Наноструктурована епоксидна композиція

Реферат: Наноструктурована епоксидна композиція для виготовлення епоксидного полімеру, з поліпшеною технологічністю і підвищеними фізико-механічними властивостями, містить епоксидіановий олігомер ЕД-20 і попередньо диспергований в олігоефіракрилаті МГФ-9, оброблений кисневим каталізатором отвердіння наноносій з бар'єрним шаром із суміші насичених вуглеводнів. При цьому як наноносій містить пірогенний діоксид кремнію Аеросил380, як кисневий каталізатор отвердіння містить комплекс трифтористого бору з бензидіном, а як суміш насичених вуглеводнів містить Церезин-80, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: епоксидіановий олігомер 56,50-57,14 олігоефіракрилат 40,00-39,55 наноносій 0,10-0,13 кисневий каталізатор отвердіння 1,80-2,50 суміш насичених вуглеводнів 0,96-1,32. UA 120272 U (12) UA 120272 U UA 120272 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до області отримання наноструктурованих полімерних матеріалів на основі епоксидних смол, диспергованих наномодифікатором - високодисперсним пірогенним діоксидом кремнію, який може бути використаний у вигляді відносно стійкої органічної суспензії для введення в високов'язкі олігомерні основи при отриманні полімерних матеріалів широкого спектра застосування. Відомо застосування суспензії наночасток в ацетоні при виготовленні наномодифікованого епоксидного полімеру. Введення даної суспензії під дією ультразвуку дозволяє отримати рівномірний розподіл наночасток в епоксидній смолі. Однак операція попереднього диспергування наночасток в ацетоні і подальшого введення суспензії в олігомерну основу вимагає видалення ацетону вакуумуванням, що ускладнює процес приготування наномодифікованого епоксидного полімеру з поліпшеними експлуатаційними властивостями [1]. Відомо застосування суспензії наночасток пірогенного діоксиду кремнію в низков'язкий отверджувач епоксидних смол при отриманні наномодифікованого густосітчастого полімеру, який має підвищені фізико-механічні характеристики [2]. Однак, ультразвукова гомогенізація наночастинок пірогенного діоксиду кремнію в епоксидній основі призводить до помітного вспінювання реакційної системи, що в свою чергу вимагає додаткової дегазації блокових зразків протягом 0,5 годин при 40 °C і залишковому тиску ~15 мм рт. ст. Найбільш близьким технічним рішенням до запропонованого є застосування суспензії неорганічного ультрадисперсного порошку для отримання модифікованої епоксидної композиції, склад якої розкритий в публікації [3]. У загальному вигляді композиція - прототип включає епоксидіановий олігомер і кисневий каталізатор отвердіння, який вводять в епоксидну смолу у вигляді суспензії у складному поліефірі адсорбованого компонента на мікрочастках пемзи з розміром зерен 320-900 нм. За рахунок обробки етилефіратом трифтористого бору і покриття бар'єрним шаром насиченого вуглеводню, тверді частинки пемзи є носіями кисневого каталізатора, який є отверджувачем епоксидіанового олігомеру прихованого (латентного) типу, що забезпечує тривалу життєздатність епоксидної системи при кімнатній температурі і швидко отверджує при підвищеній температурі. Технологія приготування епоксидного полімеру не вимагала спеціальних умов перемішування компонентів і дегазації реакційної системи. Основним недоліком при використанні даної суспензії є нездатність її надавати наноструктуруючу дію на олігомерну сполуку внаслідок відносно великого розміру часток порошку пемзи, що позитивно не впливає на поліпшенні його фізико-механічних характеристик. З іншого боку, незважаючи на те, що автори даного повідомлення не розглядають спеціальних технологічних заходів обробки реакційної системи, застосування нанорозмірного порошку, як правило, вимагає проведення ультразвукової обробки реакційної наносистеми, що неминуче призводить до її надмірного розігріву, і в умовах даного технологічного регламенту може знизити життєздатність епоксидної композиції в процесі приготування. В основу корисної моделі поставлена задача розробки наноструктурованої епоксидної композиції, в якій шляхом підбору компонентів було б забезпечено підвищення структуруючої дії наносуспензії на епоксидну реакційну систему, що дозволяє поліпшити технологічність і отримати на її основі поліепоксиди з підвищеними фізико-механічними властивостями. Поставлена задача вирішується тим, що наноструктурована епоксидна композиція для виготовлення епоксидного полімеру з поліпшеною технологічністю і підвищеними фізикомеханічними властивостями, що містить епоксидіановий олігомер ЕД-20 і попередньо диспергований в олігоефіракрилаті МГФ-9, оброблений кисневим каталізатором отвердіння наноносій з бар'єрним шаром із суміші насичених вуглеводнів, згідно з корисною моделлю, як наноносій містить пірогенний діоксид кремнію Аеросил-380, як кисневий каталізатор отвердіння комплекс трифтористого бору з бензидіном, а як суміш насичених вуглеводнів Церезин-80, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: епоксидіановий олігомер 56,50-57,14 олігоефіракрилат 40,00-39,55 наноносій 0,10-0,13 кисневий каталізатор 1,80-2,50 отвердіння суміш насичених вуглеводнів 0,96-1,32. Відмінною ознакою від прототипу є використання у композиції замість порошку пемзи, пірогенного діоксиду кремнію Аеросил-380, замість кисневого каталізатора отвердіння етилефірату трифтористого бору, комплексу трифтористого бору з бензидіном, а замість суміші насичених вуглеводнів - парафінового воску, Церезин-80, що приводить до поліпшення технологічності приготування композиції і дозволяє отримати на її основі поліепоксиди з підвищеними фізико-механічними властивостями. 1 UA 120272 U 5 10 Методика приготування наносуспензії та епоксидної композиції для отримання наноструктурованих блокових зразків з підвищеним рівнем фізико-механічних властивостей, у порівнянні з прототипом, ілюструється на прикладах 1-5 (таблиця 1). Приклад 1. У скляній ємності змішуємо 10 г олігоефіракрилату МГФ-9, 19 г бензидінового комплексу трифтористого бору, описаного в повідомленні [4], і 1 г Аеросила - 380. Після механічного перемішування протягом декількох хвилин утворюється злегка зволожена маса. Попередньо приготовлений розчин 10 г Церезину-80 у 14 г гексану вливають в отриману масу і ретельно перемішуємо. В'язку суспензію наносимо тонким шаром на предметне скло відомої ваги і залишаємо при кімнатній температурі до повного випаровування гексану. Досягнення постійної ваги відбувається приблизно через 15 хвилин - втрата ваги в 14 г відповідає кількості взятого гексану. Отриманий продукт диспергуємо в залишковій кількості (60 г) олігоефіракрилату і використовуємо у вигляді наносуспензії при розрахунковому співвідношенні з епоксидіановим олігомером ЕД-20 при отриманні наноструктурованого епоксидного полімеру. Таблиця 1 Компоненти Епоксидіановий олігомер ЕД-20 ГОСТ 10587-84 Олігоефіракрилат МГФ-9 ТУ 1130005761643-27-92 Пірогений діоксид кремнію Аеросил-380 ГОСТ 14922-77 Комплекс трифтористого бора з бензидіном (синтезований) Церезин 80 ГОСТ 2488-79 Вміст компонентів у складі запропонованої наноструктурованої композиції, мас. % 1 2 3 Контрольні з використанням запропонованого наноносія, мас. % 4 5 57,14 56,82 56,50 57,47 56,18 40,00 39,77 39,55 40,23 39,32 0,10 0,11 0,13 0,07 0,15 1,80 2,16 2,50 1,47 2,85 0,96 1,14 1.32 0,76 1,50 15 20 25 Відповідно до змісту епоксидної композиції (таблиця 1), 57,14 мас. % епоксидіанового олігомеру ЕД-20 змішують з наносуспензією, яка включає олігоефіракрилат МГФ - 9 40,00 мас. %, Аеросил 0,10 мас. %, Комплекс трифтористого бору з бензидіном 1, 80 мас. % і Церезин 0,96 мас. %, після чого проводять ультразвукову обробку, протягом 0,5 хвилин при частоті 22 кГц. Приготовану і нагріту в результаті ультразвукового впливу до температури не більше 60-65 С реакційну суміш, виливають у форми і отверджують по режиму: 80 °C - 2 години, 120 °C - 5 годин і 160 °C - 5 годин. Приклади 2-5 - здійснюються аналогічно прикладу 1 і відрізняються кількістю компонентів (таблиця 1). Властивості кожної композиції за прикладами 1-5 (таблиця 1) порівняно з відомою наведені в табл. 2. Таблиця 2 Показники для складу композиції Що пропонується Відомої* 1 2 3 4 5 Технологічні властивості епоксидної композиції Життєздатність після введення наносуспензії, не 120 120 120 120 96 48 менше год. Стан композиції, по закінченню 30 хв. після неоднооднорідна однорідна однорідна однорідна однорідна ультразвукової дії рідна (визначають візуально) Час желатинізації при 80 °C, 2 2 2 2 1,5 1 хв. Властивості блокових зразків Руйнуюча напруга, МПа Властивості 2 UA 120272 U Таблиця 2 1 57 115 43 Показники для складу композиції Що пропонується 2 3 4 5 59 54 58 49 122 120 124 112 44 42 37 37 1,6 1,5 1,5 1,3 1,4 1,2 7,8 7,9 7,4 7,0 6,9 5,2 1,22 1,22 1,21 1,18 1,21 1,17 185 0,032 187 0,031 187 0,032 172 0,039 176 0,037 164 0,045 Властивості при вигині при стисненні при розтягуванні Відносне подовження при розриві, не менше % 2 Ударна в'язкість, кДж/м Динамічний модуль зсуву при 20 °C, МПа Температура склування, °C ** Водопоглинання, % *** Відомої* 44 102 32 Примітка *) Середні значення показників відомої композиції; **) по положенню піку tg α на температурній шкалі; ***) через добу після витримки зразка у воді 5 10 15 20 25 30 35 40 Як видно з таблиці 2, пропонована наноструктурована епоксидна композиція виготовлена шляхом попереднього отримання наносуспензії і введення її в реакційну епоксидну систему за прикладами 1-3, при збереженні тривалої життєздатності, володіє значно більш високими експлуатаційними властивостями у порівнянні з відомим, а саме зросли показники: межі міцності при розтягуванні на 24-26 %; межі міцності при стисненні на 11-16 % межі міцності при вигині на 18-25 % модуль пружності при зсуві більш ніж на 3 %; ударна в'язкість руйнування більш, ніж на 30 %; температури склування - на 21-23 °C; життєздатності - в 2,5 разів. водостійкості - водопоглинання знизилось більш, ніж на 30 %. Таким чином, епоксидна композиція, відповідно до корисної моделі, може бути рекомендована як основа пластмас конструкційного призначення, що застосовуються в різних галузях машинобудування, транспорту, будівництва і енергетики. А сукупність досягнутих показників по технологічності і співвідношенню реалізованих показників модуля пружності і відносного подовження при розриві дозволяє використовувати її в умовах ефективних технологічних процесів при виготовленні високоміцних склопластикових виробів, що працюють в широкому діапазоні температур, зокрема несучих елементів об'єктів авіаційної і космічної техніки. Джерела інформації: 1. Smrutisikha Bal et al. Dispersion an reinforcing mechanism of carbon nanotubes inepoxy nanocomposite / Bulletin of Materials Science. Indian Academy of Science. - 2010. - Vol. 33, № 1. - P. 27-31. 2. Хвостов С.А., Рогалев А.В., Ананьева Е.С, Маркин В.Б. Технология получения наноструктуированных композиционных материалов / С.А. Хвостов // Ползуновский Вестник. 2007. - № 3. - С. 162-166. 3. Wagner H.B. Controlled Boron Trifluoride Catalysis of Epoxy Polimerization / H.B. Wagner//Journal of Polymer Science. - 1957. - Vol. 26. - P. 329-332. 4. Билым П.А., Преждо В.В., Сергеев В.А., Неделькин В.И. Аддукты трехфтористого бора с ароматическими диаминами в качестве отвердителей эпоксидных смол / П.А. Билым // Пластические массы. - 1990. - № 10. - С. 82-84. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Наноструктурована епоксидна композиція для виготовлення епоксидного полімеру, з поліпшеною технологічністю і підвищеними фізико-механічними властивостями, що містить епоксидіановий олігомер ЕД-20 і попередньо диспергований в олігоефіракрилаті МГФ-9, оброблений кисневим каталізатором отвердіння наноносій з бар'єрним шаром із суміші 3 UA 120272 U насичених вуглеводнів, яка відрізняється тим, що як наноносій містить пірогенний діоксид кремнію Аеросил-380, як кисневий каталізатор отвердіння містить комплекс трифтористого бору з бензидіном, а як суміш насичених вуглеводнів містить Церезин-80, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: епоксидіановий олігомер 56,50-57,14 олігоефіракрилат 40,00-39,55 наноносій 0,10-0,13 кисневий каталізатор отвердіння 1,80-2,50 суміш насичених вуглеводнів 0,96-1,32. 5 Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4