СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ЭЛАСТОМЕРОВ
METHOD OF PRODUCING FLUORINATED ELASTOMERS

Изобретение относится к области химической модификации эластомеров и может быть использовано в производстве синтетических эластомеров, шин и резинотехнических изделий.
Известен способ модификации поверхности резиновых изделий, включающий ее обработку раствором модифицирующего агента в инертном растворителе, в качестве которого используют фторид галогена общей формулы HalFn, где Hal - галоген CI, Br, I. Обработку поверхности изделий проводят 1-5%-ным раствором указанного соединения в течение 1-10 мин, после чего изделия обрабатывают фреоном и сушат [SU 1700015, 23.12.1991].
Известен также способ модификации поверхности полимерных материалов, согласно которому операцию фторирования газообразным фтором в смеси с инертным газом проводят в 2-5 стадии, между которыми осуществляют термообработку: для кристаллических термопластов при температуре на 26-35°С ниже температуры плавления, для аморфных термопластов при температуре, лежащей в интервале от температуры стеклования до температуры на 10°С ниже ее, для резин при температуре 40-100°С. Общее время обработки составляет 1-60 мин [SU 1816773, 23.05.1993].
Известен способ модификации эластомеров, включающий в себя введение в состав резиновой смеси модифицирующих добавок и заключительную обработку готового изделия смесью фтора с инертным газом или смесью фтора и кислорода с инертным газом. Модифицирующие добавки выбирают из групп: порошок оксида металла, порошок карбида металла, дисперсия политетрафторэтилена в минеральном масле, фторированный эфир, фторированный спирт-теломер, парафин, в количестве 0,2-40,0 мас. ч. Возможно проводить заключительную обработку изделия при концентрации фтора 5-25 об. % в смеси с инертным газом 1-24 часа при 15-60°С. Возможно использовать дисперсию политетрафторэтилена в минеральном масле концентрацией 40-60 мас. % с размером частиц политетрафторэтилена 0,5-1 мкм [RU 2230077, 10.06.2004]. Данный способ имеет следующие недостатки:
1. Применения большого количества модифицирующих добавок.
2. Применение в качестве модификатора химически агрессивного соединения, требующего при работе повышенных мер безопасности.
3. Образование большого количества фторсодержащих соединений, осложняющего стадии выделения и сушки эластомера.
4. Достаточно сложное технологическое оборудование для осуществления как самого процесса получения фторсодержащего эластомера, так и процессов регенерации органического растворителя, выделения и сушки эластомера.
Наиболее близким по химической сущности и по технологии проведения процесса галоидной модификации эластомеров к заявляемому изобретению (прототип) является способ получения хлорсодержащего эластомера путем взаимодействия эластомера и хлорсодержащего реагента при смешении в резиносмесителе при 80-150°С в течение 10-30 мин. В качестве хлорсодержащего реагента используют хлорированный углеводород общей формулы CnH(2n+2)-xClx, где n=10-30; х=7-24. При этом эластомер берут в количестве 75-95 мас. ч., а хлорированный углеводород в количестве 5-25 мас. ч. [RU 2215750, 10.11.2003]. Прототип не позволяет получать фторсодержащие эластомеры.
Цель изобретения состоит в получении фторсодержащего эластомера путем упрощения технологического процесса экологически безопасным и экономически выгодным способом.
Поставленная цель изобретения достигается тем, что эластомер и фторсодержащий компонент смешивают в двухроторном резиносмесителе закрытого типа при температуре 80-150°С в течение 10-30 минут, в качестве фторсодержащего компонента используют фторированный углеводород общей формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=20-40, х=10-25, имеющий линейную неразветвленную структуру с длиной цепи, равной соответствующему значению n в брутто-формуле. При этом эластомер берут в количестве 80-98 мас. ч., а углеводород в количестве 2-20 мас. ч.
Конкретные примеры выполнения
Пример 1. В резиносмеситель типа РСВД (фрикция 1:1,5) загружается натуральный каучук (SVR 3L) в количестве 98 мас. ч. Затем загружается фторированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=20, х=21 в количестве 2 мас. ч. Смесь перерабатывается в течение 30 минут при температуре 80°С и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 30, заднего 45. Полученный продукт содержит связанного фтора 0,9-1,3%.
Пример 2. Процесс проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что в резиносмеситель загружается 96 мас. ч. каучука SVR 3L, затем загружается фторированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=23, х=22 в количестве 4 мас. ч. Смесь перерабатывается в течение 20 минут при температуре 100°С и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 40, заднего 60. Полученный продукт содержит связанного фтора 1,3-1,6%.
Пример 3. Процесс проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что в резиносмеситель загружается 94 мас. ч. каучука SVR 3L, затем загружается фторированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=25, х=23 в количестве 6 мас. ч. Смесь перерабатывают 15 минут при температуре 110°С и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 60, заднего 90. Полученный продукт содержит связанного фтора 1,7-2,0%.
Пример 4. Процесс проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что в резиносмеситель загружается 92 мас. ч. каучука SVR 3L, затем загружается фторированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=27, х=23 в количестве 8 мас. ч. Смесь перерабатывается в течение 25 минут при температуре 130°С и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 70, заднего 105. Полученный продукт содержит связанного фтора 2,2-2,7%.
Пример 5. Процесс проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что в резиносмеситель загружается 80 мас. ч. каучука SVR 3L, затем загружается фторированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=37, х=25 в количестве 20 мас. ч. Смесь перерабатывается в течение 10 минут при температуре 150°С и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 40, заднего 60. Полученный продукт содержит связанного фтора 5,1-5,4%.
Примеры 1-5 также подходят для других диеновых каучуков (СКИ-3, СКД, СКС, СКМС, СКН).
Пример 6. Процесс проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что в резиносмеситель загружается 98 мас. ч. бутилкаучука (БК-1675), затем загружается фторированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=20, х=21 в количестве 2 мас. ч. Смесь перерабатывают в течение 20 минут при температуре 120°С и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 90, заднего 135. Полученный продукт содержит связанного фтора 1,0-1,2%.
Пример 7. Процесс проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что в резиносмеситель загружается бутилкаучук (БК-1675) в количестве 96 мас. ч., фторированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=30, х=10 в количестве 4 мас. ч. Смесь перерабатывается при температуре 90°С в течение 25 минут и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 40, заднего 60. Полученный продукт имеет содержание связанного фтора 2,1-2,3%.
Пример 8. Процесс проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что в резиносмеситель загружается бутилкаучук (БК-1675) в количестве 94 мас. ч., фторированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=35, х=15 в количестве 6 мас. ч. Смесь перерабатывается при температуре 90°С в течение 30 минут и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 40, заднего 60. Полученный продукт имеет содержание связанного фтора 2,7-2,9%.
Пример 9. Процесс проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что в резиносмеситель загружается бутилкаучук (БК-1675) в количестве 92 мас. ч., фторированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=40, х=25 в количестве 8 мас. ч. Смесь перерабатывается при температуре 90°С в течение 10 минут и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 40, заднего 60. Полученный продукт имеет содержание связанного фтора 4,0-4,2%.
Пример 10. Процесс проводят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что в резиносмеситель загружается бутилкаучук (БК-1675) в количестве 80 мас. ч., фторированный углеводород формулы CnH(2n+2)-xFx, где n=33, х=18 в количестве 20 мас. ч. Смесь перерабатывается при температуре 115°С в течение 15 минут и частоте вращения роторов, об/мин: переднего 60, заднего 90. Полученный продукт имеет содержание связанного фтора 9,8-11,2%.
Примеры 6-10 также подходят для других полиолефиновых каучуков и каучуков с малой непредельностью (СКЭП, СКЭПТ, БК).
Технический результат состоит в упрощении технологического процесса, сокращении стадий, времени проведения галоидной модификации и в обеспечении экологической безопасности.
С использованием данного изобретения по технологии твердофазной механохимической галоидной модификации впервые были получены образцы фторсодержащих полиолефиновых и диеновых каучуков, изучены структурные параметры и свойства эластомерных материалов на их основе.