Епоксидний композит

Епоксидний композит, що містить органічну складову на основі епоксидної смоли, ангідридного отверджувача ізо-метилтетрагідрофталевого ангідриду, прискорювача тверднення ацетилаце3+ 3+ 2+ тонату металу (Fe , Co , Ni ) і дисперсний кремнієорганічний наповнювач на основі суміші тетраетоксисилану, гліцидоксипропілтриетоксисилану, ацетону й водного розчину нітратної кислоти, який 3 65649 В основу корисної моделі поставлено задачу створення епоксидного композиту, який містить епоксидну смолу з двома гліцидиловими групами, що дозволить зменшити густину зшивання епоксидної матриці, знизити крихкість кінцевого матеріалу, що сприятиме покращенню фізико-механічних характеристик композиту. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в епоксидному композиті, який містить органічну складову на основі епоксидної смоли, ангідридного отверджувача ізометилтетрагідрофталевого ангідриду, прискорю3+ вача тверднення ацетилацетонату металу (Fe , 3+ 2+ Co або Ni ) і дисперсний кремнієорганічний наповнювач, згідно корисної моделі, як епоксидну смолу використано дигліцидиловий етер дициклогексилолпропану при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: органічна складова: дигліцидиловий етер дициклогексилолпропану ізо-метилтетрагідрофталевий ангідрид 3+ 3+ ацетилацетонат металу (Fe , Co 2+ або Ni ) кремнієорганічний наповнювач: тетраетоксисилан гліцидоксипропілтриетоксисилан ацетон водний розчин нітратної кислоти 100 93,6 0,1 - 2 12,9 8,6 13,4 3,4. Як базовий компонент для полімерної матриці обрано низькомолекулярну епоксидну смолу дигліцидиловий етер дициклогексилолпропану (EPONEX™ RESIN 1510 - гідрований аналог епоксидно-діанової смоли ЕД - 20). Для зшивання епоксидної смоли використовували твердник ізометилтетрагідрофталевий ангідрид (ізо-МТГФА, EPIKURE 3601, HEXION), кількість якого відповідає стехіометричному співвідношенню епоксидна смола - отверджувач, що є оптимальним для одержання максимально зшитого полімеру. Відхилення від стехіометрії веде до збільшення виходу золь3+ 3+ фракції композитів. Ацетилацетонати Fe , Co , 2+ Ni використано як прискорювачі тверднення у кількості 0,1 - 2 мас. ч. Нижня границя – це мінімальна кількість прискорювача, необхідна для ефективного каталізу реакції тверднення, верхня обумовлена обмеженою розчинністю ацетилацетонатів в системі. В органічну матрицю вводили дисперсний кремнієорганічний наповнювач, одержаний in situ за золь-гель технологією змішуванням тетраетоксисилану (ТЕОС) і гліцидоксипропілтриетоксисилану (ЕС - 1) з ацетоном і водним розчином нітратної кислоти. ЕС - 1 додавали для покращення сумісності золів з епоксидною смолою і стабілізації композицій. Кількість етоксисиланів взято такою, щоб забезпечити вміст утвореного дисперсного наповнювача (у перерахунку на SiО2) 3 % відносно загальної маси епоксидної смоли й ангідриду. Вміст кремнієорганічного наповнювача і мольні співвідношення прекурсорів такі самі, як у найближчому аналогу. 4 Композит формують за наступною технологі єю: Дозування компонентів, розчинення ацетилацетонату металу в епоксидній смолі, додавання ТЕОС, ЕС-1, ацетону й водного розчину нітратної кислоти для формування золю кремнієорганічного наповнювача, через 24 години вакуумування одержаної суміші протягом доби, додавання ангідриду, ретельне змішування композиту до повної гомогенізації, нанесення на субстрат або виливання у форму, тверднення за режимом: 2 год. при 160°С + 2 год. при 180°С. Приклад конкретного виконання. Приклад 1. Для одержання композита 0,1 г ацетилацето3+ нату Fe розчиняють в 100 г епоксидної смоли EPONEX 1510. До одержаного розчину додають: 12,9 г ТЕОС, 8,6 г ЕС - 1, 3,4 г водного розчину нітратної кислоти, 13,4 г ацетону. Розчин перемішують до повної гомогенізації і залишають на 24 години. Одержаний золь вакуумують протягом доби, потім додають 93,6 г ізо-МТГФА, перемішують і наносять на субстрат або виливають у форму. Тверднення проводять за наступним режимом: 2 год. при 160°С + 2 год. при 180°С. Приклад 2. Композит готують подібно до приклада 1 при наступному співвідношенні компонентів: органічна складова: дигліцидиловий етер дициклогексилолпропану ізо-метилтетрагідрофталевий ангідрид 2+ ацетилацетонат Ni кремнієорганічний наповнювач: тетраетоксисилан гліцидоксипропілтриетоксисилан ацетон водний розчин нітратної кислоти 100 93,6 0,75 12,9 8,6 13,4 3,4. Приклад 3. Композит готують подібно до приклада 1 при наступному співвідношенні компонентів: органічна складова: дигліцидиловий етер дициклогексилолпропану 100 ізо-метилтетрагідрофталевий ангідрид 93,6 3+ ацетилацетонат Со 2 кремнієорганічний наповнювач: тетраетоксисилан 12,9 гліцидоксипропілтриетоксисилан 8,6 ацетон 13,4 водний розчин нітратної кислоти 3,4. Розроблений епоксидний композит характеризується покращеними фізико-механічними властивостями відносно найближчого аналога, а саме підвищеною пластичністю: зниження на 53 - 66°С температури склування і на 10 – 40% модуля пружності систем порівняно з прототипом сприяє зменшенню напружень, що виникають при деформації, для упередження крихкого руйнування гібридних матеріалів. Збільшення у 5 - 9 разів молекулярної маси міжвузлових сегментів порівняно 5 65649 з найближчим аналогом сприяє підвищенню молекулярної рухомості ланцюгів і релаксації напружень без розриву хімічних зв'язків. При цьому зберігаються всі корисні властивості епоксидносилоксанових композитів – висока адгезія до ме 6 талевих субстратів, стійкість до атмосферних умов, води і розчинів, що провокують корозію. В таблиці 1 наведено приклади конкретного використання композиції: технічні рішення згідно з заявкою, контрольні приклади найближчого аналога, а також їх порівняльні властивості. Таблиця 1 Показник Температура склування Тс °С Модуль пружності Е, МПа Молекулярна маса міжвузлово-1 го сегмента Мс, г·моль Епоксидний композит, 0,75 мас. ч. прискорювача Fe(acac)3 Со(асас)3 Ni(acac)2 70 74 69 2360 3567 3501 2735 902 Температуру склування Тс і модуль пружності Е визначали динамічним механічним методом на приладі ТА Instruments DMA Q800 в режимі вимушених синусоїдальних коливань з частотою 10 Гц на плівкових зразках розміром 604x0,2 мм в температурному діапазоні 20 - 250°С при швидкості -1 нагрівання 4 К·хв . Молекулярну масу ланцюгів між вузлами хімічних зшивок полімерної сітки Мс розраховували за величиною модулю пружності полімеру в області плато високоеластичності Еве: Мс = 3 pRT/Eвe, -3 де р - густина полімеру, г·см ; R - універсальна газова стала -1 -1 (8,31 Дж·моль ·К ); Т - значення абсолютної температури, К. Джерела інформації: Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 1028 Найближчий аналог, 0,75 мас. ч. прискорювача Fe(acac)3 Со(асас)з Ni(acac)2 123 135 135 4052 3934 3793 301 172 208 1. Жильцова С.В., Михальчук В.М., Платонова О.О., Лугова Г.О., Григоренко Т.І. Патент України № 55151, пріор, від 05.05.2010 р. Епоксидний композит, зареєстр. 10.12.2010 р. 2 2. Пат. 4137275 США, МПК C08L 63/00. Latent accelerators for curing epoxy resins / James D. B. Smith, Robert N. Kauffman - № 680633; Заявл. 27.04.1976; Опубл. 30.01.1979; НПК 260/830 TW. 3. Получение гибридных эпокси-кремнеземных композитов ангидридным отверждением в присутствии ацетилацетонатов металлов /А.А. Перепелица, В.М. Михальчук, А.А. Саввина, С.В. Жильцова // Вопр. химии и хим. технологии. - 2007. - № 2. - С. 149 - 153 (найближчий аналог). Підписне Тираж 23 прим. 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