Спосіб отвердіння епоксидної композиції

Спосіб отвердіння епоксидної композиції шляхом створення механічної суміші із епоксидіанової смоли, отверджувача, каталізатора отвердіння класу аміноімідів, який відрізняється тим, що після змішування компонентів суміш обробляють ультразвуком при кімнатній температурі з інтенсивністю звуку 1-30 Вт/см2 протягом 5-60 хвилин Винахід відноситься до області органічної хімії, конкретно до способу отвердіння епоксидних композицій з використанням каталізаторів отвердіння класу аміноімідів, для одержання термостійких клеїв Відомий спосіб [1] отвердіння епоксидних композицій з використанням каталізатора латентної дії 6ic-N,N-flHMeTHn-N-(2-riflpoKCH-3-6yroKCH) аміноізофталімід, формула (1) ОН СН 2 СНСН 2 О(СН 2 ) 3 СН СН СН3(СН2)3ОСН2СН2СНСН2— NH О СН, сн/ Отримують диоксианпдридні та епоксиамінні композиції механічним змішуванням при кімнатній температурі епоксидианової смоли (ЕД-20), отверджувача - ізометилтетрапдрофталевого ангідриду (ізо-МТГФА) або метафенілендиамшу (МФДА), або 3,3-дихлор-4,4-диамшодифенилметану (диамет "X") та каталізатора отвердіння Отвердіння проводять при температурі 120 - 140°С Недоліком такого способу отвердіння є висока температура отвердіння Недоліком клею отриманого на його основі є а) падіння МІЦНОСТІ при відриві (ГОСТ 14759-69) і б) падіння МІЦНОСТІ при зсуві (ГОСТ 14760-69) із збільшенням температури Спосіб отвердіння епоксидної композиції близький до заявляемого і тому взятий за прототип В основу винаходу покладено задачу удосконалення способу отвердіння епоксидної компози ції, одержання на її основі високотеплостшкого адгезиву з поліпшеними фізико-механічними характеристиками (збільшення МІЦНОСТІ при рівномірному відриві та зсуві) Технічна задача може бути вирішена шляхом механічного змішування при кімнатній температурі епоксидіанової смоли, отверджувача, каталізатора отвердіння (класу аміноімідів) з наступною обробкою ультразвуком (УЗ), інтенсивністю звуку 1 ЗОВт/см2, протягом 5 - 60 хвилин Порівняно з прототипом спосіб отвердіння відрізняється тим, що отвердіння епоксидної композиції проводять при обробці УЗ як при кімнатній температурі так і при нагріванні (див табл 1, 2) Обробка УЗ епоксидної композиції дозволяє знизити температуру отвердіння, поліпшити адгезивні властивості (а рв , хЗСув) композиції, отримати (О ю З 51962 4 високотеплостійкий клей (табл 3) УЗ на композицію йде розпад каталізатора з видіПричину позитивного ефекту обробки епоксиленням ізоціанату та третинного аміну по реакції дної композиції УЗ ми вбачаємо в тому, що при дії О NCO ОН С NH (СН,)9СН.СНСН.О(СН-),СН t° або))) Одночасно з іонним механізмом розпаду можливий радикальний розпад каталізатора по зв'язку + N_ N- , що збільшує КІЛЬКІСТЬ поперечних ХІМІЧНИХ зв'язків (створює сітчастий полімер), зростає КІЛЬКІСТЬ розкритих епоксидних груп, йде дегазація смоли внаслідок цього поліпшуються адгезивні властивості композиції В пропонованому способі отвердіння ми використовуємо інтенсивність звуку (І) в діапазоні 1 ЗОВт/см2 По літературним даним [2] ХІМІЧНІ реакції в неводному середовищі, які ініційовані УЗ, починаються при І = 0,5 - 0,8Вт/см2, а при І = 0,8 1,6Вт/см2 швидкість перетворення пропорційна І ОН NCO + 2І\І(СНз)2СН2СНСН2ОВІІ Тривалість озвучування вибрана на підставі даних наведених в табл 1, 2, а також з ЯМРексперименту Ампулу, яка містить аміноімід та поліетиленгліколь (уловлювач ізоцианату) в співвідношенні 1 1, обробляли УЗ (частота 44Кгц (Найбільш ефективно органічні реакції проходять в неводному середовищі [3] в області частот 20 50Кгц), І = 1,8Вт/см2) середовище яке передає УЗ вода Температура води 25 - 30° Час озвучення З години Через ЗОхв від початку реакції у спектрі ЯМР-1Н спостерігається сигнал -NHCO-, який відповідає Таблица 1 Тривалість желатинізації епоксианпдридної композиції при обробці УЗ*, t = 25 - ЗО № 1 2 3 Склад композиції, в ч ЕД-20-1,0, изо-МТГФА-0,76, каталізатор 1-0,01 ЕД-20-1,0, изо-МТГФА-0,76, каталізатор 2 (біс-триметиламіноадипоілімід)0,01 ЕД-20-1,0, ізо-МТГФА-0,76, каталізатор 3 (6ic-N,N-flHMe™>N(2пдроксипропіл)амшо-адипоілімід)-0,0 1 Тривалість желатинізації**, t, хв Тривалість життя без обробки УЗ, діб 180 25 240 60 360 27 1020 4 Композиція 1*** (без УЗ) желатинізація не наступає 5 6 Композиція 1 (каталізатора не має) Композиція 1 900 60 7 Композиція 1 60 8 Композиція 2 60 9 Композиція 3 60 10 11 Композиція 1**** Композиція 1***** далі не проводили желатинізація не наступає желатинізація не наступає далі при 120°, желатинізація через12хв далі при 120°, желатинізація через15хв далі при 120°, желатинізація через17хв далі не проводили 2 61 5 *І = 1,8Вт/см2, у ** Тривалість желатинізації визначали згідно методи [4] t = 50°С * * * * * * * * * і _ Z = 28BT/CM , v = 22Кгц = 9,09Вт/см2, v = 22Кгц, 1 плівки - 1 - 2мм і — 51962 Таблиця 2 Тривалість желатинізації епоксидної композиції з обробкою УЗ*, t° = 20 - 30°С № 1 2 3 4 5 6 Склад композиції, Тривалість желатинізавч ції, хв ЕД-20-1,0 50 МФДА-0,14 Каталізатор 1-0,01 ЕД-20-1,0 85 МФДА-0,14 Каталізатор 2-0,01 ЕД-20-1,0 47 МФДА-0,14 Каталізатор 3-0,01 ЕД-20-1,0 420 Диамет"Х"-0,33 Каталізатор 1-0,01 ЕД-20-1,0 500 Диамет"Х"-0,33 Каталізатор 2-0,01 ЕД-20-1,0 580 Диамет"Х"-0,33 Каталізатор 3-0,01 = 1,8Вт/см , v = 44Кгц Таблиця З Адгезивні характеристики епоксидних композицій, які були отримані на основі епоксиангідриднихта епоксиамшних сумішей з доданням каталізатора отвердіння (1) та обробкою УЗ № 1 2 3 Склад композиції, вагових частин (вч) ЕД-20-100,0* Ізо-МТГФА-76,0 Каталізатор (1)-1,0 Прототип** ЕД-20-100,0* МФДА-14,0 Каталізатор (1)-1,0 Прототип** ЕД-20-100,0* Діамет"Х"-33,2 Каталізатор (1)-1,0 Прототип** МІЦНІСТЬ при рівномірному відриві, аре, МПа, t°C 20° 80° 125° 51,0 39,4 37,0 МІЦНІСТЬ при зсуві, т 3 с ув , МПа, t°C 20° 80° 125° 21,6 19,8 20,9 43,5 40,0 32,5 37,5 30,0 20,0 17,3 28,0 16,0 11,8 22,5 38,0 50,8 34,6 55,0 21,3 43,4 15,5 31,1 4,1 25,5 25,5 28,4 52,2 52,6 34,8 29,6 26,0 21,0 8,5 ^Озвучування композиції при v = 44КГц, І = 1,8Вт/см , t = бОхв ** Склад композиції той же самий [1] уретановій групі продукту реакції Інтенсивність сигналу починаючи від бОхв і далі відповідає 10 - 15% перетворення аміноіміду Для здійснення випробовування вибрана тривалість озвучення епоксидної композиції бОхв При збільшенні інтенсивності звуку від 2Вт/см2 до ЗОВт/см2 тривалість озвучення зменшується до 5хв (див табл 1) Приклади отримання епоксидних композицій Приклад 1 Епоксидіанову смолу 100,0 в ч , отверджувач - ізо-МТГФА 76,0 в ч , каталізатор отвердіння (формула 1) 1,0 вч , механічно змішували в плоскодонному сосуді при кімнатній температурі Потім сосуд з епоксидною композицією озвучували УЗ з інтенсивністю 1,8Вт/см2 протягом бОхв Склеювання зразків здійснювали ВІДПОВІДНО [1], витримували до отвердіння при 80°С 10 год та при 120°С 15 год Термостатування зразків здійснювали при 20 ± 2°С 12 годин Виміри а рв , т3сув здійснювали на машині Zfl-10/90 (Германія) по 51962 ГОСТу 14760-80, ГОСТу 14759-85 Приклад 2 Композицію отримували ВІДПОВІДНО прикладу 1, але з отверджувачем МФДА в КІЛЬКОСТІ 14,0 в ч Приклад 3 Композицію отримували ВІДПОВІДНО прикладу 1, але для отвердіння брали диамет "X" в КІЛЬКОСТІ 33,0 в ч Із табл 3 видно, що озвучення епоксидної композиції приводить до збільшення МІЦНОСТІ при відриві для епоксиангідридних композицій в 5 разів і в 2 - 3 рази збільшується МІЦНІСТЬ при зсуві Важливим є те, що значно збільшується теплостійкість адгезиву, а МІЦНІСТЬ практично не залежить від температури (діапазон температур 20 - 125°С) Таким чином наведений спосіб отвердіння епоксидної композиції дозволяє значно збільшити теплостійкість та поліпшити адгезивні характеристики епоксидної композиції 8 Джерела інформації 6 1 Патент № 20042 України - МПК С 08659/18 Bic-N,N-flHMe™>N-(2пдроксипропіл)амшо-ізо-фталімід, як латентний каталізатор отвердіння епоксидних композицій — Оп 25 12 97, — Бюл № 6 2 Мокрый Е Н , Старчевский В Л УЗ в процесах окисления органических соединений — Львов — Изд-во при Львов ун-те, — 1987г — 120с 3 Маргулис М А , Мальцев М А Об оценке энергетического выхода химических реакций, инициированных ультразвуковыми волнами —Журн физ хим — 1968г — ТХ1П — № 6 — С 1441 1446 4 Методика определения времени желатинизации композиций эпоксидная смола ЭД-22изоМТГФА — УкрНИИпластмасс — Донецк — 1987 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71