Способ определения жизнеспособности отверждающейся полимерной композиции Советский патент 1985 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к определению технологических свойств полимерных композиций,а именно к способам определения жизнеспособности полимерных композиций на основе низкомолекулярньЕХ силоксановых и других каучуKOBj используемых в качестве покрытий, заливочных компаундов, эластичных герметиков и др., и может быть использовано в химической, приборостроительной, электрохимической и строительной промышленности.

Известен способ определения жизнеспособности ненаполненных полимерных композиций на основе низкомолекулярных силоксановых каучуков по потере текучести композиции при наклоне стаканчика С

Известен способ определения жизнеспособности наполненной композиции на основе низкомолекулярного силоксанового полимера по потере композицие способности растираться и собираться в комок при ее перемешивании 2.

Такие способы субъективны, дают низкую точность при определении жизнеспособности и очень трудоемки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения жизнеспособности отверждающихся низкомодульнык полимерных композиций путем создания в контролируемом материале динамической деформации сдвига в режиме свободных колебаний при частотах (3,0050,010 Гц, в процессе чего измеряют изменение логарифмического декремента затухания во времени, а жизнеспособность композиции определяют как временной интервал от момента введения отверждающего (сшивающего) агента до момента, когда композиция теряет способность к переработке, который фиксируют по максимальному значению логарифмического декремента затухания З.,

Результат определения жизнеспособности получают только после обработки ряда виброграмм и построения графика, которые выполняют вручную. Это делает способ многооперационньм и трудоемким, в промышленных условиях его трудно осуществить, поскольку он не может быть полностью автоматизирован.

Другим недостатком способа является использование его только для узкого круга полимерных композиций, что связано с особенностями измерения логарифмического декремента затухания. Способ не позволяет определять жизнеспособность отверждающихся полимерных композиций, свободные колебания в которых испытьшают сильные затухания, вследствие чего измерение логарис ического декремента затухания становится невозможным

Кроме того, способ не может быть использован при определении жизнеспособности композиций, сохраняющих способность к переработке в течение короткого времени (меньше 30 мин), так как изменение логарифмического декремента затухания в процессе отверждения происходит быстрее, чем само измерение и обработка результатов ..

Цель изобретения. - упрощение способа определения жизнеспособности и расширение круга контролируемьп полимерных композиций.

Поставленная цель достигается те что согласно способу определения жизнеспособности отверждающейся полимерной композиции путем создания в ней динамической деформации сдвига и измерения времени от момента введения отверждающего агента до момента, когда композиция теряет способность к переработке, отверждающуюся пол{ 1ерную композицию подвергают динамической деформации сдвига в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте, измеряют угол механическ потерь и момент, когда композиция теряет способность к переработке, определяют по достижении заданного значения угла механических потерь.

Сущность изобретения поясняется следующим. В процессе отверждения наиболее сильно изменяются вязкоупругие параметры полимерной композиции, в частности угол механических потерь. Типичная кривая изменения угла механических потерь Г в процессе отверждения представлена на фиг. 1. Композиция может быть переработана только в течение временно.г интервала О - t,, называемого жизнеспособностью, по окончании которого переработка при выбранном способе становится невозможной. В момент врмени t,j, когда композиция теряет способность к переработке, значение угла механических потерь равно сЛ, На практике композиции одного и тог же состава могут иметь разные значеимя жизнеспособности, что связано с. различной активностью отверждающего агента. Обнаружено, что, несмотря на, различия в значениях жизнеспособности, моменту потери композицией способности к переработке всегда соответствует одно и то же значение угла механических потерь f . На фиг. 2 изображены кинетические кривые отверждения трех полимерных KOMn зиций одного и того же состава, отли чающихся величиной жизнеспособности. Однако моментам времени t, t., и t. , когда композиции теряют способ 3 ность к переработке, соответствует во всех трех случаях одно и то же значение угла механических потерь с/ Это позволяет утверждать, что значение сЛ, является характерным для данной полимерной композиции, и оно может быть задано как контрольное значение угла при определении жизнеспособности. Последнкж) в этом случае можно определять как временной интервал от момента введения отверждающего агента до момента, когда композиция достигает заданного значения угла механических потерь cf. . Для композиций различного состава заданное значение угла механических потерь30 и устанавливают независимыми опытами. Способ осуществляется следующим образом. В полимерную композицию вводится отверждающий агент и этот момент фиксируется. Полимерная композиция помещается в ячейку, в нее вводится зонд, который совершает вьшужденные гармонические колебания с постоянными частотой в диапазоне Ю - 10 Гц 40

и амплитудой, значение которой может находиться в пределах 20-100 мкм. Регистрирующее устройство непрерывно следит и записьшает изменение угла механических потерь в процессе отверждения . Когда угол механических потерь достигает заданного значения, зтот момент времени фиксируют вновь. За жизнеспособность полимерной композиции принимается временной интер- 50 вал от момента введения отверяадающего агента до момента, когда угол механических потерь достигнет заданного для данной композиции значения. определяющего невозможность ее даль 55 нейшей переработки. Практическое осуществление предлагаемого способа может достигаться 1

ческих потерь не происходит, что не оказывает влияния на определение параметра жизнеспособность.

В данном примере жизнеспособность измеряют интервалом времени от момента введения отверждающей системы до момента, когда значение угла механических потерь полимерной композиции достигает 38°. Для трех ком44нспользованием любого прибора, измеряющего угол механическитс потерь в режиме вынуж;;енных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте. Однако наиболее рационально использование приборов, которые автоматически и непрерьшно измеряют угол механических потерь. Поскольку полимерная композиция подвергается малой деформации сдвига, ее деструкция исключена в принципе. Измерение происходит в линейном режиме деформирования, при котором величина угла механических потерь определяется только физикохимическими свойствами полимерных композиций. Это позволяет получать достоверные данные об их жизнеспособности. Пример 1. Для определения жизнеспособности берут 10 г наполненной полимерной композиции, составленной из одной части низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН и одной части двуокиси кремния, вводят в нее О,1 г отверждающей системы (ос), которую используют в качестве отверждакицего агента и которая состоит из этилсиликата (4 ч.) диэтилдикапролата олова (1 ч.). и фиксируют время введения. В течение 3 мин композицию перемешивают для равномерного распределения отверждающей системы. Ячейку заполняют отверждающейся полимерной композицией в количестве 1 г и опускают в нее зонд. Поскольку на все композиции (приготовление и загрузку) затрачивают 7;-10 мин, существенных изменений в значении угл.а механипозиций данного состава на основе разных образцов каучука значения жизнеспособности равны 78, 88 и 118 мин соответственно. П р и м е р 2. Для определения жизнеспособности ненаполненной композиции берут 5,0 г каучука СКТН и вводят в него 0,1 г ОС и фиксируют время введения. В течение 2 мин композицию перемешивают для равномерного распределения отверждающей системы. Композицию в количестве 1,0 г заливают в ячейку, опускают в нее зонд и включают запись изменения угла механических потерь. На все подготовительные операции затрачивают 6 8 мин, в течение которых полимерная композиция находится в текучем состоянии.

В данном примере жизнеспособность полимерной композиции изме;ряют интервалом времени от момента введения ОС до момента, когда значение угла механических потерь достигает 23°. Значения жизнеспособности композиций данного состава на основе разных образцов каучука, отверждающихся под действием ОС различной активности равны 12, 15, 29, 32, 34, 48 и 49мин соответственно.

Изложенные примеры не исчерпывают всех случаев применения изобретения, а являются лишь его иллюстрацией. На практике без нарушения основной идеи технического решения изобретения практически для любых видов полимерных композиций могут быть определены те значения угла механических потерь, которые однозначно связаны с параметром жизнеспособност

Пример 3 (контрольный). Для определения жизнеспособности ненаполненной композиции берут 60 г каучука СКТН, вводят в него 1,2 г ОС и фиксируют время введения. В течение 2 мин композицию перемешивают для равномерного распределения отверждающей системы.

Для определения жизнеспособности по известному способу композицию в количестве 50,4 г помещают в емкость затем в нее погружают подвижный цилиндр крутильного маятника с собственной (начальной) частотой колебаний 0,007 Гц. На все операции (приготовление и загрузку) затрачивают 8 мин, в течение которых полимерная композиция находится в текучем состоянии. Затем производят измерение логари4ии ческого декремента затухания, для чего запускают подвижную систему маятника и снимгвот виброграмму свободно затухающих колебаний в диапазоне частот 0,005-0,010 Гц. Из виброграммы вычисляют логарифмический декремент затухания. На одно измерение логарифмического декремента затухания требуется приблизительно 4-7 мин, поэтому первое значение логарифмического декремента затухания получают через 11-14 мин после .введения отверждающей системы. В процессе отверждения проводят минимум 10 измерений логарифмическо декремента затуханий, по которым строят график изменения логарифмического декремента затухания во времени. По оси абсцисс откладывают время в логарифмическом масштабе, а по оси ординат значения логарифмического декремента затухания. Момент появления максимального значения логарифмического декремента затухания соответствует 48±4 мин. На .определение жизнеспособности затрачивают 80 мин.

Пример 4. Для определения жизнеспособности по предлагаемому способу t г той же композиции, что и в примере 3, заливают в ячейку прибора Вискоэл- 2М и опускают в композицию зонд. На все подготовительные операции (приготовление и загрузку) затрачивают 8 мин, в течение которых полимерная композиция находится в текучем состоянии. Включают запись изменения угла механических потерь. В данном примере жизнеспособность полимерной композиции измеряемая интервалом времени от момента введения отверждающей системы до момента, когда угол механических потерь Достигает заданного значения 23 , равна 48t2 мин (пример 2) На определение жизнеспособности затрачивает 48 мин.

Пример 5 (контрольный). Проводят определение жизнеспособности наполненной полимерной композиции,, состоящей из низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН и двуокиси кремния в соотношении 1:1, отверждающейся при комнатной температуре под действием отверждающей системы, которую берут в количестве 2 мае.ч. на 100 мае.ч. каучука. В полимерную композицщ} массой 60 г вводят 0,6 г ОС и фиксируют время введения. В течение 3 мин композицию перемешивают для равномерного распределения отверждающей системы.

Для определения жизнеспособности по известному способу композицию в количестве 50,4 г помещают в емкость, затем в нее погружают подвижный цилиндр крутильного маятника с собственной (начальной) частотой колебаний 0,007 Гц, На все операции (приготовление и загрузку) затрачивается 15 мин. Затем производят измерение логарифмического декремента затухания, для чего запускают подвижную .систему маятника.

Из-за сильного затухания свободньпс колебаний в композиции такого состава снять виброграмму не удается, логарифмический декремент затухания не поддается измерению, и определить жизнеспособность данной композиции по моменту появления максимального значения логарифмического декремента затухания нельзя.

В то же время предлагаемый способ позволяет определить жизнеспособност этой композиции ло заданному значени угла механических потерь, величина которого, установленная назависимыми опытами, равна 38° (пример 1).

Пример 6 (контрольный). Осзществляют определение жизнеспособности ненаполненной композиции на основе низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН, отверждающейся при комнатной температуре под действием ОС, которую берут в количестве 2 rfac.4. на 100 мае.ч. каучука.

В навеску каучука массой 60 г вводят 1,2 г ОС и фиксируют время введения. В течение 2 мин композицию переменгавают для равномерного pacnpe дапения отверждающей системы.

Для определения жизнеспособности по известному способу композицио в количестве 50,4 г помещают в емкость погружают в нее подвижный цилиндр крутильного маятника с собственной (начальной) частотой колебаний 0,007 Гц, На все операции (приготовление и загрузку) затрачивается 8 мин в течение которых полимерная компо:зиция находится в текучем состоянии. Затем производят измерение логарифмического декремента затухания, для чего запускают подвижную систему маятника и снимают виброграмму свободно затухающих колебаний в диапазоне частот 0,005-0,010 Гц. Из виброграммы вычисляют логарифмический декремент затухания.

При контроле данного состава на основе разных образцов каучука определение жизнеспособности возможно лишь в том случае, если за время

снятия одной виброграммы логарифмический декремент затухания изменяется несущественно. Такой случай соответствует композициям, жизнеспособность которых больше 30 мин (пример 3). Для композиций, жизнеспособность которых меньше 30 мин, за время снятия одной виброграммы декремен затухания изменяется существенно, В этом случае контроль по известному способу оказывается невозможным изза .невозможности получить достоверны данные даже по одной виброграмме.

В предлагаемом способе результат измерения не зависит от скорости отверждения композиции. Это принципиально отличает его от известного и позволяет определять жизнеспособность в указанных пределах по заданному значению угла механических потерь, равному 23 (пример 2).

Из примеров видно, что предлагаемый способ позволяет значительно ускорить и упростить определение жизнеспособности композиций. Он обеспечивает возможность определения жизнеспособности как наполненных, так и ненаполненных композиций, у которых параметр жизнеспособность имеет значение 10 мин и более.

Таким образом, предлагаемый спо-соб, благодаря тому, что в нем отверждающуюся полимерную композицию ;подвергают динамической деформации сдвига в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте, измеряют угол механических потерь и момент, когда композиция теряет способность к переработке, определяют по достижении заданного значения угла механических потерь, позволяет упростить определение жизнеспособности и расширить круг контролируемых полимерных композиций.

Кроме того, использование угла механических потерь для определения жизнеспособности на практике более удобно по сравнению с использованием других вязкоУпругих параметров, поскольку формфактор образца не оказывает ника1 ого влияния на результат измерения угла механических потерь.

В таблице приведены значения жизнеспособности ненаполненных и наполненных композиций (примеры 1 и 2), которые определены органолептическими и предлагаемым способами.

91151864

(жизнеспособность, мин

Полимерная композиция

Относительн.чя ItorpeiuHocTb, 7„

Способ определения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИЗНЕCrtbcOBHOCTH ОТВЕРЖЦАЮЩЕЙСЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗЩИИ путем создания в ней динамической деформации сдвига и измерения времени от момента введения отверждающего агента до момента, когда композиция теряет способность к переработке, отличающийс я тем, что, с целью упрощения способа и расширения круга контролиру«мых полимерных композиций, отверждающуюся полимерную композицию подвергают динамической деформации сдвига в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте, измеряют угол механических потерь и Момент, когда композиция теряет способность к переработке, определяют по достижении (Л заданного значения угла механических потерь. ел 00 О5

1211

я П±1 31+5 3315 36±5 41±5 53i5 80i8 94±8 lOOtlO

I

Из таблицы видно, что погрешность

определения жизнеспособности органолептическими способами находится в пределах ±8 - ±16%, а предлагаемым способом не вьше ±8% относительных.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с базовыми объектами заключается в повышении точности определения жизнеспособности.

8

8 6 7 6 6 4 4 3 2 1

8

16

15

14

12

10

10

8

10

Изобретение может быть использовано при разработке технологических процессов получения новых видов материалов с заданными свойствами, автоматизации технологических процессов, а также при изучении физикохимических свойств как полимерных композиций, так и компонентов, составляющих полимерную композицию.

S,ipad

4