Влияние термоэластопластов и нанонаполнителей на свойства полиэтилена высокой плотности

УДК 539.21: 678.5

P.M. Аверин, B.C. Осипчик

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ВЛИЯНИЕ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ И НАНОНАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ

In this article the study of the effect on the properties of high density polyethylene thermoplastic additives, montmorillonite and compatibilizers. The impact of these modifiers on strength, physical, mechanical and thermal properties of the studied compositions.

В данной статье проводятся исследования влияния на свойства полиэтилена высокой плотности добавок термоэластопласта, органобентонита и компатибилизатора. Оценивается влияние данных модификаторов на прочностные, физико-механические и теплофи-зические свойства исследуемых композиций.

Модификация полимеров традиционными наполнителями, модификаторами и добавками существенно улучшает их работоспособность при различных условиях эксплуатации. Однако стремление использовать эти материалы в новых областях применения, включая еще более сложные и тяжелые условия эксплуатации, обусловливает и дальнейший рост требований к ПМ.

Из литературных данных известно, что модификация ПЭ термоэла-стопластами (ТЭП) способствует повышению эластичности материала, снижению остаточных напряжений, улучшает эксплуатационные свойства, а введение органобентонита значительно увеличивает физико-механические показатели, огнестойкость и барьерные свойства. Но модификация полиэтилена их смесью, взятой в определенном соотношении, повышает прочностные характеристики и одновременно улучшает трещиностойкость изделий. Сочетание этих свойств представляет особую важность для производства изделий функционального назначения с широким спектром применения.

В общих чертах слоисто-силикатные полимерные нанокомпозиты обладают следующими достоинствами:

• они более легкие, чем традиционно наполненные полимеры из-за применения малых концентраций наполнителя для улучшения свойств;

• они имеют высокие термостабильность и огнестойкие характеристи-

• они проявляют замечательные барьерные свойства без применения многослойной технологии.

В настоящей работе использовался полиэтилен «Tipelin PS 38030/302» - ПЭ средней плотности (с сомономером «гексен-1»), для газовых труб и труб для питьевой воды, фитингов, экструдированных листов и профилей.

В качестве наполнителя использовали органически-модифицированный бентонит отечественного производства, представляющий собой продукт взаимодействия бентонитовой глины (монтмориллонита) с октадециламмо-ний хлоридом (четвертичной аммониевой солью)-органобентонит(ОБТ), не

уступающий по качеству зарубежным аналогам

CHj — N+— ИТ

где НТ - гидрогенизированный жир

Табл. 1. Свойства полиэтилена «Tipelin PS 380-30/302»

Свойства Метод испытаний Единица измерений Величина

Плотность ISO 1183 г/смЗ 0.948

Предел текучести расплава (190°С /5.0) ISO 1133 г/10мин 0.95

Содержание углерода (черн) ISO 6964 % 2.00-2.50

Дисперсность углерода ISO 11420 <3

Предел текучести при растяжении, > ISO 527 МПа 19

Предел прочности при разрыве, > ISO 527 МПа 31

Удлинение при растяжении ISO 527 % 9

Удлинение при разрыве ISO 527 % 1400

Модуль упругости ISO 178 МПа 750

Твердость по Шору ISO 868 60.5

Температура размягчения (Вика) ISO 306 °С 120

Температура хрупкости AS TM D 746 °с -118

Объемный вес г/литр 540-600

В качестве совместителя использовали полиметилсилоксан (ПМС), обладающий следующими свойствами:

• прозрачная силиконовая жидкость ;

• широкий диапазон рабочих температур: от -40 °С до 200 °С;

• незначительное изменение вязкости при значительном изменении температуры;

• стабильность характеристик в широком диапазоне температур;

• плохая воспламеняемость;

• высокая сжимаемость;

• химически инертен;

• низкое поверхностное натяжение;

• малая токсичность;

• стабильные и высокие диэлектрические характеристики.

ПМС обладает отличной гидрофобностью, низким поверхностным натяжением - быстро увлажняет чистые поверхности, придавая гидрофоб-ность и усиливая расцепление. При вязкости выше 10 мм/с ПМС демонстрирует также термостабильность, устойчивость к окислению, очень низкое давление паров и высокую температуру вспышки. Преимущественно без запаха. Растворяется в широком диапазоне растворителей. Немаслянистый и непрогоркаемый.

Табл. 2. Свойства органобентонита

№ п/п Наименование показателя Значение

1 Внешний вид Порошок от серого до жёлтого цв.,желто-салатового цвета

2 Насыпная плотность, г/смЗ, не более 0,85

3 Катионно - обменная емкость, мг-экв/л, 100

4 Содержание монтмориллонита, %, не 80

Модификатором служил термоэластопласт стирол-этилен-бутилен-стирольный блоксополимер, марки БЕВБ, обладающий следующими свойствами: резиноподобный материал, относится к термопластичным стироль-ным эластомерам (ТРЕ-Б, ТРЕБ), диапазон рабочих температур: от -50/-40 до +90/+140 °С, имеет высокую эластичность, высокую атмосферостойкость, озоностойкость, стойкость к УФ облучению и старению. Он также не имеет вкуса и запаха, допускается для контакта с пищевыми продуктами. Может быть прозрачным. Хорошо совмещается с полиолефинами.

Табл. 3. Свойства термоэластопласта

Термоэластопласт Та1ро1-ТРЕ БЕВБ 3150

Строение Линейный тип

Бутадиен (или изопрен) / стирол 71/29

Плотность 0.91

Летучие, % <0,5

Зола, % <0,5

Вязкость в растворе толуола (20%) (ср) 1500

Вязкость в растворе толуола (25%) (ср) 8800

Цвет Белый

Форма Порошок

Прочность при растяжении, (кг/см ) >250

Удлинение, % 500

Мзоо (кг/см ) >45

Твердость (ЛБА) 76

В работе использовали методы испытаний ударной вязкости по Шар-пи, испытания на растяжение при разрыве и термомеханический анализ.

Для изучения влияния содержания органобентонита на комплекс физико-механических свойств композиций, исследовали модифицированный полиэтилен с разным количеством органобентонита (от 1-го до Змасс.%).

Как известно, лучшее взаимодействие органобентонитов с полиоле-финами достигается за счет введения полярных полимеров или полимеров с полярными функциональными группами, поэтому модификацию полиэтилена с органобентонитом проводили при добавлении полиметилсилоксана.

Для исследования использовались композиции следующего состава:

Табл. 4. Композиции на основе полиметилсилоксана

№ Композиции на основе ПМС

БЕВБ ОргБ ПМС пэ

1 3,0% 1,0% 0,2% 95,8%

2 5,0% 2,0% 0,3% 92,7%

3 8,0% 3,0% 0,5% 88,5%

Результаты физико-механических исследований показаны на рис. 1 и 2.

Зависимость напряжения от деформации

Деформация, %

-5ЕВ5-3%, ОргБ-1%, ПМС-0,2% -5ЕВ5-5%, ОргБ-2%, ПМС-0,3%

-5ЕВ5-8%, ОргБ-3%, ПМС-0,5% -НОРЕ

Рис. 1. Зависимость напряжения от деформации (при растяжении) композиций на основе ПЭВП, 8ЕВ8, органобентонита и полиметилсилоксана

Как видно из рисунка 2, с увеличением содержания термоэластопла-ста относительное удлинение при растяжении композиций растет. Эта зако-

номерность объясняется способностью деформироваться БЕВБ на большие значения по сравнению с ПЭВП.

Зависимость относительного удлинения от состава композиции

360 -

ш 350 -

¡Г ззо -

5 320 -

о

о 310 -х

300

ЗЕВЗ-3%, ОргБ-1%, ЭЕВЗ-5%, ОргБ-2%, ЭЕВЗ-8%, ОргБ-3%, ПЭВП

ПМС-0,2% ПМС-0,3% ПМС-0,5%

Состав композиции

Рис. 2. Зависимость относительного удлинения (при растяжении) композиций на основе ПЭВП, 8ЕВ8, органобентонита и полиметилсилоксана

Зависимость ударной вязкости от состава композиции, Т= -30°С

67,00 -

66,00 -| 65,00 -| 64,00 -

н 63,00 -

0

§ 62,00 -

1 61,00 -

ш 0

60,00

2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0% 7,0% 8,0% 9,0%

Содержание БЕВв, %

—♦—вЕБв, ПМС, ОргБ, ПЭВП-ПЭВП

Рис. 3. Зависимость энергии сопротивления удару от состава композиций

При введении в матрицу полиэтилена 3 масс. % БЕВБ наблюдается некоторый рост предела текучести при растяжении, но введение термоэла-стопласта в больших концентрациях ведет к падению данного показателя.

По этим данным был сделан вывод, что оптимальным является содержание БЕВБ Змасс.%.

Несмотря на то, что испытания ударной вязкости проводились на образцах, выдержанных при температуре -ЗОеС в течение 3 суток, разрушение образцов не произошло из-за высокой эластичности ТЭП, входящего в их состав. Результаты показывают, что при увеличении содержания в образцах БЕВБ, энергия сопротивления удару уменьшается.

Для исследования температурных переходов композиций были сняты термомеханические кривые. Было показано, что образец на основе полиме-тилсилоксана с 5масс.% содержанием БЕВБ продемонстрировал наиболее высокую температуру размягчения (138еС), чем исходный ПЭВП (132еС) и образцы с другим составом. Показано, что при увеличении содержания в композиции термоэластопласта температура размягчения уменьшается. Это объясняется повышением подвижности макромолекул и эластичной природой термоэластопласта.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. При введении термоэластопласта ударная вязкость и относительное удлинение при растяжении повышаются, что дает преимущества использования материалов на основе полиэтилена, модифицированного термоэласто-пластами, при эксплуатации, в том числе и при низких температурах.

2. Композиции на основе термоэластопласта, полиэтилена и органобенто-нита обладают улучшенными прочностными, физико-механическими и технологическими характеристиками.

3. При введении в полиэтиленовую матрицу термоэластопласта и органо-бентонита происходит увеличение температуры размягчения образцов, благодаря чему изделия из данного материала можно использовать при более высоких температурах.

УДК 667.6:628.978.3

М.В. Антонова, Н.А. Карапузова, Н.А. Апанович

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СТАБИЛЬНОСТЬ ВОДНОДИСПЕРСИОННЫХ ЛЮМИНОФОРСОДЕРЖАЩИХ СУСПЕНЗИЙ

This work is devoted to investigation of effect surface-active substances on stability of water dispertion phosphor containing suspensions. The investigations of effects of nature surface-active substances on prevention of destruction Al-Sr phosphor in water were done. There was shown that chemical stability of inorganic phosphors is provided using diphilic structure compounds. Noticed, that to create stable phosphor containing suspensions is needed to use diphilic stabilizer in combination with nonionic emulsifier. Quantitative ratio of components to create stable phosphor containing suspensions is found.