифицированный солью адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (соль АГ) в количестве 10% от массы монтмориллонита, при следующем соотношении, мас.%:
Полиамид 97-93 Наполнитель 3-7