Спосіб одержання струмопровідної епоксидної композиції

Спосіб одержання струмопровідної епоксидної композиції, який включає отверднення суміші епо 3 24145 4 крезол. цію. Отриману композицію виливають на скло, В основу корисної моделі поставлено задачу отвердіння проводять при Т = 60-80°С протягом 4вдосконалити відомий спосіб отримання струмопх годин.[X.Yang, T.Zhao, Y.Yu, Y.Wei. Synthesis of ровідної епоксидної композиції шляхом введення conductive polyaniline/epoxy resin composites: dopнових речовин та зміною умов одержання компоing of the interpenetrating network // зиту, що дозволило б спростити технологію, підSynth.Metals,2004. - Vol.l42.-P.57-61]. Для надання вищити екологічну безпеку процесу і забезпечити провідності плівку витримують у 1,5 М розчині томожливість одержання струмопровідних полімерлуол сульфокислоти протягом 8-12 годин. Після епоксидних композитів з високою провідністю. висушування у вакуумі питома провідність станоПоставлене завдання вирішується тим, що у відомому способі одержання струмопровідної еповить 10-4 (Ом×см)-1. ксидної композиції, який включає отверднення Недоліком відомого способу є складна двохстадійна процедура отримання струмопровідної суміші епоксидного олігомера і полімерного наповнювача кислотним отвердником, одночасно як плівки, і непридатність застосування відомого спополімерний наповнювач і кислотний отвердник собу для отримання струмопровідної заливної використовують поліанілін, легований тетрафторкомпозиції або герметика. До недоліків слід віднеборатною кислотою при наступному співвідношенсти необхідність використання дорогого і дефіцитного розчинника N-метилпірролідону та надзвині компонентів, мас.%: епоксидний олігомер 85-75 чайно токсичного m-крезолу. полі анілін, легований тетрафтоВідомий спосіб отримання струмопровідної рборатною кислотою 15-25. епоксидної композиції з електропровідними поліСуттєвими відмінностями пропонованої корисмерним наповнювачем [Peltola J., Cao Y, Smith P. Epoxy adhesives made with inherently conducting ної моделі від прототипу є: 1. Використання тетрафторборату поліаніліну polymers //Adhesives Age Atlanta.-1995.- Vol.38, як електропровідного полімерного наповнювача. Iss.5.P.18-21], який забезпечує електропровідність 2. Застосування полі аніліну, легованого теткомпозиту на рівні 10-8...10-3 (Ом×см)-1 при вмісті рафторборатною кислотою, як кислотного отверднаповнювача 2-10мас.%. Спосіб полягає у введенника епоксидних олігомерів. ні до епоксидної матриці розчину електропровідно3. Виготовлення струмопровідної епоксидної го полімеру (поліаніліну, легованого камфоросукомпозиції при 15-25% вмісті електропровідного льфоновою кислотою), як розчинник використано полімеру. алкілфенол. Композиція стверджується тетрафто1. Для одержання струмопровідних епоксидрборатним кислотним отвердником. них композицій відоме використання нелегованого Недоліком відомого способу є малодоступполіаніліну як полімерного наповнювача [X.Yang, ність та висока собівартість камфоросульфонової T.Zhao,Y.Yu. Y.Wei. // Synth,Metals, 2004.-Vol.l42.кислоти, що використовується для отримання поP.57-61]. Відоме також застосування в якості елеклімерного наповнювача, надто складна технологія тропровідного полімерного наповнювача поліаніприготування композиції з використанням шкідлиліну, легованого камфоросульфоновою кислотою [ вих розчинників (алкілфенол та інші), які необхідно Peltola J., Cao Y, Smith P. //Adhesives Age Atlanta.випаровувати для отримання кінцевого компози1995.-Vol.3 8, Iss.5.P.18-21], або додецилбензолційного матеріалу. сульфокислотою [P.Tsotra, K.G.Gatos, O.Gryshnuk, Найбільш близьким за технічним рішенням до K.Friedrich.// J.Mater,Sci.- 2005.- Vol.40, P.569-574; пропонованої корисної моделі є спосіб одержання P.Tsotra, K.Friedrich //Ibid., P.4415-4417] при вмісті струмопровідної епоксидної композиції на основі наповнювача на рівні 2,5-12,5мас.%. Про застосуепоксидної смоли Epikote 862 та поліаніліну, леговання поліаніліну, легованого тетрафторборною ваного додецилбензол-сульфокислотою (ДБСК), кислотою, як полімерного наповнювача епоксиддля отвердіння якої застосовують амінні або кисних композицій, в літературі відомостей немає. лотні отвердники (амін, імідазол, ангідрид, BF3). Як 2. Відоме застосування амінних отвердників розчинник використовується толу єн. Отверднена (поліетиленполіамін, імідазол та ін.) для отриманкислотними отвердниками при температурах 50ня полімер-епоксидних композицій [P.Tsotra, 140°С композиція має питому провідність на рівні K.G.Gatos, O.Gryshnuk, K.Friedrich.// J.Mater,Sci.10-11...10-4 (Ом×см)-1 [P.Tsotra, K.G.Gatos, 2005.- Vol.40, P.569-574; X.Yang, T.Zhao,Y.Yu. O.Gryshnuk, K.Friedrich. Harderer type of critical paY.Wei. // Synth.Metals, 2004.-Vol.l42.-P.57-61], в rameter for the electrical properties of epoxy результататі чого отримуються непровідні (висоresin/polyaniline blends.// J.Mater.Sci.-2005.- Vol.40, корезистивні) епоксидні композити. Відоме застоP.569-574] при вмісті полімерного наповнювача сування кислотного отвердника - трифторборату 2,5-12,5мас. %. (BF3) [P.Tsotra, K.G.Gatos, O.Gryshnuk, Недоліком відомого способу є складна техноK.Friedrich.// J.Mater,Sci.-2005.~ Vol.40, P.569- 574], логія приготування композиції. Для одержання 5% а також комплексу трифторборату з мономерним розчину ПАН-ДБСК у толуолі проводять перемішуаніліном [Peltola J., Cao Y, Smith P. //Adhesives Age вання вихідного розчину протягом 48 годин та ульAtlanta.-1995.-Vol.38, Iss.5.P.18-21], для отвердтразвукову обробку - 3 години, потім здійснюють нення епоксидних композицій. Немає відомостей упарювання розчинника у вакуумі при 50°С протяпро використання поліаніліну, легованого тетрафгом доби. Використанням шкідливого розчинника торборатною кислотою, як отвердника епоксидних (толуен), який необхідно випаровувати для отрисмол. мання розчину полімерного наповнювача, значно погіршує умови праці людей та екологічну ситуа 5 24145 6 3. Авторами корисної моделі вперше встановний продукт відфільтровують, багатократно пролено, що поліанілін, легований тетрафторборатмивають водою та 5% розчином аміаку, висушуною кислотою (рівень легування 48-50мол.%), моють у вакуумі при Т = 60-80°С протягом 6-8 годин. же бути використаний одночасно як отвердник Ме ханічно подрібнюють і заливають розчином епоксидної композиції і як сгрумопровідний полі0,1М тетрафторборатної кислоти (HBF4). Після мерний наповнювач. При цьому полімерна сіль витримки протягом 24 годин продукт відфільтроПAH-BF4 завдяки наявності амінних (поліанілін) та вують, промивають дистильованою водою, висуфторборатних гр уп (BF4) виступає комплексним шують у вакуумі при 40-60°С до постійної маси. високоефективним отвердником, завдяки тому, що Диспергування проводять за допомогою кулькововторинні аміногрупи ПАН промотують процес акго млинка та ультразвуку до досягнення розміру тивації епоксидного кільця, а тетрафторборатчастинок 0,3-0,5мкм. аніони приймають безпосередню участь в каталіНаважку дрібнодисперсного ПAH-BF4 (0,2г) тичній реакції отвердіння. Завдяки цьому процес при інтенсивному перемішуванні додають до 0,8г отвердіння може відбуватися при невисокій (50°С) епоксидної смоли ЕД-20, витримують 5 хвилин під або кімнатній температурі з виділенням теплоти в дією ультразвуку. Після цього заливають у циліндрезультаті екзотермічної реакції. Встановлено, що ричну скляну ємність діаметром 1,2см. Отвердтільки при масовому співвідношенні компонентів нення композиції здійснюють при температурі 70°С епоксидна смола : ПAH-BF4 17:3...3:1 досягається протягом години. З отриманого композиту формуутворення полімер-епоксидної композиції з висоють зразки у вигляді таблеток висотою 3-5мм, які кою питомою провідністю і задовільними фізиковикористовують для вимірювання питомого опору і механічними властивостями, тобто вміст ПАН-BF4 мікротвердості. знаходиться в межах 15...25мас.% по відношенню Електропровідність полімерних композитів як до маси композиції. При вмісті ПАН-BF4 менше за величину, обернену до питомого опору, визнача15% утворюється композит з високим опором ють за стандартними 2-х контактними методами за температури 20°С. Електричний опір фіксують за (1011...1012 Ом×см). Коли ж вміст цього компонента допомогою автоматичного імпульсного омметра перевищує 25мас.%, значно погіршується механіЩ-306-1 з діапазоном вимірювання 10-109 Ом. Для чна міцність і цілісність композиту. І тільки при вказаному співвідношенні компонентів досягаються високоомних зразків використовують тераомметр Е6-13А. Виміри проводять під навантаженням необхідні фізико-механічні та електричні власти10кН/м 2. Дослідження механічних властивостей, а вості. Залежність властивостей отриманого компосаме, мікротвердості композитів проводять за дозиту від складу ви хідної композиції згідно приклапомогою консистометра Хепплера. дів реалізації пропонованої корисної моделі наведена у таблиці. Згідно проведених вимірювань, питомий опір композиту з 20% вмістом ПAH-BF4 становить Приклад 1 Для приготування струмопровідної епоксидної 1,89×103Ом×см, провідність 5,3×10-4 (Ом×см)-1, мікрокомпозиції використовують діанову епоксидну твердість за Хепплером - 8,61×109 Н/м 2. смолу ЕД-20 (епоксидне число 21,4) промислового Приклади 2-6. виробництва і тетрафторборатну сіль поліаніліну. Приготування і отверднення епоксидних комДля отримання солі ПAH-BF4 проводять окисну позицій здійснюють як у прикладі 1. Вміст компополімеризацію 0,2М розчину сульфату аніліну в нентів і фізико-хімічні властивості отриманих ком0,5М суль фатній кислоті за наявності еквімолярної позитів наведені у таблиці. кількості персульфату амонію. Реакцію здійснюють при температурі 5°С протягом 24 годин. ОтримаТаблиця Порівняльні характеристики відомих та пропонованого способу одержання струмопровідних епоксидних композицій Найменування та масові частки компонентів Прототип Пропонований спосіб, номе р прикладу Склад епоксидної J.Mater.Sci. композиції В.ЕГуль М: 1984, 1 2 3 4 5 6 2005.-40, с.55, 218 Р.569-574 Епоксидна смола, Аральдит Epikote ЕД-20 ЕД-20 ЕД-20 ЕД-20 ЕД-20 ЕД-20 мас.ч. 20 862, 80 95 90 85 80 75 70 ПЕПА BF3 (AnchorОтверджувач, мас.ч. 4,5 1170), 8,0. 5 10 15 20 25 30 Електропровідний Срібло 73 ПАН-ДБСК 6,5 наповнювач, мас.ч. Органічний Діацетоновий Толуен 94 Без органічного розчинника розчинник, мас.ч. спирт 2,5 Температура отвер145 50-140 70 70 70 70 70 70 дження, °С Аналог 7 24145 8 Продовження таблиці Порівняльні характеристики відомих та пропонованого способу одержання струмопровідних епоксидних композицій Склад епоксидної композиції Час отвердження, години Питомий опір, Ом×см Питома провідність, См/см Мікротвердість (за Хепплером), Fp.10 9 Питома густина,г/см 3 Найменування та масові частки компонентів Прототип Пропонований спосіб, номе J.Mater.Sci. В.ЕГуль М: 1984, 1 2 3 4 2005.-40, с.55, 218 Р.569-574 Аналог 1,5 2,2×106 4,6×10-7 Не визначали 8,02 1,5-0,5 1 Властивості композитів 107 6×1012 5,8×105 1,6х 1,7х 10-7 10-13 10-6 Не 9,44 10,0 визначали 1,20 1,23 1,21 Порівняльні характеристики відомого і пропонованого способу отримання струмопровідної епоксидної композиції свідчать, що пропонований спосіб дає змогу значно спростити технологію отримання епоксидної композиції за рахунок одночасного використання як отвердника і струмопровідного наповнювача поліаніліну, легованого тетрафторборатною кислотою. При цьому забезпечується питома електропровідність, доста Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 1 р прикладу 5 6 1 1 1 1 4×103 2,4х 10-4 1,9×103 5,3х 10-4 8,8×103 1,1х 10-3 10,5 8,61 6,52 1,21 1,20 1,20 2,2×104 4,5х 10-5 Не визначали 1,20 тня для використання таких композицій для виготовлення антистатичних покрить, екранів, заливних виробів необхідної форми, при питомій густині отриманої композиції у 7-8 разів меншій за відомі промислові аналоги. Спосіб дає змогу підвищити екологічну безпеку виробництва за рахунок виключення з її складу токсичного органічного розчинника. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601