Важкогорюча полімерна композиція

Реферат: Винахід стосується композицій органічних полімерів, зокрема, на основі удароміцного полістиролу і антипіренів, які можуть використовуватись як конструкційні матеріали в радіоелектронній апаратурі, наприклад, для виготовлення корпусів телевізорів. Розроблено важкогорючу полімерну композицію, яка містить удароміцний полістирол, каучук, суміш стеаратів кальцію та цинку з додаванням комбінації тетрабромдифенілолпропану і октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гідроксифеніл)-пропіонату при наступному співвідношенні компонентів (м. ч.): удароміцний полістирол 100 каучук бутадієновий 2,0-5,0 стеарат кальцію - стеарат цинку у співвідношенні 1:1 1,0-3,0 очищений тетрабромдифенілолпропан 25-30 октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил4-гідроксифеніл)-пропіонат 4,0-5,0. Спільне застосування запропонованих компонентів забезпечує одержання позитивного ефекту - покращення технологічних і експлуатаційних властивостей важкогорючої ПК: пониження показника текучості розплаву при одночасному зниженні корозійної активності у процесах виготовлення деталей, зниження горючості ПК з одночасним покращенням її фізико-механічних UA 102046 C2 (12) UA 102046 C2 властивостей, а також підвищення стійкості удароміцного полістиролу до дії світла і збільшення часу експлуатації виробів з цього матеріалу. UA 102046 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід стосується композицій органічних полімерів, зокрема, на основі удароміцного полістиролу і антипіренів, які можуть використовуватись як конструкційні матеріали в радіоелектронній апаратурі, наприклад, для виготовлення корпусів телевізорів. Відома важкогорюча полімерна композиція УПМ-068 ТГ ТУ401-108-04-81 на основі полістиролу УПМ-0612Л ГОСТ 28250-89. Але застосування полістиролу УПМ-0612Л зумовлює її низьку ударну в'язкість та низький показник текучості розплаву, що спричиняє зниження технологічності процесу формування виробів з неї та їхньої міцності. Найбільш близькою за технічною суттю до запропонованої є важкогорюча полімерна композиція УПС 825ТГ-0 (ТУ 2214-003-49510617-2002) на основі удароміцного полістиролу і каучуку, яка містить, мас. ч.: удароміцний полістирол 100 каучук 2,0 стеарат кальцію - стеарат цинку у співвідношенні 1:1 2,0 декабромдифенілоксид 11 триоксид сурми 4,5-6,0. Така важкогорюча полімерна композиція (ПК) має задовільну ударну в'язкість, але: - низький показник текучості розплаву, що погіршує технологічні показники процесу (збільшує час і зменшує кількість пресувань, зростають енерговитрати); - корозійну активність у процесах виготовлення деталей (пресування) до матеріалів, з яких виготовляються пресформи (вуглецева сталь), внаслідок чого зменшується термін використання (довговічність) пресформ; - низьку екологічність матеріалу, обумовлену утворенням відходів, які практично не піддаються вторинній переробці і забруднюють навколишнє середовище; - недостатню стійкість до горіння. Це спричинено застосуванням комбінації бромовмісного антипірену декабромдифенілоксиду (ДБДФО) з триоксидом сурми, як синергисту. Обидві ці сполуки є твердими речовинами з високими температурами топлення, відповідно 300 °C для ДБДФО і 656 °C Sb2O3 і за умов формування виробів (при температурі 190-205 °C) знаходяться у вигляді твердих частинок, які зумовлюють високу в'язкість розплаву, тобто низький показник його текучості. Для підвищення стійкості до горіння такої композиції необхідно було б збільшити вміст антипірену і синергисту, але це неможливо тому, що при цьому сильно зросте в'язкість розплаву - впаде показник текучості і композицію буде важко переробляти у термопласт-автоматі. Корозійна активність композиції, очевидно, зумовлена застосуванням як антипірену ДБДФО, який характеризується високим вмістом брому (81 %) і невисокою термостійкістю. Утворені при розпаді ДБДФО бром та бромоводень виявляють високу корозійну активність, особливо при температурах формування виробів. В основу винаходу поставлено задачу створити важкогорючу полімерну композицію (ПК), в якій використання нових компонентів забезпечило би покращення, насамперед, технологічних властивостей - підвищення показника текучості розплаву, при одночасному зниженні корозійної активності у процесах виготовлення деталей, а також підвищенні стійкості до горіння і екологічності матеріалу за рахунок здатності до вторинної переробки. Поставлена задача вирішується тим, що важкогорюча ПК, яка містить удароміцний полістирол, стеарат кальцію - стеарат цинку у співвідношенні 1:1 і каучук бутадієновий, згідно з винаходом, містить як антипірен очищений тетрабромдифенілолпропан (ТБДФП) і додатково октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гідроксифеніл)-пропіонат при такому співвідношення компонентів, мас. ч.: удароміцний полістирол 100 каучук бутадієновий 2,0-5,0 стеарат кальцію - стеарат цинку у співвідношенні 1:1 1,0-3,0 очищений тетрабромдифенілолпропан 25-30 октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил4-гідроксифеніл)-пропіонат 4,0-5,0. Пониження показника текучості розплаву запропонованої ПК досягається застосуванням як антипірену тетрабромдифенілолпропану, який має температуру топлення 176 °C, у комбінації з октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гідроксифеніл)-пропіонатом, в якого температура топлення становить 110-125 °C. Тобто при температурі переробки обидва ці компоненти мають рідку 1 UA 102046 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 консистенцію, а отже не підвищують, а навпаки понижують в'язкість композиції, відповідно зростає продуктивність обладнання. Використання очищеного ТБДФП дозволяє одночасно підвищити показник текучості розплаву, знизити корозійну активність до матеріалів пресформи (вуглецева сталь) і збільшити стійкість до горіння. ТБДФП містить менше брому (60 %), ніж ДБДФО, але його можна ввести у композицію в 2-3 рази більше, ніж ДБДФО, в результаті чого загальний вміст брому в композиціях з ТБДФП є вищим, ніж у композицій УПС-825ТГ-0, і як результат підвищується стійкість ПК до горіння. Для одержання важкогорючої ПК були використані: - удароміцний полістирол; - каучук синтетичний бутадієновий СКД-ПС; - стеарат кальцію; - стеарат цинку; - очищений тетрабромдифенілолпропан; - октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гідроксифеніл)-пропіонат. Використання очищеного тетрабромдифенілолпропану сприяє пониженню показника текучості розплаву при одночасному зниженні корозійної активності у процесах виготовлення деталей. Наявність його в композиції у достатній кількості дозволяє понизити горючість ПК (за рахунок наявності атомів брому) та, відповідно, збільшити її стійкість до горіння, що підвищує надійність та безпечність експлуатації виробів з цього пластику. Октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гідроксифеніл)-пропіонат є стерично утрудненим фенольним антиоксидантом, який застосовують для органічних субстратів (таких як пластики, синтетичні волокна, еластомери та інші), захищаючи перелічені субстрати від термоокислювальної деградації. Діапазон застосування включає поліолефіни, полістирол, удароміцний полістирол, ABS та SBS. Використання октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гідроксифеніл)-пропіонату дозволяє захистити субстрати від термоокислювальної деградації під час пресування деталей з важкогорючої ПК, що збільшує термін використання (довговічність) пресформ, а також захищає вироби від впливу сонячного світла, перешкоджаючи старінню матеріалу, тобто сприяє як збільшенню виходу готової продукції, так і терміну її експлуатації. Таким чином, задача покращення технологічних і експлуатаційних властивостей важкогорючої ПК, яка містить удароміцний полістирол, каучук, суміш стеаратів кальцію та цинку за цим винаходом була вирішена додаванням комбінації тетрабромдифенілолпропану і октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гідроксифеніл)-пропіонату при наступному співвідношенні компонентів (м.ч.): удароміцний полістирол 100 каучук бутадієновий 2,0-5,0 стеарат кальцію - стеарат цинку у співвідношенні 1:1 1,0-3,0 очищений тетрабромдифенілолпропан 25-30 октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил4-гідроксифеніл)-пропіонат 4,0-5,0. Спільне застосування запропонованих компонентів забезпечує одержання позитивного ефекту - покращення технологічних і експлуатаційних властивостей важкогорючої ПК: пониження показника текучості розплаву при одночасному зниженні корозійної активності у процесах виготовлення деталей, зниження горючості ПК з одночасним покращенням її фізикомеханічних властивостей, а також підвищення стійкості удароміцного полістиролу до дії світла і збільшення часу експлуатації виробів з цього матеріалу. Використання зазначеної композиції приводить до підвищення надійності роботи радіоелектронної апаратури (PEA) з великою потужністю теплового випромінювання та в умовах підвищених температур (нагріванні). Слід також зазначити, що для одержання важкогорючої ПК може використовуватись (вторинний) удароміцний полістирол. Це сприяє впровадженню безвідходних виробництв та знижує забруднення навколишнього середовища. Технічний ефект винаходу полягає у збільшенні виходу готової продукції, зниженні корозійної активності щодо вуглецевих сталей (захищеність від термоокислювальної деградації), розширенні експлуатаційних можливостей ПК, підвищенні надійності роботи виробів за рахунок збільшення стійкості до горіння, підвищенні рівня безпеки при користуванні і продовженні терміну їх експлуатації. 2 UA 102046 C2 5 10 15 20 Технологія одержання важкогорючої ПК реалізується наступним чином. В екструдер з лінією грануляції спочатку вводять полімер (удароміцний полістирол), потім інші компоненти (попередньо просушені при температурі 60÷80 °C протягом 2-3 год.): очищений тетрабромдифенілолпропан, октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гідроксифеніл)-пропіонат, стеарат кальцію та стеарат цинку у співвідношенні 1:1 та каучук. Вказана суміш компонентів розплавляється та перемішується в екструдері з лінією грануляції при температурі 175±5 °C. Виготовлення виробів (деталей) із гранул відбувається у термопласт-автоматі при температурному режимі 190÷205 °C, час циклу (виготовлення) 40÷45 секунд, температура пресформи 40÷45 °C, тиск вприскування 35, 40, 53, 60 кГ, час вприскування 11 секунд, час охолодження 30 секунд. Перед виготовленням деталей прес-форма змащувалась силіконовою змазкою ТУ6-15-54283 1 раз на кожні 10÷20 пресувань. Важкогорючий полістирол, що залишився у циліндрі термопласт-автомату протягом 30 хвилин, не змінив своїх властивостей. У процесі його переробки не з'явився характерний запах, притаманний бромованим антипіренам, зокрема неочищеному тетрабромдифенілолпропану, що пояснюється його спеціальною додатковою очисткою від залишків вихідних компонентів і побічних продуктів, таких як: вільний бром, НВr і волога. Кількість пресувань визначалась як кількість деталей, що легко виймалися з прес-форми і мали гладку глянцеву поверхню, після одноразового змащування прес-форми силіконовою змазкою. Для визначення оптимального варіанту важкогорючої ПК виготовлено декілька варіантів важкогорючих ПК з різним співвідношенням (масові частки) компонентів, склад яких наведено у Таблиці 1, а технічні характеристики відповідних композицій подано у Таблиці 2. 25 Таблиця 1 Приклади Назва компоненту* Удароміцний полістирол Каучук бутадієновий Стеарат кальцію та стеарат цинку у співвідношенні 1:1 Очищений тетрабромдифенілолпропан Октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4гідроксифеніл)-пропіонат 1 100 3,5 Вміст компонентів (у масових частках) 2 3 4 5 6 7 100 100 100 100 100 100 5,0 4,0 2,0 1,0 6,0 3,5 8 100 3,5 4,5 5,0 4,8 4,0 5,5 3,0 4,5 4,5 28 25 27 30 20 40 20 40 2,0 3,0 2,5 1,0 0,5 3,5 2,0 2,0 *Для виготовлення полімерної композиції були використані наступні матеріали: удароміцний полістирол УПС-785 (ТУ 2214-008-49510617-2002), каучук синтетичний бутадієновий СКД-ПС (ТУ 38.103248-79), стеарат кальцію (ТУ 2232-002-57149839-07), стеарат цинку (ТУ 6-09-17-316-96), очищений тетрабромдифенілолпропан (ТУ 6-18-32-86), октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гідроксифеніл)-пропіонат (Ірганокс 1010). 30 35 Як видно з таблиці 2, композиції, наведені у прикладах 1, 2, 3 і 4 мають найкращі технічні параметри, а саме: показник текучості розплаву знаходиться в межах 7,1÷7,4 г/10 хвилин, кількість пресувань - 12-16, стійкість до горіння за ГОСТ 28157-89 - ПВ-0, ударна в'язкість за 2 Шарпі з надрізом знаходиться в межах 10,5-10,9 кДж/м , руйнуюче напруження при розтягу знаходиться в межах 21,8-23,1 МПа, відносне видовження при розриві складає 31-40 %. Важкогорючі ПК, в яких вміст (в масових частках) компонентів є меншим за мінімальні значення (приклад 5) або більшим за максимальні значення (приклади 6 і 8) граничних величин, наведених у формулі винаходу, мають значно гірші технічні параметри у порівнянні із композиціями наведеними к прикладах 1, 2, 3 і 4. 3 UA 102046 C2 Таблиця 2 Приклади Показники 1 2 3 4 5 6 7 Показник текучості розплаву, 7,2 7,4 7,1 7,2 6,9 4,8 5,1 г/10 хвилин Кількість пресувань* 16 16 14 12 8 8 9 Стійкість до горіння за ГОСТ ПВ-0 ПВ-0 ПВ-0 ПВ-0 ПВ-1 ПВ-0 ПВ-1 28157-89 Ударна в'язкість за Шарпі з 10,5 10,9 0,8 10,7 8,1 10,0 8,8 2 надрізом, кДж/м Руйнуюче напруження при 22,0 23,1 22,5 21,8 19,0 18,5 19,0 розтягу, МПа Відносне видовження при 35 37 40 31 30 28,5 29 розриві, % 8 Прототип УПС-825ТГ-0 ТУ 2214-00349510617-2002 5,5 3,0 9 8 ПВ-0 ПВ-1 8,8 10,3 19,1 18,6 30,5 25 * перед виготовленням деталей литтєва пресформа змащувалась силіконовою змазкою (ТУ 6-15-542-83) 5 10 15 Крім того, як видно з таблиці 2, технічні параметри важкогорючих ПК, виготовлених згідно з формулою винаходу, значно перевищують технічні показники прототипу УПС 825ТГ-0 ТУ 2214003-49510617-2002, а саме: показник текучості розплаву вище в 2,7-2,8 рази, кількість пресувань приблизно в 2 рази, стійкість до горіння за ГОСТ 28157-89 - ПВ-0, руйнуюче напруження при розтягу більше на 14-20 %, відносне видовження при розриві більше на 2460 %, при цьому ударна в'язкість є майже однаковою, що забезпечує високу надійність роботи виробів у PEA. Таким чином, в результаті запропонованого технічного рішення одержуються важкогорючі ПК з покращеними вогнестійкістю, технологічними і експлуатаційними властивостями, що досягається застосуванням комбінації антипірену з антиоксидантом, а саме: очищеного тетрабромдифенілолпропану і октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гідроксифеніл)-пропіонату. Це привело до підвищення показника текучості розплаву запропонованої важкогорючої ПК, пониження її корозійної активності щодо вуглецевих сталей, з яких виготовляють пресформи для пресування деталей, а також дозволило понизити горючість ПК, збільшити її стійкість до горіння, підвищити фізико-механічні показники. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Важкогорюча полімерна композиція, яка містить удароміцний полістирол, каучук бутадієновий і стеарат кальцію - стеарат цинку у співвідношенні 1:1, яка відрізняється тим, що додатково містить очищений тетрабромдифенілолпропан і октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4гідроксифеніл)-пропіонат при наступному співвідношенні компонентів (м. ч.): удароміцний полістирол 100 каучук бутадієновий 2,0-5,0 стеарат кальцію - стеарат цинку у співвідношенні 1:1 1,0-3,0 очищений тетрабромдифенілолпропан 25-30 октадецил-3-(3,5-ди-трет-бутил-4гідроксифеніл)-пропіонат 4,0-5,0. 25 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4