ЛАТЕКСНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛАСТОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
LATEX COMPOSITION FOR PRODUCING ELASTOMERIC ARTICLES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композиции и способу получения эластомерных изделий, не содержащих ускорителя вулканизации, в частности, эластомерных перчаток с улучшенными физико-механическими характеристиками, не содержащих оксид цинка, ускорителей вулканизации и серу.
Уровень техники
Натуральный каучук состоит из множества звеньев изопрена, который является мономерной единицей натурального каучука. Натуральный каучук обладает рядом востребованных характеристик, таких как эластичность, прочность, непромокаемость, клейкость, а также высокое электрическое сопротивление, которые делают его чрезвычайно ценным материалом в ряде отраслей промышленности, особенно в химической промышленности при производстве клеев, покрытий, волокнистых материалов, формованных изделий, электрических изоляторов, перчаток и многого другого.
В то же время синтетический каучук считается лучшей заменой натуральному каучуку благодаря тому, что он имеет больший срок службы, лучшую устойчивость по отношению к химикатам, маслу, более широкий интервал температур и климатических условий использования. Согласно предшествующему уровню техники, при производстве перчаток применяется обычная вулканизация серой с использованием ускорителей вулканизации, таких как тиурамы, тиазолы и карбаматы, серы и/или распространенных оксидов, например, оксида цинка.
Более того, присутствие ускорителей вулканизации, оксида цинка и серы было обязательно при производстве резиновых изделий, так как ускорители вулканизации, оксид цинка и сера выступают в качестве сшивающего агента. Тем не менее, следует отметить, что белок из натурального каучука вызывает немедленную гиперчувствительность I типа (аллергию). В то же время отложенная гиперчувствительность IV типа (аллергия) вызывается использованием и в натуральной, и в синтетической резине ускорителей вулканизации, таких как, тиурамы, тиазолы и карбаматы.
Для того чтобы устранить контактный дерматит аллергической гиперчувствительности I и IV типа, требуются перчатки из синтетической резины, не содержащей ускорителей вулканизации.
В патенте США 20120246799 А1 описана тонкая резиновая пленка, получаемая без использования ускорителей вулканизации и серы. Такая тонкая резиновая пленка включает в себя:
а) карбоксилированный нитрильный латекс;
б) оксид двухвалентного элемента;
в) регулятор уровня рН для достижения значений рН в интервале от 9 до 10;
при этом общее содержание сухого вещества (ССВ) в тонкой резиновой пленке выдерживается в интервале от 18 масс.% до 30 масс.%, а для регулирования ССВ используется вода.
Далее необходимо отметить, что в составе тонкой резиновой пленки согласно предшествующему уровню техники используется оксид цинка, который является распространенным оксидом, обладающим более низкой ионной силой. Это приводит к образованию более слабой сшивки, которая непосредственно влияет на характеристики получаемого продукта. Далее, несмотря на то, что тонкая резиновая пленка, полученная согласно указанной выше композиции, может устранить аллергию I и IV типа, однако ее физико-механические характеристики лишь сравнимы с характеристиками тонких резиновых пленок, полученных обычной серной вулканизацией, иными словами не происходит улучшение каких-либо физико-механических характеристик.
Таким образом, существует необходимость производства перчаток с применением эффективной латексной композиции и способа, которые будут способствовать улучшению физико-механических характеристик, а также устранению немедленной гиперчувствительности I типа (аллергии) и отложенной гиперчувствительности IV типа (аллергии).
Сущность изобретения
Латексная композиция для изготовления эластомерных изделий, содержащая по меньшей мере один базовый полимер и сшивающий агент наряду с регулятором уровня рН для обеспечения значений рН в интервале от 9,5 до 10,5, отличающаяся тем, что сшивающий агент представляет собой смесь а) трехвалентного металла или соединения трехвалентного металла, причем соединение трехвалентного металла выбирают из группы, состоящей из соединений алюминия, железа и хрома, б) полиэтиленгликоля, причем полиэтиленгликоль имеет молекулярную массу в интервале от 200 Дальтон до 200000 Дальтон и в) соединения, содержащего гидроксид-ион, причем содержащее гидроксид-ион соединение выбирают из группы, состоящей из гидроксида калия, гидроксида натрия, гидроксида аммония или их смесей.
Кроме того, способ получения латексной композиции для изготовления эластомерных изделий, включающий следующие этапы: I) смешивание базового полимера с регулятором уровня рН, причем смесь содержит от 0,15 до 0,50 массовых частей регулятора рН на сто грамм базового полимера, II) перемешивание полученной на стадии (I) смеси в течение от 20 до 30 минут, III) добавление сшивающего агента к полученной на стадии (II) смеси, причем получаемая смесь содержит от 1,5 масс.% до 6,0 масс.% сшивающего агента на сто грамм базового полимера, IV) перемешивание полученной на стадии (III) смеси в течение одного часа, V) добавление воды к полученной на стадии (IV) смеси до достижения общего содержания сухого вещества в интервале от 13 масс.% до 30 масс.% и VI) выдерживание полученной на стадии (V) смеси для созревания в течение от 20 до 30 часов, причем уровень рН смеси после проведения стадии (VI) поддерживается в интервале от 9,5 до 10,5, а сшивающий агент представляет собой смесь а) трехвалентного металла или соединения трехвалентного металла, причем соединение трехвалентного металла выбирают из группы, состоящей из соединений алюминия, железа и хрома, б) полиэтиленгликоля, причем полиэтиленгликоль имеет молекулярную массу в интервале от 200 Дальтон до 200000 Дальтон и в) соединения, содержащего гидроксид-ион, причем содержащее гидроксид-ион соединение выбирают из группы, состоящей из гидроксида калия, гидроксида натрия, гидроксида аммония или их смесей.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к латексной композиции и способу получения латексной композиции для изготовления эластомерных изделий, более конкретно, эластомерных перчаток. Перчатки, изготовленные с использованием настоящего изобретения, могут устранить и аллергию I типа (немедленную гиперчувствительность), и аллергию IV типа (отложенную гиперчувствительность), а также обладают улучшенными физико-механическими характеристиками.
В дальнейшем данное описание раскрывает сущность настоящего изобретения посредством предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, следует понимать, что ограничение описания предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения служит для облегчения понимания сущности настоящего изобретения и подразумевается, что специалисты в данной области техники могут предложить различные модификации и эквиваленты настоящего изобретения, находящиеся в пределах объема и сущности прилагаемой формулы изобретения.
Латексная композиция для изготовления эластомерных изделий, содержащая смесь:
а) по меньшей мере одного базового полимера;
б) сшивающего агента;
с регулятором уровня рН. Эластомерное изделие представляет собой эластомерные перчатки. Латексную композицию согласно настоящему изобретению получают без использования серы, без использования распространенных оксидов (например, оксида цинка) и без использования ускорителей вулканизации. Обычно используемыми в производстве перчаток ускорителями вулканизации являются тиурамы, тиазолы и карбаматы. В латексной композиции согласно настоящему изобретению используется сшивающий агент, представляющий собой смесь трехвалентного металла или соединения трехвалентного металла, полиэтиленгликоля, соединения, содержащего гидроксид-ион, и воды.
Базовый полимер, используемый в упомянутой латексной композиции, представляет собой синтетический латекс. Синтетический латекс может быть выбран из группы, состоящей из полиизопрена, карбоксилированного акрилонитрил- бутадиенового полимера, неопренового латекса или их смесей. Предпочтительным базовым полимером согласно настоящему изобретению является базовый полимер, содержащий карбоксилированные группы, например, карбоксилированный акрилонитрил-бутадиеновый полимер.
В то же время, регулятор уровня рН в упомянутой латексной композиции используется для сохранении указанной композиции в стабильном состоянии путем обеспечения необходимого интервала значений рН. Предпочтительный интервал значений рН, при котором указанная латексная композиция находиться в стабильном состоянии, составляет от 9,5 до 10,5. Регулятор уровня рН выбирают из группы, состоящей из гидроксида калия, гидроксида натрия, гидроксида аммония или их смесей, предпочтительно, гидроксида аммония.
Композиция вышеупомянутого сшивающего агента представляет собой смесь трехвалентного металла или соединения трехвалентного металла, полиэтиленгликоля, соединения, содержащего гидроксид-ион, и воды, причем трехвалентный металл представляет собой по меньшей мере один металл, выбранный из алюминия, железа или хрома. В то же время, соединение трехвалентного металла выбирают из группы, состоящей из соединений алюминия, железа(III) и хрома(III), предпочтительно соединений алюминия. Соединение алюминия представляет собой по меньшей мере одно соединение, выбранное из сульфата алюминия, хлорида алюминия, гидроксида алюминия, фосфата алюминия, алюмината натрия или их смесей. Трехвалентный металл или соединение трехвалентного металла, используемые в композиции сшивающего агента, представляет собой гидроксид алюминия.
Применение трехвалентного металла или соединения трехвалентного металла в композиции сшивающего агента исключает необходимость использования серы, ускорителей вулканизации и распространенных оксидов металлов (в частности, оксида цинка).
Другой важный отличительный признак композиции сшивающего агента заключается в использовании полиэтиленгликоля, который является удлинителем цепи. Полиэтиленгликоль образует комплексное соединение с трехвалентным металлом или соединением трехвалентного металла. Комплексное соединение образуется в результате взаимодействия трехвалентного металла или соединения трехвалентного металла с полиэтиленгликолем. Оптимальные сшивки между комплексным соединением и латексной полимерной цепью улучшают физико-механические характеристики латексной композиции. В результате такой сшивки получаются перчатки с повышенной прочностью, как показано ниже в таблицах со 2 по 8.
Полиэтиленгликоль молекулярной массой в интервале от 200 Дальтон до 200000 Дальтон используется в качестве удлинителя цепи.
Соединение, содержащее гидроксид-ион, использованное в композиции сшивающего агента, представляет собой по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из гидроксида калия, гидроксида натрия, гидроксида аммония или их смесей. Предпочтительным соединением, содержащем гидроксид-ион, используемым в композиции сшивающего агента является гидроксид натрия.
Второй аспект настоящего изобретения относится к способу получения указанной композиции сшивающего агента, который включает следующие этапы:
I. Растворение по меньшей мере одного трехвалентного металла или соединения трехвалентного металла в водном растворе соединения, содержащего гидроксид-ион;
II. Перемешивание полученной на стадии (I) смеси при температуре от 40°С до 80°C;
III. Добавление полиэтиленгликоля к раствору, полученному на стадии (II), что приводит к получению сшивающего агента.
Сшивающий агент содержит от 1 масс.% до 20 масс.%, предпочтительно 3 масс.% трехвалентного металла или соединения трехвалентного металла. Сшивающий агент содержит от 1 масс.% до 10 масс.% соединения, содержащего гидроксид-ион. Сшивающий агент содержит от 10 масс.% до 30 масс.%, предпочтительно 20 масс.% полиэтиленгликоля. Остаток композиции сшивающего агента представляет собой воду.
Также, необязательно, могут быть добавлены добавки в латексную композиции, причем добавки представляют собой по меньшей мере одну или более добавок, выбранных из группы, состоящей из пеногасителей, восков, поверхностно-активных веществ, антиоксидантов, стабилизаторов, наполнителей, пигментов или их смесей. Полученный таким образом сшивающий агент далее растворяют в водном растворе соединения, содержащего гидроксид-ион, концентрацией от 40% до 60%, и далее прибавляют к смеси, содержащей базовый полимер и регулятор уровня рН, с получением вышеупомянутой латексной композиции.
Способ приготовления латексной композиции для изготовления эластомерных изделий без использования ускорителей вулканизации и серы включает в себя следующие этапы:
I. Смешивание базового полимера с регулятором уровня рН, причем смесь содержит от 0,15 до 0,50 массовых частей регулятора рН на сто грамм базового полимера;
II. Перемешивание полученной на стадии (I) смеси в течение от 20 до 30 минут;
III. Добавление полученного как указано выше сшивающего агента к полученной на стадии (II) смеси, причем получаемая смесь содержит от 1,5 масс.% до 6,0 масс.% сшивающего агента на сто грамм базового полимера;
IV. Перемешивание полученной на стадии (III) смеси в течение одного часа;
V. Добавление воды к полученной на стадии (IV) смеси до достижения общего содержания сухого вещества в интервале от 13 масс.% до 30 масс.%;
VI. Выдерживание полученной на стадии (V) смеси для созревания в течение от 20 до 30 часов,
причем уровень рН смеси после проведения стадии (VI) поддерживается в интервале от 9,5 до 10,5; причем сшивающий агент представляет собой смесь трехвалентного металла или соединения трехвалентного металла, полиэтиленгликоля, соединения, содержащего гидроксид-ион, и воды.
Кроме того, способ получения латексной композиции предпочтительно включает в себя стадию добавления по меньшей мере одной или более добавок, выбранных из группы, состоящей из пеногасителей, восков, поверхностно-активных веществ, антиоксидантов, стабилизаторов, наполнителей, пигментов или их смесей, к полученной на стадии (IV) смеси.
Кроме того, получаемое эластомерное изделие представляет собой эластомерные перчатки. Способ изготовления эластомерных перчаток с использованием указанной латексной композиции, полученной согласно раскрытому выше описанию, включает известные способы промышленного производства перчаток. Изготовленные эластомерные перчатки имеют толщину в интервале от 0,04 мм до 0,12 мм, предел прочности на разрыв в интервале от 25 МПа до 40 МПа, модуль упругости при 500% растяжении от 7 МПа до 12 МПа и относительное удлинение при разрыве в интервале от 600% до 750%.
Кроме вышеупомянутого, эластомерные изделия, полученные с использованием указанной латексной композиции, также могут включать в себя презервативы, воздушные шары и любые другие маканые изделия из латекса.
Нижеследующие примеры составлены для иллюстрации настоящего изобретения, но не для ограничения его объема.
Пример 1
Получение сшивающего агента
I. Растворение 3 масс.% гидроксида алюминия в водном растворе гидроксида натрия;
II. Перемешивание полученной на стадии (I) смеси гидроксида алюминия и водного раствора гидроксида натрия при температуре от 40°C до 80°C;
III. Добавление 20 масс.% полиэтиленгликоля в полученный на стадии (II) раствор с получением сшивающего агента,
причем приготовленный сшивающий агент далее растворяют в водном растворе соединения, содержащего гидроксид-ион, концентрацией от 40% до 60% перед его использованием в приготовлении латексной композиции.
Пример 2
Приготовление латексной композиции
I. Смешивание карбоксилированного акрилонитрил-бутадиенового полимера с гироксидом аммония (водным аммиаком), причем концентрация гидроксида аммония в смеси составляет 0,30 массовых частей гидроксида аммония на каждые сто грамм базового полимера;
II. Перемешивание полученной на стадии (I) смеси в течение от 20 до 30 минут;
III. Добавление 6,0 масс.% полученного в примере 1 сшивающего агента на каждые сто грамм базового полимера к полученной на стадии (II) смеси;
IV. Перемешивание полученной на стадии (III) смеси в течение около одного часа;
V. Добавление воды к полученной на стадии (IV) смеси до достижения общего содержания сухого вещества в интервале от 13 масс.% до 30 масс.%;
VI. Выдерживание полученной на стадии (V) смеси для созревания в течение от 20 до 30 часов и образования латексной композиции карбоксилированного акрилонитрил-бутадиенового полимера (СКН, NBR),
причем уровень рН смеси после проведения стадии (VI) поддерживается в интервале от 9,5 до 10,5;
причем сшивающий агент представляет собой смесь гидроксида алюминия, полиэтиленгликоля и водного раствора гидроксида натрия;
необязательно добавляют пеногаситель, воск, поверхностно-активное вещество, антиоксидант и пигмент к полученной на стадии (IV) смеси.
В Таблице 1 приведены химические компоненты, используемые в данном примере для получения указанной латексной композиции.
Таблица 1. Химические компоненты, используемые для получения указанной латексной композиции
<b>Химические компоненты</b>
<b>Массовых частей на 100 частей каучука</b>
Карбоксилированный акрилонитрил-бутадиеновый латекс
100,0
Гидроксид аммония
0,3
Сшивающий агент
2,0
Пример 3
Изготовление карбоксилированных акрилонитрил-бутадиеновых (СКН) перчаток с использованием описанной латексной композиции, полученной в примере 2, включая известный способ промышленного производства перчаток.
Физико-механические характеристики (например, предел прочности на разрыв, модуль упругости при 300% растяжении, модуль упругости при 500% и относительное удлинение при разрыве) полученных СКН перчаток определялись в соответствии со стандартом испытаний ASTM D6319. В таблице 2 приведены физико-механические свойства СКН перчаток, полученных с использованием различных соединений алюминия.
Таблица 2. Физико-механические характеристики СКН перчаток, полученных с использованием различных соединений алюминия.
<b>Соединение алюминия</b>
<b>Прочность на разрыв (МПа)</b>
<b>Удлинение при разрыве (%)</b>
<b>Модуль упругости при 500% (МПа)</b>
Гидроксид алюминия
31,0-46,0
581,0- 654,0
14,0- 22,0
Хлорид алюминия
33,0-42,0
511,0-573,0
23,0-33,0
Сульфат алюминия
16,0-27,0
592,0-648,0
10,0-13,0
Алюмининат натрия
28,0-35,0
578,0-608,0
17,0-21,0
Образец сравнения
28,0-33,0
625,0-661,0
11,0-15,0
Другие физико-механические характеристики (например, сила при разрыве) полученных СКН перчаток были также протестированы в соответствии со стандартным методом EN455. Физико-механические характеристики (сила при разрыве) СКН перчаток, полученных с использованием различных соединений алюминия, приведены в таблице 3.
Таблица 3. Сила при разрыве СКН перчаток, полученных с использованием различных соединений алюминия
<b>Соединение алюминия</b>
<b>Сила при разрыве (Ньютон)</b>
Гидроксид алюминия
6,1-8,0
Хлорид алюминия
6,5-7,6
Сульфат алюминия
4,0-5,5
Алюмининат натрия
5,4-6,7
Образец сравнения
4,7-6,1
Кроме того в таблицах с 4 по 7 приведены физико-механические характеристики (например, предел прочности на разрыв, модуль упругости при 300%, модуль упругости при 500%, относительное удлинение при разрыве и сила при разрыве) СКН перчаток, полученных с использованием различных трехвалентных металлов.
Таблица 4. Прочность на разрыв СКН перчаток, полученных с использованием различных трехвалентных металлов
<b>Тестирование</b>
<b>Образец сравнения</b>
<b>Хром(III)</b>
<b>Железо(III)</b>
<b>Алюминий</b>
Прочность до старения (МПа)
27,0-35,0
10,0-14,0
11,0-16,0
37,0-45,0
Прочность после старения (МПа)
31,0-46,0
11,0-22,0
10,0-16,0
32,0-40,0
Таблица 5. Удлинение при разрыве СКН перчаток, полученных с использованием различных трехвалентных металлов
<b>Тестирование</b>
<b>Образец сравнения</b>
<b>Хром(III)</b>
<b>Железо(III)</b>
<b>Алюминий</b>
Удлинение до старения (%)
575,0-613,0
741,0-795,0
737,0-786,0
617,0-654,0
Удлинение после старения (%)
502,0-535,0
699,0-787,0
736,0-804,0
589,0-628,0
Таблица 6. Модуль упругости при 500% СКН перчаток, полученных с использованием различных трехвалентных металлов
<b>Тестирование</b>
<b>Образец сравнения</b>
<b>Хром(III)</b>
<b>Железо(III)</b>
<b>Алюминий</b>
Модуль упругости при 500% до старения (МПа)
13,0-18,0
2,3-2,7
2,5-2,9
14,0-22,0
Модуль упругости при 500% после старения (МПа)
30,0-38,0
2,8-3,2
2,6-3,1
15,0-21,0
Таблица 7. Сила при разрыве СКН перчаток, полученных с использованием различных трехвалентных металлов
<b>Тестирование</b>
<b>Образец сравнения</b>
<b>Хром(III)</b>
<b>Железо(III)</b>
<b>Алюминий</b>
Сила при разрыве до старения (Ньютон)
5,9-7,0
3,1-4,2
3,1-3,9
6,1-8,0
Сила при разрыве после старения (Ньютон)
7,2-9,4
4,1-5,1
2,5-4,9
6,2-8,9
Кроме того, в таблице 8 проведено сравнение физико-механических характеристик СКН перчаток, полученных с использованием настоящего изобретения, и перчаток, полученных с использованием не содержащего ускорителя вулканизации способа известного уровня техники.
Таблица 8: Физико-механические характеристики СКН перчаток настоящего изобретения и перчаток известного уровня техники
<b>Тестирование</b>
<b>Известный уровень техники</b>
<b>Известный уровень техники</b>
<b>Настоящее изобретение</b>
<b>Настоящее изобретение</b>
Толщина (мм)
0,08-0,09
0,07-0,08
0,06-0,07
0,07-0,08
Прочность на разрыв (МПа)
20-31
20-22
31-41
26-34
Удлинение при разрыве (%)
585-620
580-620
574-623
611-666
Модуль упругости при 300% (МПа)
не определялось
не определялось
4,5-6,4
5,3-6,0
Модуль упругости при 500% (МПа)
9,1-10
6,0-6,5
14,4-21,3
13,7-16,8
Физико-механические характеристики, например, прочность на разрыв, удлинение при разрыве, перчаток, полученных согласно настоящему изобретению, улучшены по сравнению с характеристиками перчаток, полученных с использованием другого, не содержащего ускорителя вулканизации, способа.
В целом, перчатки, полученные согласно настоящему изобретению, обладают лучшими и/или увеличенными физико-механическими характеристиками по сравнению с характеристиками перчаток, полученных с использованием другого, не содержащего ускорителя вулканизации, способа. Более того, перчатки, полученные согласно настоящему изобретению, не приводят к немедленной гиперчувствительности I типа (аллергии) и отложенной гиперчувствительности IV типа (аллергии).