RU2441835C2 - Способ получения нанокомпозиционного материала на основе неполярных или слабополярных полимеров и нанонаполнителя - Google Patents
Способ получения нанокомпозиционного материала на основе неполярных или слабополярных полимеров и нанонаполнителя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2441835C2 RU2441835C2 RU2009134945/05A RU2009134945A RU2441835C2 RU 2441835 C2 RU2441835 C2 RU 2441835C2 RU 2009134945/05 A RU2009134945/05 A RU 2009134945/05A RU 2009134945 A RU2009134945 A RU 2009134945A RU 2441835 C2 RU2441835 C2 RU 2441835C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- density polyethylene
- low density
- layered silicate
- filler
- nanocomposite material
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к способу получения нанокомпозиционного материала и может быть использовано в упаковочной, кабельной (негорючая изоляция электропроводов) и других отраслях промышленности. Способ включает смешение в расплаве полиэтилена низкой плотности и слоистого силиката. В качестве слоистого силиката используют природный монтмориллонит, модифицированный четвертичной аммониевой солью. Перед смешением в расплаве полиэтилен низкой плотности предварительно подвергают высокотемпературному сдвиговому измельчению в одношнековом диспергаторе с тремя температурными зонами. Предварительная обработка полимера способствует преодолению несовместимости наполнителя и полимерной основы материала и, как следствие, к существенному повышению механических свойств получаемого наноматериала. 4 табл.
Description
Область применения
Изобретение относится к области полимеров, а именно к области создания многофункциональных нанокомпозиционных материалов, и может быть использовано в упаковочной (изготовление упаковочной тары), кабельной (негорючая изоляция электропроводов) и других отраслях промышленности.
Уровень техники.
Анализ уровня техники однозначно свидетельствует о том, что одним из наиболее перспективных направлений развития современной химической технологии является производство и использование материалов, содержащих микро- и наночастицы, в частности микро- и нанокомпозитов на основе органического полимера и неорганического наполнителя. При уменьшении размеров частиц вещества до нанометрового диапазона радикально изменяются его свойства, что объясняется высокой удельной поверхностью наночастиц. Сведения, приведенные в найденных источниках информации, свидетельствуют о том, что полимерные композиции, содержащие небольшое количество микро- и наночастиц в виде наполнителя, обладают новым уровнем физико-химических, механических и других свойств. В частности, полимерные композиции, включающие несколько процентов монтмориллонита (природного слоистого силиката) в качестве наполнителя, в котором толщина каждого слоя находится в нанометровом диапазоне, имеют высокие показатели огнестойкости, механических и барьерных свойств. Однако особые свойства микро- и наночастиц наполнителя (избыточная поверхностная энергия) создают трудности при получении композиционных материалов. Преодоление несовместимости полимерной основы и наполнителя является основной задачей разработчиков, микро- и нанокомпозиционных материалов.
В ряде патентов эта задача решается путем модификации органическим веществом слоистого наполнителя, что позволяет ему хорошо диспергироваться в полимере. Молекулы органического вещества-модификатора в процессе такой обработки интеркалируют в частицы наполнителя с образованием структуры типа «гость-хозяин». Выявлены патенты, поставленная задача в которых решается путем замещения неорганических катионов внутри прослоек частиц силикатного наполнителя ионами катионных поверхностно-активных веществ (ПАВ), в частности ионами аммония и фосфония. Приведенные в патентах данные свидетельствуют о том, что такая модификация слоистого силиката приводит к увеличению пространства между его слоями, а также к гидрофобизации и органофилизации поверхности слоев и, как результат, к преодолению несовместимости наполнителя и полимерной (полиолефиновой или полиэфирной) основы [1].
Кроме того, ряд патентов направлен на модификацию слоистых силикатов неионными ПАВ, которые также устраняют несовместимость полимера с наполнителем [2].
Микро- и нанокомпозиты с использованием модифицированных слоистых наполнителей получают смешением полимера с модифицированным наполнителем в расплаве или экструзией.
Источники информации
1. Патент RU №2269554, опубликованная заявка RU №2005121138, опубликованная заявка RU №2003117463
2. Патент US 7514490 В2 07 апреля 2009 года
Сущность изобретения
Предложен расплавный способ получения нанокомпозиционного материала из неполярных или слабополярных полимеров, крупнотоннажно выпускаемых отечественной промышленностью, отличающийся тем, что перед процессом получения нанокомпозита типа полиолефин/слоистый силикат расплавным способом проводится специальная обработка полиолефина в интенсивных силовых полях. При этом изменяется кристаллическая структура порошков полиэтилена и образуется сильноориентированный расплав, кристаллизация которого идет по механизму случайного зародышеобразования, по крайней мере, двух типов кристаллитов. Что подтверждается данными, полученными методами рентгеновского рассеяния в малых и больших углах дифракции.
Обработка полимера в интенсивных силовых полях заключается в том, что полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) марки 15803-020 измельчают на одношнековом диспергаторе (высокотемпературная сдвиговая деформация) с тремя температурными зонами. Температура 1-й зоны 180°С. Температура 2-й зоны 240°С. В 3-й зоне экструдат охлаждается до 70°С. На конце шнека температура охлаждения комнатная. Экструдат после диспергатора получается в виде порошка. Для приготовления нанокомпозитов полученный порошок полимера предварительно просеивают на стандартном наборе сит и отбирают фракцию ≤0.63 мм. После этого отобранную фракцию обработанного полимера смешивают с глиной марки Cloisite 20 А, представляющей из себя природный монтмориллонит, модифицированный четвертичной аммониевой солью. Предварительное смешение проводят при комнатной температуре в аппарате типа «пьяной бочки», затем полученную смесь пропускают повторно через диспергатор, при тех же условиях, что и при получении специальным образом обработанного в интенсивных силовых полях полимера: смесь проходит три температурные зоны и выходит из диспергатора через конец шнека, охлаждаемого 3-мя металлическими кольцами с проточной водопроводной водой.
Для определения физико-механических свойств из полученного нанокомпозита прессуют пластины толщиной 0.3-0.5 мм под давлением 10 МПа при температурах 130°C, 140°C, 160°C, 180°C в течение 10 мин по ГОСТ 12019-66 в открытой пресс-форме типа ограничительной рамки. Для предотвращения прилипания нанокомпозита при прессовании к поверхности пресс-формы используют прокладки из непластифицированной триацетатной или целлюлозной пленки по ГОСТ 7730-89 или алюминиевой фольги по ГОСТ 618-73 толщиной (0,075±0,025) мм. Из пластин вырубаются лопатки стандартных размеров. Механические испытания проводят на машине Instron-1122 в режиме растяжения при скорости перемещения верхнего траверса 5 мм/мин и комнатной температуре. Полученные физико-химические показатели по влиянию измельчения ПЭНП на свойства полученного материала приведены в таблицах 1-4.
| Таблица 1 | |||
| Физико-механические параметры исходного ПЭНП марки 15803-020 и подвергнутого экструзионному измельчению при Тпр=160°C | |||
| Материал | EH, МПа | εp, % | σp, МПа |
| Исходный | 181 | 478 | 9.0 |
| Измельченный | 197 | 277 | 10.2 |
| Таблица 2 | |||
| Физико-механические параметры композитов | |||
| Материал | Ен, МПа | εp, % | σp, МПа |
| Исходный, гранулир. | 78 | 693 | 15.6 |
| Измельченный | 84 | 620 | 14.8 |
| ПЭ + 10% глины | 103 | 549 | 13.7 |
| Таблица 3 | |||||
| Физико-механические параметры композитов в зависимости от количества наполнителя | |||||
| Материал | EH, МПа |  |
 |
σp, МПа | εp, % |
| ПЭ 100% | 160 | 8.3 | 63.8 | 12.1 | 437 |
| ПЭ + 2.5% гл. | 198 | 8.3 | 60.6 | 10.4 | 318 |
| ПЭ + 5.0% гл. | 210 | 7.9 | 57.4 | 9.0 | 271 |
| ПЭ + 7.5% гл. | 272 | 8.1 | 50.1 | 9.3 | 278 |
| ПЭ + 10% гл. | 277 | 7.9 | 55.2 | 8.4 | 223 |
| ПЭ + 27.5% гл. | 342 | 7.9 | 14.5 | 7.7 | 127 |
| Таблица 4 | |||||
| Физико-механические параметры композитов в зависимости от количества наполнителя | |||||
| ПЭ после экструдера + Cloisite 20А (%) | Модуль упругости, МПа | Предел текучести, МПа | Прочность, МПа | Удлинение, % | |
| При пределе текучести | При разрыве | ||||
| ПЭ | 87 | 8.3 | 11.8 | 90 | 565 |
| 1 | 117 | 8.6 | 12.1 | 85 | 544 |
| 3 | 129 | 8.7 | 11.0 | 102 | 454 |
| 5 | 178 | 10.3 | 13.5 | 90 | 512 |
| 10 | 164 | 9.3 | 10.6 | 143 | 376 |
| 15 | 233 | 9.5 | 10.8 | 60 | 246 |
Claims (1)
- Способ получения нанокомпозиционного материала, включающий смешение в расплаве полиэтилена низкой плотности и слоистого силиката, отличающийся тем, что перед смешением в расплаве полиэтилен низкой плотности предварительно подвергают высокотемпературному сдвиговому измельчению в одношнековом диспергаторе с тремя температурными зонами, при температуре в 1-й зоне 180°С, 2-й зоне 240°С и 3-й зоне 70°С, при этом полиэтилен низкой плотности изменяет свою кристаллическую структуру, в качестве слоистого силиката используют природный монтмориллонит, модифицированный четвертичной аммониевой солью, при соотношении компонентов, мас.%:
полиэтилен низкой плотности 90-99 модифицированный монтмориллонит 10-1
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009134945/05A RU2441835C2 (ru) | 2009-09-21 | 2009-09-21 | Способ получения нанокомпозиционного материала на основе неполярных или слабополярных полимеров и нанонаполнителя |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009134945/05A RU2441835C2 (ru) | 2009-09-21 | 2009-09-21 | Способ получения нанокомпозиционного материала на основе неполярных или слабополярных полимеров и нанонаполнителя |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009134945A RU2009134945A (ru) | 2011-03-27 |
| RU2441835C2 true RU2441835C2 (ru) | 2012-02-10 |
Family
ID=44052535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009134945/05A RU2441835C2 (ru) | 2009-09-21 | 2009-09-21 | Способ получения нанокомпозиционного материала на основе неполярных или слабополярных полимеров и нанонаполнителя |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2441835C2 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9145491B2 (en) | 2014-01-09 | 2015-09-29 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Weatherability and durability of low-density polyethylene nanocomposites with clay, silica and zinc oxide |
| RU2669823C1 (ru) * | 2017-11-07 | 2018-10-16 | Кирилл Олегович Морозов | Способ получения нанокомпозитного материала |
| RU2707344C2 (ru) * | 2016-12-26 | 2019-11-26 | Закрытое акционерное общество "Техполимер" | Способ получения упрочненного нанокомпозита с дополнительными свойствами (варианты) |
| RU2726356C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-07-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук | Способ получения полимерного нанокомпозита с наполнителем из асфальтенов |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA69800U (ru) * | 2011-11-16 | 2012-05-10 | Федор Петрович Бережный | Способ получения "нанополипропилена" - нанокомпозитов полипропилена и сополимеров полипропилена |
-
2009
- 2009-09-21 RU RU2009134945/05A patent/RU2441835C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9145491B2 (en) | 2014-01-09 | 2015-09-29 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Weatherability and durability of low-density polyethylene nanocomposites with clay, silica and zinc oxide |
| US9221953B1 (en) | 2014-01-09 | 2015-12-29 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Weatherability and durability of low-density polyethylene nanocomposites with clay, silica and zinc oxide |
| US9260586B2 (en) | 2014-01-09 | 2016-02-16 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Smectite clay low-density polyethylene nanocomposite |
| RU2707344C2 (ru) * | 2016-12-26 | 2019-11-26 | Закрытое акционерное общество "Техполимер" | Способ получения упрочненного нанокомпозита с дополнительными свойствами (варианты) |
| RU2669823C1 (ru) * | 2017-11-07 | 2018-10-16 | Кирилл Олегович Морозов | Способ получения нанокомпозитного материала |
| RU2726356C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-07-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук | Способ получения полимерного нанокомпозита с наполнителем из асфальтенов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009134945A (ru) | 2011-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Delogu et al. | Fabrication of polymer nanocomposites via ball milling: Present status and future perspectives | |
| Chavarria et al. | Morphology and properties of thermoplastic polyurethane nanocomposites: Effect of organoclay structure | |
| Swain et al. | Effect of ultrasound on HDPE/clay nanocomposites: Rheology, structure and properties | |
| RU2441835C2 (ru) | Способ получения нанокомпозиционного материала на основе неполярных или слабополярных полимеров и нанонаполнителя | |
| Fedullo et al. | Polymer-based nanocomposites: Overview, applications and perspectives | |
| Dong et al. | Experimental characterisation and object-oriented finite element modelling of polypropylene/organoclay nanocomposites | |
| Tarapow et al. | Mechanical properties of polypropylene/clay nanocomposites: effect of clay content, polymer/clay compatibility, and processing conditions | |
| Morreale et al. | The role of filler type in the photo‐oxidation behaviour of micro‐and nano‐filled polypropylene | |
| JP2009045804A (ja) | ポリマーとナノフィラーの混練方法 | |
| Paz et al. | Mechanical and thermomechanical properties of polyamide 6/Brazilian organoclay nanocomposites | |
| Istrate et al. | Structure and properties of clay/recycled plastic composites | |
| US10100175B2 (en) | Solution blending process for the fabrication of NYLON6-montmorillonite nanocomposites | |
| Santos et al. | The effects of ultrasound on organoclay dispersion in the PP matrix | |
| Fedullo et al. | Nanocomposites from untreated clay: a myth? | |
| Wang et al. | Effects of mica modification with ethylene‐vinyl acetate wax on the water vapor barrier and mechanical properties of poly‐(butylene adipate‐co‐terephthalate) nanocomposite films | |
| Costa et al. | LDH as nanofiller: Organic modification and dispersion in polymers | |
| Seyidoglu et al. | Production of modified clays and their use in polypropylene‐based nanocomposites | |
| FRANCO‐URQUIZA et al. | The influence of the clay particles on the mechanical properties and fracture behavior of PLA/o‐MMT composite films | |
| Franco‐Urquiza et al. | The effect of organo‐modifier on the structure and properties of poly [ethylene–(vinyl alcohol)]/organo‐modified montmorillonite composites | |
| RU2443728C2 (ru) | Способ получения эксфолиированного нанокомпозита | |
| Carastan et al. | Clay‐containing block copolymer nanocomposites with aligned morphology prepared by extrusion | |
| Lee et al. | Water-assisted extrusion of bio-based PETG/clay nanocomposites | |
| Hedayati et al. | Multi-scale analysis of polypropylene based organoclay containing composites, Part 1: Morphology | |
| Khoeini et al. | Investigation of the modification process and morphology of organosilane modified nanoclay | |
| Rajpurohit et al. | Fused deposition modeling using graphene/pla nano-composite filament |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120922 |