Термопластичная эластомерная композиция на основе натурального каучука и поливинилхлорида
THERMOPLASTIC ELASTOMERIC COMPOSITION BASED ON NATURAL RUBBER AND POLYVINYLCHLORIDE

Изобретение относится к области полимерных термопластичных композиций на основе натурального каучука и поливинилхлорида. Композиции предназначены для изготовления изделий с повышенным уровнем бензомаслостойкости - уплотнителей, ремней, конвейерных лент, шлангов, и деталей с повышенной озоно- и атмосферостойкостью, используемых в различных отраслях промышленности.
Известны термопластичные эластомерные композиции на основе натурального каучука и поливинилхлорида, для повышения совместимости которых используются сопромоторы (патент WO 0034383, МПК C08L 7/00, C08L 7/02, C08L 9/02, C08L 9/04, C08L 77/06, C08L 23/06, C08L 23/08, C08L 23/12, C08L 75/04, опубл. 15.06.2000).
Недостатком данных композиций является снижение высокоэластичности вулканизатов, так как для обеспечения совместимости компонентов основы снижено содержание натурального каучука в композиции.
Известны резиновые смеси на основе натурального каучука и хлорсульфированного полиэтилена 50/50, содержащие поливинилхлорид в качестве совмещающего компонента для лучшей гомогенизации двух основ (Influence of Poly(vinyl chloride) on Natural rubber/Chlorosulfonated polyethylene blends / M. Phiriyawirut, S. Luamlam // Open Journal of Organic Polymer Materials, 2013, 3, 81-86).
Недостатком данных смесей являются низкие деформационно-прочностные показатели и низкое значение твердости по Шору.
Известны эластомерные смеси натурального каучука, модифицированного путем привитой сополимеризации со стиролом и метилметакрилатом, и поливинилхлорида (Blends of Poly(Vinyl Chloride) (PVC)/Natural Rubber-g-(Styrene-co-Methyl Methacrylate) for Improved Impact Resistance of PVC / W. Arayapranee, P. Prasassarakich, G.L. Rempel // Journal of Applied Polymer Science, Vol. 93, 1666-1672 (2004)).
Недостатком данных смесей является низкая интегрированность каучука и поливинилхлорида, а также необходимость предварительной модификации натурального каучука, в результате чего данный компонент представляет собой смесь модифицированных каучуков и гомополимеров, что не позволяет эффективно улучшить свойства вулканизата.
Наиболее близкой является эластомерная композиция на основе натурального каучука и поливинилхлорида, содержащая вулканизующую группу (Latex Stage Blending of Natural Rubber and Poly(Vinyl Chloride) for Improved Mechanical Properties / Laliamma J., Rani J. // International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials, Vol. 54, Is. 5, 387-396). Основу получают под действием уксусной кислоты из смеси латекса каучука и дисперсии поливинилхлорида в воде.
Недостатком эластомерной композиции является многостадийный процесс получения, а также использование поливинилхлорида в виде дисперсии, при этом частицы ПВХ в композиции получаются крупными, что не обеспечивает хорошей интегрированности компонентов основы.
Задачей данного изобретения является разработка термопластичной эластомерной композиции на основе натурального каучука (НК) и поливинилхлорида (ПВХ), обеспечивающей для вулканизатов снижение относительного удлинения и снижение степени равновесного набухания в органических растворителях.
Техническим результатом являются повышенная стойкость вулканизата термопластичной эластомерной композиции к воздействию органических жидкостей и агрессивных сред при сохранении его деформационно-прочностных свойств.
Технический результат достигается при использовании термопластичной эластомерной композиции на основе натурального каучука и поливинилхлорида, выделенных одновременно из смеси, содержащей оксид цинка, стеариновую кислоту, серу, стабилизатор и ускоритель вулканизации, при этом в качестве стабилизатора композиция содержит стеарат кальция, в качестве ускорителя вулканизации - каптакс, а в качестве основы - натуральный каучук и поливинилхлорид, выделенные из смеси латексов под действием полидиаллилдиметиламмоний хлорида, при следующем соотношении компонентов композиции, масс. ч.:
Натуральный каучук
90
Поливинилхлорид
10
Оксид цинка
4,5
Стеариновая кислота
0,45
Стеарат кальция
0,5
Каптакс
0,63
Сера
2,7.
Сущность заявляемого технического решения заключается в получении термопластичной эластомерной композиции на основе неполярного эластомера (НК) и полярного термопласта (ПВХ), полученных из смеси их латексов с помощью полидиаллилдиметиламмоний хлорида (ПДАДМАХ), который функционирует как универсальный коагулянт. При этом размеры частиц ПВХ очень малы (0,1-0,5 мкм) и равномерно распределены в непрерывной эластомерной фазе.
Использование в составе термопластичной эластомерной композиции такой основы, позволяет обеспечить высокую стойкость к воздействию органических жидкостей и агрессивных сред, а также повышает деформационно-прочностные свойства вулканизата.
В составе основы для термопластичной эластомерной композиции использовали высокоаммиачный натуральный латекс ГОСТ 29081-91, поливинилхлоридный латекс марки ЕП-6602-С и, в качестве коагулянта - полидиаллилдиметиламмоний хлорид (ПДАДМАХ) - полиэлектролит водорастворимый катионный марки ВПК-402 ТУ 2227-184-00203312-98 «Каустик». В качестве вулканизующей группы композиции используют стандартные компоненты: стеариновую кислоту, оксид цинка, каптакс и серу, а в качестве стабилизатора для ПВХ - стеарат кальция.
Составы термопластичных эластомерных композиций на основе НК и ПВХ приведены в таблице 1.
Были исследованы характеристики вулканизата термопластичной эластомерной композиции, полученной в результате вулканизации заявленной термопластичной эластомерной композиции.
Деформационно-прочностные свойства термопластичной эластомерной композиции на основе натурального каучука и поливинилхлорида были определены по ГОСТ 270-75. Твердось Шора А была определена по ГОСТ 263-75. Набухание вулканизатов композиций проводилось при выдерживании вулканизатов в разных растворителях в течение 96 часов: гексан ТУ 6-09-3875-78, бензол ГОСТ 5955-75, толуол ГОСТ 5789-78 и о-ксилол ТУ 2631-008-44493179-97, и рассчитывалась по формуле:
1
2
где W и W - навески исходного и набухшего образцов соответственно, г.
Характеристики термопластичных эластомерных композиций на основе НК и ПВХ представлены в таблице 2.
Из таблицы видно, что вулканизат из заявляемой термопластичной эластомерной композиции обладает повышенными деформационно-прочностными свойствами. Соотношение НК и ПВХ в составе композиции, в сочетании с остальными компонентами, позволяет повысить твердость и уменьшить степени равновесного набухания, а следовательно, повысить стойкость к воздействию органических жидкостей и агрессивных сред.
На фиг. 1 показано СЭМ-изображение термопластичной эластомерной композиции НК/ПВХ 90/10. Изображение получено с помощью сканирующего электронного микроскопа VERSA 3D DualBeam (FEI, США) и показывает размерность частиц поливинилхлорида, обеспечивающее эффективную интеграцию ПВХ и НК в основе композиции.
На фиг. 2-5 показаны графики, иллюстрирующие степени набухания вулканизатов из заявленной термопластичной эластомерной композиции (кривая 1) и вулканизатов на основе натурального каучука (кривая 2) в органических растворителях: гексане (фиг. 2), бензоле (фиг. 3), толуоле (фиг. 4) и о-ксилоле (фиг. 5).
Вулканизаты (кривая 2) на основе натурального каучука получали вулканизацией с помощью вулканизации такой же вулканизующей группы, с использованием каучука, полученного коагуляцией муравьиной кислотой (Большой справочник резинщика. Ч. 1. Каучуки и ингредиенты / Под ред. С.В. Резниченко, Ю.Л. Морозова. - М.: ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2012. - 744 с. - стр. 106, 110).
Из графиков видно, что степень набухания термопластичной эластомерной композиции на основе композиции НК/ПВХ 90/10 ниже, чем у вулканизатов на основе натурального каучука, следовательно, эта композиция более стойкая к воздействию органических жидкостей.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Пример.
Для получения термопластичной эластомерной композиции на основе натурального каучука и поливинилхлорида в емкость с 116 г высокоаммиачного натурального латекса (сухой остаток 61,77%) и 25 г нестабилизированного латекса поливинилхлорида (сухой остаток 31,38%) прилили дистиллированной воды в массовом отношении смесь латексов: вода, равном 1:2. Смесь перемешивали в течение 2 часов, далее добавили к ней 63,2 г 1%-го раствора ПДАДМАХ. Время коагуляции составило 12 ч. Полученную крошку отделили фильтрованием, затем сушили при 70°С в течение 12 час.
В смесителе Брабендер при температуре 40-50°С и скорости вращения 70 об/мин в полученную основу ввели вулканизующую систему (количества компонентов в соответствии с таблицей 1).
Для получения вулканизата термопластичную эластомерную композицию вулканизировали на прессе под давлением при 143°С в течение 15 минут.
Таким образом, вулканизаты из термопластичной эластомерной композиции на основе натурального каучука и поливинилхлорида, выделенных из смеси латексов под действием полидиаллилдиметиламмоний хлорида, содержащей вулканизующую группу при заявленном соотношении компонентов, обладают повышенной стойкостью к воздействию органических жидкостей и агрессивных сред при сохранении их деформационно-прочностных свойств.