Полимерная композиция Советский патент 1980 года по МПК C08L23/06 C08K9/04 

(54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

1

Изобретение относится к электропроводящим полимерным композициям, в частности к полиолефиновым композициям, применяемым для изготовления антистатических труб, листов, емкое- 5 тей, пленок.

Известны композиции на основе полиэтилена и ацетиленовой сажи, обладающие повышенной электропроводностью 1 .10

Однако вследствие значительной хрупкости они не могут быть использованы для изготовления труб, листов и пленок в антистатическом исполнении .15

повЕлшения эластичности таких композиций в их состав вводят полиизобутилен, полибутадиен и другие эластомеры 2 .20

Но это приводит к уменьшению прочности композиций, что существенно ухудшает качество изделий и ограничивает области их применения. Кроме того, введение эластомеров повышает 25 стоимость композиций.

Известна электропроводящая композиция, включающая полиэтилен, газовую сажу -капролактам и четвертичное аммониевое соединение З. 30

Но она также обладает неудов.;{етворительной эластичностью.

Известна также композиция на основе цис-полиизопрена, цис-полибутадиена, бутадиен-стирольного каучука и других эластомеров, в которой в качестве углеродного наполнителя применяется амииированная сажа, предварительно обработанная -капролактамом, в количестве до 40 вес.% 4.

Однако такая композиция обладает неудовлетворительной электропроводностью и прочностью. Для повышения прочности такой композиции ее необходимо подвергнуть процессу высокотемпературной вулканизации в присутствии специальных веществ (сера, ускорители, активаторы) , что усложняет технологический процесс производства изделий.

Цель изобретения - повышение электропроводящих и прочностных свойств полимерной композиции.

Поставленная цель достигается тем, что композиция вместо эластомера или комбинации эластомеров содержит по.лизтилен, а аминированную сажу с содер):;анием аминогрупп от 0,07 до 3 вес. при следующем содержании компонентов, вес.%:

Полиэтилен70-85

Аминированная сажа 15-30 Аминированную сажу получают следующим образом.

Порошок или гранульа сажи обрабатывают при перемешивании 0,5-20% водишь раствором Е, -капролактама при соотношении 1:1 в течение от 2 мин до 4 ч при 60-95 С с последующей сушкой продукта. ООработанная таким способом сажа содержит 0,5-20 вес.% капролактама что соответствует содержанию аминогрупп 0,07-3 вес.%. Аминированную сажу можно получить также и другими известными способами, например, путем последовательной обработки печной сажи газообразным хлором при 100°С в течение 5 ч и 10% водным раствором аммиака при весовом соотношении раствора и сажи 4:1. Полученную, суспензию сажи перемешивают при 20-25°С в течение 24 ч, затем фильтруют и сушат. Содержэ.ние аминогрупп в такойсаже находится в пределах 0,1-1 вес.%

Смешение аминирова.нной сажи с полиэтиленом можно осуществить при повышенной температуре на обычно применяющемся - для этой цели смесительном оборудовании, например на валь;цах, в смесителях тяжелого типа или .скоростных смесителях с последующей экструзией композиции. При этом содержание сажи в композиции должно быть в пределах 15-30 вес.%, так как при меньшем ее количестве не достигается требуемый уровень электропроводности, а при содержании более 30 вес.% резко уменьшается эластичность композиции.

Выбор полиэтилена и аминированной саки в качестве основных компонентов полимерной композиции обусловлен способностью аминированной сажи дополнительно повышать электропроводность композиции на основе полиэтилена по сравнению с исходной сажей, не подвергавшейся обработке амином. Следует особо подчеркнуть, что отмеченная особенность аминированной сажи обнаруживается только в композициях на основе полиэтилена, отличающегося от эластомеров повышенной кристалличностью и отсутствием двойных связей (это связано с повышенной чувствительностью полиэтилена к химии поверхности сажи, что оказывает влияние на характер ее распределения в полимере) . Кроме полиэ.тилена и аминированной сажи, предлагаемая композиция может содержать различные целевые добавки - термостабилизаторы, антикоррозионные добавки, смазки и д

Пример 1. 80 вес.% полиэтилена низкой плотности и.20.вес.% сажи с 0,2 вес.% аминогрупп, обрабо-. танной -капролактамом (1,5 вёс.% Е -капролактама) , смешивают на вальдах при 140°С в течение 20 мин до

образования гомогенной массы. Одно -; .. : . .

временно готовят две контрольные композиции путем смешения на вальцах 80 вес.% цис-полиизопрена (каучука СКИ-3) и 20 вес.% сажи (исходной и 5 обработанной 1,5% раствором Е. -капролактама, соответственно) при 90 С в течение 10 мин. Готовят также две контрольные композиции такого же состава на основе полиэтилена, но с

0 применением исходной сажи, не подвергавшейся обработке 8 -капролактамом, и ацетиленовой сажи. Результаты испытания опытной и контрольных смесей при 20t 3°С приведены в табл. 1.

- Пример 2. Опытную и контрольные полимерные композиции готовят по примеру 1, соотношение полиэтилена или каучука СКИ-3 и сажи, обработанной -капролактамом, берут 70 вес.% и 30 вес.% соответственно. Результа-.

0 ты испытания композиций приведены в табл. 2.

Примеры 3-13. Опытные полимерные композиции получают аналогичс но примеру 1, но варьируют соотношение компонентов и степень аминирования сажи. Результаты испытания, композиций приведены в табл. 3..

Из приведенных примеров видно.

. что предлагаемая полимерная композиция с аминированной сажей обладает повышенной электропроводностью (ниже . показателя удельного сопротивления на 6-8 порядков) и прочностью (в 45 5 раз) по сравнению с известной композицией на основе эластомера. Она превосходит также известную композицию на основе полиэтилена и ацетиленовой сажи по электропроводности,

0 эластичности и прочности. При этом наибольшей прочностью характеризуется композиция, которая содержит аминированную сажу, полученную путем обработки сажи водным раствором -капролактама. Такая композиция обладает

удельным объемным электрическим сопротивлением 9,8 « ,6vlO Ом-«см и удельным поверхностным электрич:еским сопротивлением 1,,2 loSoM, имеет предел текучести при растяже0 НИИ 134-165 кгс/см ,разрушающее напряжение при растяжении 134-150 кгс/см, относительное удлинение при разрыве 140-380%.

5 Из примеров 1 и 2 видно также, что предлагаемая композиция на основе полйэтилена и аминированной сажи имеет значительное преимущество по электропроводности и эластичности

O перед такой же композицией с исходной сазкей, не подвергающейся аминированйю. При этом аминированная сажа не имеет указанных преимуществ при применении в известной композиции на основе цис-полиизопрена.

4,2 . Ю 5,8 10 8,4 10

3,4 . Ю 4,0- 10 1,7- l(f

Предел текучести при растяжении, кгс/см

134

Разрушающее напряжение при растяжении ,кгс/см

134

Относительное удлинение при раз356рыве , % Удельное прверхностное электросопротивление , 1,5 10 4,9 10 1,6 Ом Удельное объемное электросопротивление , 9,8.10 Ю 1,8Ом- см

Предел текучести при растяжении, Лс/см

156

Разрушающее напряжение При растяжении, кгс/см

145

Относительное удлинение при разрыве, %

140

Таблица

2,8. id 3,9 10

1212

3,3 - 10 3,0 . 10

.11

2,2 - 10

102

126

33

2В

103

128

870

920

80

Таблица 2

42

37

125

500

540

10 ICf 6,8.10 . 4,5 10 10 3,9-10 4,1-10 0,14 (1 вес.%2,4-10 капролактама) 6,9.10 4,2-10 (0,5 вес.% капролактама) 5,4-10 3,0-10 (10 вес.% капролактама) 3,2- Ю (20 вес.% капролактама)

Формула изобретения

,ПoлiI depнaя композиция, включакщая аминированную сажу, отличающаяся тем, что, с целью повышения электропроводящих и прочностных свойств, она содержит в качестве полимера полиэтилен, а аминированную Сажу - с содержанием аминогрупп от 0,07 до 3 вес.% при следующем соотношении компонентов, вес.%: Полиэтилен85-70

Аминированная сажа 30-15

Табл. ица 3

, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. С 08 L 23/04, опублик. 05.07.70.

кл. С 08 L 23/06, 02.11.77.

кл. С 09 С 1/56, 09.06.76 (прототигй 2,010 7,5-10 3,1.10 5,5«10 8,6-10 4,6-10