PL226147B1

PL226147B1 - Elastomer composition intended for rubber products showing thermochromic properties

Info

Publication number: PL226147B1
Application number: PL408535A
Authority: PL
Inventors: Anna Laskowska; Marian Zaborski; Anna Marzec
Original assignee: Politechnika Łódzka
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2017-06-30
Also published as: PL408535A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja elastomerowa z karboksylowanego kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego przeznaczona na wyroby gumowe wykazujące właściwości termochromowe.The present invention relates to an elastomer composition of carboxylated acrylonitrile-butadiene rubber for rubber products exhibiting thermochromic properties.

Materiały termochromowe należą do grupy materiałów inteligentnych wykazujących efekt zmiany barwy pod wpływem temperatury, przy czym w określonej temperaturze przejścia następuje odwracalna zmiana barwy. Zmiana ta może dotyczyć przejścia z formy bezbarwnej do barwnej, z formy barwnej do bezbarwnej lub z jednej barwy do drugiej.Thermochromic materials belong to the group of intelligent materials that exhibit a color change effect under the influence of temperature, with a reversible color change occurring at a certain transition temperature. This change may concern the transition from a colorless form to a colored form, from a colored form to a colorless form, or from one color to another.

Znane kompozyty elastomerowe o właściwościach termochromowych na bazie kauczuków silikonowych zawierają dodatek pigmentów termochromowych.Known elastomer composites with thermochromic properties based on silicone rubbers contain the addition of thermochromic pigments.

Kompozycja elastomerowa przeznaczona na wyroby gumowe o właściwościach termochromowych, zawierająca kauczuk oraz substancję wywołującą zmianę jego barwy, według wynalazku zawiera karboksylowany kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy oraz jako substancję wywołującą zmianę barwy anionowymienny minerał warstwowy w postaci warstwowego podwójnego wodorotlenku magnezowo-glinowego (MgAl-CO₃-LDH) o stosunku zawartości magnezu do zawartości glinu (Mg/Al) = 2:1, w ilości 10-100 części wagowych na 100 części wagowych kauczuku.The elastomer composition for rubber products with thermochromic properties, containing rubber and a substance causing a change in its color, according to the invention contains carboxylated acrylonitrile-butadiene rubber and as a substance causing a discoloration an anion exchange layered mineral in the form of a layered double magnesium aluminum hydroxide (MgAl-CO ₃ - LDH) with the ratio of magnesium content to aluminum content (Mg / Al) = 2: 1, in the amount of 10-100 parts by weight per 100 parts by weight of rubber.

Wyroby z kompozycji według wynalazku, nie zawierającej związków termochromowych, wykazują odwracalną zmianę barwy pod wpływem temperatury. W temperaturze pokojowej wyroby z kompozycji według wynalazku są transparentne, natomiast podwyższenie temperatury powoduje, iż stają się wyrobami o barwie mleczno-białej. Zjawisko zmiany barwy pod wpływem działania podwyższonej temperatury jest całkowicie odwracalne i forma transparentna wyrobu zostaje przywrócona po jego ochłodzeniu do temperatury pokojowej. Zjawisko odwracalnej zmiany barwy pod wpływem temperatury jest wielokrotnie powtarzalne. Wyroby z kompozycji elastomerowej według wynalazku wykazują dodatkowo bardzo dobre parametry mechaniczne.The articles of the composition according to the invention, which do not contain thermochromic compounds, show a reversible change of color under the influence of temperature. At room temperature, products made of the composition according to the invention are transparent, while increasing the temperature makes them milk-white in color. The phenomenon of color change under the influence of increased temperature is completely reversible and the transparent form of the product is restored after cooling it to room temperature. The phenomenon of reversible change of color under the influence of temperature is repeated many times. The products made of the elastomer composition according to the invention additionally show very good mechanical properties.

Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady z powołaniem się na rysunek przedstawiający wykresy zależności reflektancji światła od długości fali promieniowania UV-Vis, dla wulkanizatów otrzymanych w przykładach I-III. Części podane w przykładach oznaczają części wagowe.The invention is illustrated by the following examples with reference to the drawing showing graphs of the dependence of light reflectance on the wavelength of UV-Vis radiation for the vulcanizates obtained in Examples 1-3. The parts given in the examples are parts by weight.

P r z y k ł a d IP r z k ł a d I

Przygotowano kompozycję o składzie:A composition was prepared with the following composition:

karboksylowany kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy - 100 częścicarboxylated acrylonitrile-butadiene rubber - 100 parts

MgAl-CO₃-LDH o stosunku Mg/Al = 2:1 - 10 części.MgAl-CO ₃ -LDH with a ratio of Mg / Al = 2: 1 - 10 parts.

Kompozycję elastomerową przygotowano poprzez homogenizację składników w mikromieszarce zamkniętej typu Brabender (50 rpm, 70°C), po czym poddano ją wulkanizacji w temperaturze 160°C w optymalnym czasie sieciowania i ukształtowano z niej wypraskę o grubości 1 mm.The elastomer composition was prepared by homogenizing the ingredients in a Brabender closed blender (50 rpm, 70 ° C), then vulcanized at 160 ° C for the optimal cross-linking time, and formed into a 1 mm thick compact.

P r z y k ł a d IIP r z x l a d II

MgAl-CO₃-LDH o stosunku Mg/Al = 2:1 - 20 częściMgAl-CO ₃ -LDH with a ratio of Mg / Al = 2: 1 - 20 parts

Dalej postępowano jak w przykładzie I.The next step was as in example 1.

P r z y k ł a d III.P r x l a d III.

MgAl-CCb-LDH o stosunku Mg/Al =2:1 - 30 częściMgAl-CCb-LDH with a ratio of Mg / Al = 2: 1 - 30 parts

Dalej postępowano jak w przykładzie I.The next step was as in example 1.

Wykonano pomiary zmiany koloru próbki wulkanizatów otrzymanych w przykładach I-III po ogrzaniu do temperatury 150°C oraz po ochłodzeniu do temperatury pokojowej 25°C, za pomocą spektrofotometru UV-Vis w zakresie promieniowania 360-740 nm pracującego w systemie przestrzeni barw CIELab. Stosowano próbki wulkanizatów w kształcie koła o średnicy 20 mm. O wielkości zmiany barwy stanowiła wypadkowa całkowita zmiana barwy ΔΕ określona wzorem:Measurements were made of the color change of the vulcanizate sample obtained in Examples 1-3 after heating to 150 ° C and cooling to 25 ° C room temperature, using a UV-Vis spectrophotometer in the range of 360-740 nm radiation working in the CIELab color space system. Round-shaped vulcanizate samples with a diameter of 20 mm were used. The size of the color change was the resultant total color change ΔΕ determined by the formula:

AE = [(A) ² + (Δα) ² + (Δά) ² ] 1/2 , w którym oznaczają:AE = [(A) ² + (Δα) ² + (Δά) ² ] 1/2, where they are:

L - parametr jasności próbki, luminację, a, b - barwy chromatyczne, w tym: a - oś czerwieni - zieleni b - oś żółcieni - błękitówL - sample brightness parameter, luminance, a, b - chromatic colors, including: a - red - green axis b - yellows - blues axis

PL 226 147 B1PL 226 147 B1

A^{L —} l—próbki ^{— L}wzorcaA ^{L -} l — samples ^{- L} standard

Δ3 ^— 3próbki ^{— a}wzorcaΔ3 ^{- 3} samples ^{- a} standard

A^{b — b}próbki ^{— b}wzorca.A ^{b - b} sample ^{- b of the} standard.

Przyjęto, że obserwator zauważa różnicę barw następująco:It is assumed that the observer notices the color difference as follows:

< ΔΕ < 1 - nie zauważa różnicy, < ΔΕ < 2 - zauważa różnicę jedynie doświadczony obserwator, < ΔΕ < 3,5 - zauważa różnicę również niedoświadczony obserwator,<ΔΕ <1 - does not notice the difference, <ΔΕ <2 - only the experienced observer notices the difference, <ΔΕ <3.5 - also the inexperienced observer notices the difference,

3,5 <AE < 5 - zauważa wyraźną różnicę barw, < AE - obserwator odnosi wrażenie dwóch różnych barw.3.5 <AE <5 - notices a clear difference of colors, <AE - the observer has the impression of two different colors.

Wyniki pomiarów zmiany kolorów próbek wulkanizatów otrzymanych w przykładach I-III przedstawiono w tablicy 1, w której L, a, b mają wyżej podane znaczenie, zaś d—- oznacza różnicę jasności w odniesieniu do próbki w temperaturze otoczenia 25°C, da - różnicę parametru a w odniesieniu do próbki w temperaturze otoczenia 25°C, db - różnicę parametru b w odniesieniu do próbki w temperaturze otoczenia 25°C, ΔΕ - wypadkową całkowitą zmianę barwy w odniesieniu do próbki w temperaturze otoczenia 25°C.The results of the measurements of the color change of the vulcanizate samples obtained in Examples 1-3 are presented in Table 1, in which L, a, b are as defined above, and d—- means the difference in brightness with respect to the sample at an ambient temperature of 25 ° C, will give the difference parameter a in relation to the sample at an ambient temperature of 25 ° C, db - the difference of parameter b in relation to the sample at an ambient temperature of 25 ° C, ΔΕ - the resultant total color change in relation to the sample at an ambient temperature of 25 ° C.

T a b l i c a 1T a b l i c a 1

Rodzaj kompozycji Type composition Temperatura próbki Temperature samples L L. a and b b dL dL da da db db ΔE ΔE według przykładu I according to example I. po ogrzaniu do 150°C when heated to 150 ° C 35.61 35.61 -0.21 -0.21 7.06 7.06 2.75 2.75 0.09 0.09 1.86 1.86 3.32 3.32 po ochłodzeniu do 25° C after cooling to 25 ° C 36.28 36.28 -0.17 -0.17 5.31 5.31 -0.19 -0.19 -0.03 -0.03 0.60 0.60 0.63 0.63 według przykładu II according to example 2 po ogrzaniu do 150 °C when heated to 150 ° C 48.91 48.91 -0.64 -0.64 8.79 8.79 12.34 12.34 -0.41 -0.41 4.17 4.17 13.03 13.03 po ochłodzeniu do 25° C after cooling to 25 ° C 36.33 36.33 0.01 0.01 5.58 5.58 -0.24 -0.24 0.25 0.25 0.96 0.96 1.02 1.02 Według przykładu III According to example III po ogrzaniu do 150 °C when heated to 150 ° C 50.83 50.83 -0.50 -0.50 9.57 9.57 12.98 12.98 -0.31 -0.31 5.01 5.01 13.92 13.92 po ochłodzeniu do 25° C after cooling to 25 ° C 37.95 37.95 -0.04 -0.04 6.36 6.36 0.10 0.10 0.15 0.15 1.80 1.80 1.81 1.81

Na rysunku przedstawiono wykresy zależności reflektancji światła od długości fali promieniowania UV-Vis dla próbek wulkanizatów otrzymanych w przykładach I-III (krzywe o barwie ciemniejszej) wykresy a, c, e dla próbek po ogrzaniu do temperatury 150°C, wykresy b, d, f - dla próbek ogrzanych uprzednio do temperatury 150°C, po ochłodzeniu do temperatury pokojowej 25°C. Wszystkie krzywe o barwie jaśniejszej dotyczą próbek pozostających w temperaturze pokojowej 25°C.The figure shows the graphs of the dependence of light reflectance on the wavelength of UV-Vis radiation for the vulcanizate samples obtained in Examples 1-3 (darker curves), a, c, e diagrams for samples heated to 150 ° C, b, d graphs, f - for samples previously heated to the temperature of 150 ° C, after cooling to the room temperature of 25 ° C. All lighter curves are for samples left at room temperature of 25 ° C.

Wykonano także badanie wytrzymałości na rozciąganie, wydłużenia względnego przy zerwaniu, wytrzymałości na rozdzieranie i twardości według skali Shore'apróbek wulkanizatów otrzymanych w przykładach I-III. Wyniki badań przedstawiono w tablicy 2.Tensile strength, elongation at break, tear strength and Shore hardness tests were also carried out on the vulcanizate samples obtained in Examples 1-3. The test results are presented in Table 2.

T a b l i c a 2T a b l i c a 2

Rodzaj kompozycji Type composition Moduł przy wydłużeniu 100% [MPa] Modulus at 100% elongation [MPa] Wytrzymałość na rozciąganie [MPa] Tensile strength [MPa] Wydłużenie przy zerwaniu [%] Elongation at break [%] Wytrzymałość na rozdzieranie [N/mm] Tear strength [N / mm] Twardość [°Sh] Hardness [° Sh] otrzymana w przykładzie I obtained in example I. 1.6 1.6 14.5 14.5 650 650 13.7 13.7 57 57 otrzymana w przykładzie II obtained in example II 2.2 2.2 18.7 18.7 610 610 17.0 17.0 60 60 otrzymana w przykładzie III obtained in example III 2.7 2.7 20.0 20.0 603 603 19.7 19.7 63 63

PL 226 147 B1PL 226 147 B1

Z tablicy 2 wynika, iż próbki wulkanizatów otrzymanych w przykładach I-III wykazują wysokie wartości parametrów mechanicznych, odpowiadające parametrom wytrzymałościowym wulkanizatów otrzymanych z kompozycji elastomerowych zawierających napełniacze wzmacniające, aktywne.Table 2 shows that the samples of vulcanizates obtained in Examples 1-3 show high values of mechanical parameters, corresponding to the strength parameters of vulcanizates obtained from elastomeric compositions containing reinforcing, active fillers.

Claims

Patent claim

An elastomer composition intended for rubber products with thermochromic properties, containing rubber and a substance causing a change in its color, characterized by the fact that it contains carboxylated acrylonitrile-butadiene rubber and as a substance causing a color change an anion exchange layered mineral in the form of a layered double magnesium-aluminum hydroxide with a magnesium content ratio to an aluminum content = 2: 1, in an amount of 10-100 parts by weight per 100 parts by weight of rubber.