СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ
METHOD FOR MANUFACTURING POLYMER COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к полимерным композициям на основе смеси поликарбоната (ПК) и сополимера этилена с винилацетатом (СЭВА) и может быть использовано для изготовления полимерных изделий: листов, пленок, а также адгезионных материалов.
Уровень техники
Как известно, СЭВА обладает очень хорошей адгезией к различным материалам, обладает высокой морозостойкостью, но имеет невысокие прочностные характеристики и низкую теплостойкость. ПК же, наоборот, является полимером с высокими физико-механическими свойствами и высокой теплостойкостью, но обладает невысокой адгезией. Получение данной композиции позволит получить материал, обладающий свойствами обоих компонентов.
Известна полимерная композиция, содержащая, в мас.ч.: А) от 10 до 90 ароматического поликарбоната; В) от 10 до 90 одного из соединений выбранного из группы привитого сополимера, состоящей из винилароматических соединений, винилцианидов, алкилового эфира акриловой кислоты и др. (см. патент RU 2439099, C08K 5/09, C08L 67/02, 2006).
Известна композиция, состоящая из, в мас.ч., 27-94 привитого сополимера полипропилена, 5-63 поликарбоната, 1-15 алифатического полиэфира (см. патент RU 2171821, C08L 51/06, C08L 69/00, C08L 67/02, 1996).
Другая полимерная композиция содержит, мас.ч.: А) от 10 до 90 гомополикарбоната на основе бисфенола, Б) от 10 до 90 привитого сополимера из группы полиуретановых, этиленвиниацетатных, силиконовых, этиленпропиленовых каучуков, акрилатных, диеновых каучуков, В) от 1 до 20 линейного полимера с функциональными группами глицидилового эфира, Д) от 1 до 20 второго привитого полимера из полиалкилакрилата и полиорганосилоксана (см. патент RU 2458088, C08L 69/00, C08L 55/02, C08L 33/10, 2007).
Известны также смеси полиолефинов и поликарбонатов из зарубежных патентов: патент Великобритании GB 982752, где описывается смесь, состоящая из 80-99% полиэтилена и 1-20% ароматического поликарбоната; патент США US 4119607 рассматривает композицию из 40 мас. % алкениларендиенового блок-сополимера и 5-48 мас. % одного из промышленного термопласта: поликарбоната, полиэтилена или насыщенного полиэфира; патент Канады СА 705481 описывает смесь, состоящую из 80-99,5% кристаллизующего полипропилена и 0,5-20% полиарилкарбонатного полимера; патент США US 4299929 рассматривает композицию поликарбоната и акрилонитрилбутадиенстирольного пластика.
Недостатком всех перечисленных патентов является то, что композиции получены традиционным способом: смешением в расплаве, что не всегда приводит к комбинированию отдельных свойств смешиваемых материалов, так как практически все полимеры являются несовместимыми и образуют при смешении разные фазы, которые могут расслаиваться и приводить к ухудшению свойств композиций.
Известно, выбранное в качестве прототипа решение, описанное в статье «Значения пределов воздействия и критические параметры тройной смеси С02+толуол/дихлорметан, участвующей в процессе осаждения Диспергирование с улучшенным растворением за счет сверхкритических (SEDS) флюидов»
(DOI: 10.1016/j.molliq.2021.116371), в которой раскрывается приготовление полимерной композиции, включающей поликарбонат и сополимер этилена с винилацетатом причем композицию получают смешением и диспергированием по методу сверхкритического антирастворителя (SEDS).
Однако в данном решении не раскрывается использования реактора оптимального объема, что не позволяет получить более высокие физико-технические характеристики композиции.
Раскрытие изобретения.
В одном аспекте изобретения раскрыт способ получения полимерной композиции из поликарбоната и сополимера этилена с винилацетатом, содержащий этапы, на которых:
- предварительно растворяют поликарбонат и сополимер этилена с винилацетатом в органическом растворителе в первой емкости;
- нагревают и подают раствор поликарбоната и сополимера этилена с винилацетатом в реактор через сопло с помощью насоса мощностью 1500 Вт;
- одновременно подают в реактор нагретый до 150 градусов Цельсия углекислый газ через сопло с помощью насоса мощностью 1500 Вт;
- осаждают полученные частицы на металлической подложке; отличающийся тем, что объем реактора составляет от 2 до 10 литров.
Задачей изобретения является смешение и получение частиц композиции поликарбоната и сополимера этилена с винилацетатом с повышенным уровнем совместимости и более высокими физико-механическими свойствами чем в прототипе.
Сущность изобретения заключается в том, что смешение частиц композиции поликарбоната и сополимера этилена с винилацетатом осуществляют с помощью антирастворителя, для этого готовят раствор, нагревают его, сжимают, пропускают через сопло, смешивают со сверхкритическим антирастворителем, осаждают полученные частицы и собирают их, при этом в качестве растворяемого вещества выступает смесь поликарбоната и сополимера этилена с винилацетатом в соотношении от 25% до 75% соответственно, объем реактора составляет 2-10 литров, а для сбора диспергированных частиц на дне реактора устанавливается металлическая подложка.
Технический результат, достигаемый решением, заключается в получении композиции с лучшими физико-химическими свойствами в сравнении с прототипом.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 показывает схему установки для получения композиции.
Осуществление изобретения
В качестве объектов исследований использованы следующие полимеры: сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) и поликарбонат.
Принципиальная схема установки, предназначенной для диспергирования смесей полимеров по методу SEDS, представлена на фиг. 1, где
2
1 - баллон с СО,
2 - емкость для раствора "исследуемое вещество органический растворитель",
3 - вентиль на линии подачи раствора в сопло,
4 - насос подачи раствора,
2
5 - насос подачи СО,
6 - нагреватель раствора,
2
7 - нагреватель СО,
8 - коаксиальное сопло,
9 - реактор,
10 - регулятор обратного давления,
11 - сепаратор.
Емкость 1 функционально связана по текучей среде с насосом 5, который через нагреватель 7 по линии связи по текучей среде связан с соплом 8 реактора 9. Емкость 2 функционально связана по текучей среде с насосом 4, который через нагреватель 6 по линии связи по текучей среде связан с соплом 8 реактора 9. Реактор 9 в свою очередь через регулятор 10 по текучей среде функционально связан с сепаратором 11. Все элементы установки диспергирования смесей полимеров находятся в одном корпусе.
2
2
Для подачи раствора смеси полимеров в органическом растворителе из емкости 2 и СО из баллона 1 используются плунжерные насосы 4 и 5. Цилиндрическая емкость из нержавеющей стали объемом 2-10 литров используется в качестве реактора 9. Давление в реакторе 9 измеряется с помощью манометра и регулируется регулятором 10 обратного давления. Впрыскивание жидкого раствора и подача сверхкритического диоксида углерода происходят одновременно через коаксиальное сопло 8. При этом, раствор полимеров в органическом растворителе подается по внутреннему отверстию, а СО по внешнему кольцевому зазору. Для сбора диспергированных частиц на дне реактора 9 устанавливается металлическая подложка. Оставшийся после эксперимента органический растворитель собирается в сепараторе 11.
Для измерения физико-механических свойствах композиции посредством прессования на гидравлическом прессе получали пластины 100×100 мм и толщиной 0.9-1.1 мм. Прочность при разрыве определяли в рамках требований ГОСТ 11262-76. Образец для испытания вырубался в виде лопатки с помощью специального ножа. Разрушающее напряжение при разрыве определялось как отношение усилия, при котором происходит разрушение образца, к площади поперечного сечения рабочей части образца до разрыва. Определение деформационно-прочностных свойств образца проводилось на разрывной машине. Расчетная длина образца для определения относительного удлинения составляла 20 мм. Испытание проводилось при температуре 20±2°С и относительной влажности 50±5% в соответствии с ГОСТ 12423-66.
В качестве результата испытания принималось среднее арифметическое для ряда образцов.
В результате экспериментов установлены предпочтительные режимные параметры осуществления процесса диспергирования полимерных смесей СЭВА/поликарбонат (табл. 1).
Полученные частицы имеют сферическую форму диаметром от 160 до 250 нм, зависящем от режимных параметров осуществления процесса диспергирования. При этом, при прочих равных условиях и из одной и той же массы исходной полимерной смеси после диспергирования получаются образцы различного объема. Самому низкому значению давления отвечает наиболее объемный образец с наименьшей плотностью, а самому высокому значению давления соответственно наименее объемный и с наибольшей плотностью.
При этом существенным в отношении достигаемых физико-технических свойств композиции является объем реактора. При прочих равных условиях проведения реакции увеличение объема реактора 9 по сравнению с прототипом, в котором объем реактора 1 литр, приводит к улучшению физико-технических свойств получаемой композиции.
Чем больше объем реактора 9, тем быстрее падает давление, в результате кристаллизация происходит интенсивнее, что приводит к увеличению условной прочности на разрыв и относительного удлинения при разрыве пластинки, полученной из композиции.
Максимальный объем реактора 9, при котором наблюдается улучшение физико-технических свойств зависит от производительности насосов 4 и 5. В результате экспериментов было выявлено, что при мощности насосов 4 и 5 в 1500 Вт, наилучшие показатели физико-технических свойств композиции получаются при объеме реактора от 2 до 10 л.
Для всех полимерных смесей наблюдается повышение степени структурной упорядоченности, выраженной возрастанием удельной теплоты плавления и соответственно степени кристалличности в сопоставлении с аддитивными значениями.
Несомненный интерес представляет и вопрос влияния режимных параметров осуществления процесса диспергирования по методу SEDS на величину удельной теплоты плавления смесей изучаемых полимеров. Соответствующие усредненные данные для объема реактора 2-10 литров представлены в таблице 2.
Анализ данных, представленных в таблице 2, позволяет заключить, что во всех приведенных случаях диспергирования смесей полимеров в рамках метода SEDS удельная теплота плавления превышает теплоту плавления смесей, полученных смешением в расплаве в среднем в ~2,7 раз.
Изучение физико-механических характеристик исследуемых смесей проведено на отпрессованных образцах. Результаты исследования усредненных деформационно-прочностных показателей материалов представлены в таблице 3.
Как понятно из представленных выше данных, увеличение объема реактора в сравнении с прототипом приводит к улучшению свойств получаемой композиции. Дальнейшее увеличение объема реактора без увеличения других параметров установки не приводит к дальнейшему улучшению показателей композиции.
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании и знаний уровня техники, станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.
Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы изобретения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы изобретения.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.
Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации, раскрытые в различных частях описания, могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.