На правах рукописи НИГМАТУЛЛИНА АЛИНА ИЛЬДУСОВНА ДИНАМИЧЕСКИЙ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТ НА ОСНОВЕ БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНОГО КАУЧУКА И ПОЛИПРОПИЛЕНА, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ СЛОИСТЫМ СИЛИКАТОМ 05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Казань – 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет» (ГОУ ВПО «КГТУ») Научный руководитель: Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Вольфсон Светослав Исаакович доктор технических наук, профессор Хозин Вадим Григорьевич доктор химических наук, профессор Антипов Евгений Михайлович Ведущая организация: Институт химической физики им. <...> В последние годы интенсивно развивается производство и применение динамических термоэластопластов (ДТЭП), сочетающих свойства вулканизованных каучуков при эксплуатации и термоэластопластов в процессе переработки. <...> Изменением соотношения каучуков и термопластов, используемых для изготовления ДТЭП, можно добиться в изделиях из них нужных показателей в диапазоне от резины до пластмассы. <...> Основная причина такого роста заключается в том, что применение ДТЭП дает возможность создания полностью автоматизированного процесса производства, сокращение расходов энергозатрат, утилизации отходов, а также возможность многократной переработки материала без ухудшения свойств, что обеспечивает снижение стоимости готовой продукции. <...> Благодаря своей относительной низкой стоимости и достаточно высоким эксплуатационным характеристикам ДТЭП является одним из перспективных классов полимерных композиционных материалов. <...> Наиболее распространенный ДТЭП с повышенной маслобензостойкостью изготавливают на основе смеси полипропилена (ПП) с бутадиен-нитрильным каучуком (БНКС), что обусловлено доступностью компонентов <...>
Динамический_термоэластопласт_на_основе_бутадиен-нитрильного_каучука_и_полипропилена,_модифицированный_слоистым_силикатом._Автореферат.pdf
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В последние годы интенсивно развивается
производство и применение динамических термоэластопластов (ДТЭП), сочетающих
свойства вулканизованных каучуков при эксплуатации и термоэластопластов
в процессе переработки. Изменением соотношения каучуков и
термопластов, используемых для изготовления ДТЭП, можно добиться в
изделиях из них нужных показателей в диапазоне от резины до пластмассы.
На протяжение ряда лет развитие сырьевой базы производства композиционных
изделий в ведущих странах мира имеет тенденцию к непрерывному
росту потребления термоэластопластичных материалов. Основная причина
такого роста заключается в том, что применение ДТЭП дает возможность
создания полностью автоматизированного процесса производства, сокращение
расходов энергозатрат, утилизации отходов, а также возможность многократной
переработки материала без ухудшения свойств, что обеспечивает
снижение стоимости готовой продукции.
Благодаря своей относительной низкой стоимости и достаточно высоким
эксплуатационным характеристикам ДТЭП является одним из перспективных
классов полимерных композиционных материалов. Объем производства
термопластических эластомеров (ТПЭ) в мире в настоящее время составляет
около 3 млн т/год.
Повышенным спросом пользуются ДТЭП на основе смеси полиолефинов
с олефиновыми или диеновыми каучуками. К недостаткам этих полимерных
материалов относится низкая маслобензостойкость, что существенно
ограничивает область их применения. Наиболее распространенный ДТЭП с
повышенной маслобензостойкостью изготавливают на основе смеси полипропилена
(ПП) с бутадиен-нитрильным каучуком (БНКС), что обусловлено
доступностью компонентов и их высокой стойкостью к углеводородам. Однако
при смешении полярной эластомерной фазы и неполярной термопластичной
фазы имеет место плохая совместимость полимеров, вследствие чего
композиционный материал имеет невысокие деформационнопрочностные
характеристики. Кроме того, в последнее время ко всем композиционным
материалам предъявляются новые дополнительные требования,
связанные с термо-огнестойкостью.
Структурой композиционного материала на основе несовместимых
полимеров можно управлять, вводя в композицию специальные наполнители
и изменяя технологию смешения. Таким образом, в направленном выборе
полимеров и наполнителя, создании оптимальных технологических режимов
кроются пути улучшения эксплуатационных свойств ДТЭП на основе каучука
(БНКС) и полипропилена (ПП). В последние годы интенсивно растет число
работ, посвященных получению и исследованию полимерных нанокомпо3
Стр.3
зитов, содержащих в качестве наполнителя наночастицы слоистых силикатов,
что связано с их способностью в определенных условиях расслаиваться
в полимерной матрице на отдельные пластины, образуя органонеорганический
композит. В основном изучались композиты на основе одного
полимера (или полиолефина или эластомера) и слоистого силиката. В литературе
отсутствуют данные об использовании слоистых силикатов в смесях
полимеров, в частности на основе ПП и БНКС, имеющих разную полярность.
Следует отметить, что многие физико-механические и другие эксплуатационные
характеристики композиций могут быть существенно улучшены
введением небольшого (обычно менее 5% по объему) количества наночастиц
слоистого силиката.
В связи с вышеизложенным целью настоящей работы явилась разработка
ДТЭП на основе бутадиен-нитрильного каучука (БНКС) и полипропилена
(ПП) с улучшенным комплексом свойств за счет введения в композицию
нанонаполнителя – слоистого силиката многофункционального назначения.
Для
достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- определение влияния содержания акрилонитрила в БНКС на совместимость
и адгезионные свойства системы ПП-БНКС;
- оценка совместимости модифицированного слоистого силиката с
компонентами ДТЭП;
- исследование влияния технологии введения модифицированного
слоистого силиката на структуру и свойства ДТЭП;
- разработка оптимальной рецептуры и технологии получения ДТЭП,
модифицированного слоистым силикатом.
Научная новизна. Впервые получен нанокомпозит на основе смеси
полимеров бутадиен-нитрильного каучука (БНКС-18) и полипропилена (ПП)
с применением модифицированных наноглин путем предварительного смешения
в расплаве каучука и модифицированного слоистого силиката с последующим
смешением с полипропиленом. На основании рассчитанных и
экспериментально определенных параметров растворимости, полярностей,
термодинамических и энергетических параметров взаимодействия, оценена
совместимость компонентов полимерной фазы ДТЭП (ПП и БНКС) и их совместимость
с модифицированными глинами – слоистыми силикатами. Это
позволило обосновать выбор компонентов и найти оптимальные условия
приготовления ДТЭП.
Практическая ценность. Найдена добавка – модифицированный нанонаполнитель,
который позволяет повысить совместимость между ПП и
БНКС и улучшить потребительские свойства ДТЭП на основе этих полимеров.
Разработан маслобензотермостойкий ДТЭП, который не уступает по
свойствам зарубежным аналогам.
4
Стр.4