Способ изготовления композиционных материалов из полидисперсных систем

 

Использование: изготовление композиционных материалов различного назначения, например тепло- и звукоизоляционных. Сущность изобретения: способ изготовления композиционных материалов из полидисперсных систем осуществляют путем приготовления водной суспензии неорганических волокон, минеральных порошкообразных наполнителей и синтетического связующего при отношении их 120:135:17 соответственно с добавкой в нее водорастворимого соединения, обладающего флокулирующим и комплексообразующим действием, последующего формования с принудительным удалением жидкой фазы и тепловой обработки, при этом в качестве добавки, обладающей флокулирующим и комплексообразующим действием, используют водорастворимое высокомолекулярное соединение, выбранное из группы, включающей полиакриламид, полиэтиленоксид, сополимер акриламида и диметиламиноэтилметакрилата гидрохлоридом, полидиметиламиноэтилметакрилат уксусной кислоты, алкилированные полимеры β аминоэфиров метакриловой кислоты, алкилированные сополимеры b аминоалкиловых эфиров метакриловой кислоты с N-винилпирролидоном в виде 0,03-3,0% ного водного раствора, взятого в количестве 0,02-0,4 мас. от суммарной массы всех компонентов в пересчете на сухое вещество. Оптимальный (лучший) технический результат достигают при использовании в качестве водорастворимого высокомолекулярного соединения полиэтиленоксида с мол. м. более 3,0·10⁶ или сополимера акриламида с диметиламиноэтилметакрилата гидрохлоридом с молярной долей акриламина 50-80% 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к процессам изготовления композиционных материалов, например тепло- и звукоизоляционных, из полидисперсных систем, представляющих собой водную суспензию из неорганических волокон, минеральных наполнителей и вододисперсных связующих.

Композиционные материалы, как правило, формируются из дисперсных систем, содержащих частицы исходных компонентов, размеры которых могут отличаться в 10 раз и более. При этом вследствие разности скоростей оседания волокон и частиц наполнителя, разности величины адгезии связующего к волокнам и наполнителю обычно возникают трудности с равномерным распределением всех компонентов в объеме изделия, особенно при использовании низкоконцентрированных дисперсных систем. Этот эффект особенно проявляется при эвакуации избытка водной среды из системы при формовании изделий в направлении силы тяжести. Неравномерное распределение составляющих в объеме изделия приводит к нестабильности показателей качества продукции, что не допустимо по условиям эксплуатации.

Известны следующие приемы устранения этого недостатка, основанные на введении в полидисперсную систему реагентов флокулянтов и коагулянтов.

Известен способ изготовления аналогичного композиционного материала на основе водной суспензии (1-15%-ной), состоящей из 50-95% керамического волокна, 3-20% эластомера (в воде водной дисперсии) и 0-30% неорганического наполнителя вводят до 20% поверхностно-активного вещества (ПАВ) и при интенсивном перемешивании получают пенистую массу. Последнюю формуют и подвергают тепловой обработке. Данный способ является наиболее близким по технической сущности. Роль флокулянта и коагулянта в известном способе выполняет поверхностно-активное вещество. Этот способ позволяет достичь эффекта равномерности только при использовании наполнителя с высокой степенью помола (удельной поверхностью). Однако при применении неорганического наполнителя с размером частиц более 0,3 мм эффект равномерности значительно снижается. Кроме того, этот способ ограничивает применение подпрессовки и приводит к увеличению энергозатрат при сушке изделий.

Технической задачей изобретения является обеспечение равномерности распределения всех компонентов в объеме материала.

Данная задача достигается тем, что в способе изготовления композиционных материалов из полидисперсных систем путем приготовления водной суспензии неорганических волокон, минеральных порошкообразных наполнителей и синтетического связующего при отношении их 120:135:17 соответственно с добавкой в нее водорастворимого соединения, обладающего флокулирующим и комплексообразующим действием, последующего формования с принудительным удалением жидкой фазы и тепловой обработки, в качестве добавки, обладающей флокулирующим и комплексообразующим действием, используют водорастворимое высокомолекулярное соединение, выбранное из группы, включающей полиакриламид, полиэтиленоксид, сополимер акриламида с диметиламиноэтилметакрилата гидрохлоридом, полидиметиламиноэтилметакрилат уксуснокислый, алкилированные полимеры β-аминоэфиров метакриловой кислоты, алкилированные сополимеры β-аминоалкиловых эфиров метакриловой кислоты с N-винилпирролидоном в виде 0,03-3,0 мас. водного раствора, взятого в количестве 0,02-0,4 мас. от суммарной массы всех компонентов в пересчете на сухое вещество.

Наибольший технический результат достигается при использовании в качестве водорастворимого высокомолекулярного соединения полиэтиленоксида с мол.м. более 3,0˙10⁶, а также сополимера акриламида с диметиламиноэтилметакрилата гидрохлоридом с молярной долей акриламида 50-80% В качестве неорганических волокон используют минеральные, стеклянные, базальтовые, алюмосиликатные, кремнеземные и другие волокна диаметром от 0,5 до 15 мкм. Используемые минеральные порошкообразные наполнители, как правило, с размером частиц до 3 мм могут быть как природного, например, вермикулит, слюда, глина, так и искусственного происхождения, например, цемент. В качестве связующего используют, например, водные дисперсии (латексы) синтетических каучуков, например, хлоропреновых, изопреновых, бутадиеннитрильных, а также водные дисперсии поливинилацетата или различных сополимеров винилацетата с этиленом. В качестве водорастворимых соединений, обладающих флокулирующим и комплексообразующим действием, используют полиэтиленоксид, полиакриламид, алкилированные полимеры β-аминоэфиров метакриловой кислоты, алкилированные сополимеры β-аминоалкиловых эфиров метакриловой кислоты с N-винилпирролидоном, сополимер акриламида с диметиламиноэтилметакрилата гидрохлоридом и др.

Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом. Готовят водную суспензию неорганических волокон, в которую вводят водную дисперсию связующего. Затем при непрерывном перемешивании вводят наполнитель и водный раствор одного из упомянутых высокомолекулярных соединений, например полиэтиленоксида.

Дальнейшее перемешивание в течение 30-180 с приводит к образованию хлопьевидной взвеси с одновременным осветлением жидкой фазы, после чего производится формование заготовок материала с удалением жидкой фазы. Затем заготовки подвергают калибровке по толщине при необходимости и тепловой обработке.

Механизм достижения равномерности распределения всех компонентов в материале заключается в следующем.

При введении в низкоконцентрированную дисперсную систему указанных высокомолекулярных соединений, обладающих флокулирующими и комплексообразующими свойствами и повышенной адгезией к взвешенным веществам, образуется пространственная сетка ассоциированных молекул полимера. Под воздействием электростатических сил в воде происходит сближение отрицательно заряженных взвешенных частиц с макромолекулами, каждая из которых вступает в контакт с несколькими частицами и надежно их удерживает во взвешенном состоянии и после прекращения перемешивания. Одновременно происходит коагуляция связующего, образовавшиеся глобулы соединяются с частицами других компонентов и вместе с ними остаются во взвешенном состоянии. После удаления жидкой фазы отформованные заготовки материала имеют равномерную структуру, так как все составляющие компоненты равномерно распределены по его объему. Способ может быть также применен и для формования изделий любой конфигурации из полидисперсных систем, содержащих связующие, не способные фиксироваться на волокнах за счет коагуляции под действием электролитов, например гидрозоли оксида алюминия или диоксида кремния.

Примеры и свойства предлагаемых материалов приведены в таблице.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ путем приготовления водной суспензии неорганических волокон, минеральных порошкообразных наполнителей и синтетического связующего при их соотношении 120:15:17 соответственно с добавкой в нее водорастворимого соединения, обладающего флокулирующим и комплексообразующим действием, последующего формования с принудительным удалением жидкой фазы и тепловой обработки, отличающийся тем, что в качестве добавки, обладающей флокулирующим и комплексообразующим действием, используют водорастворимое высокомолекулярное соединение, выбранное из группы, включающей полиакриламид, полиэтиленоксид, сополимер акриламида с диметиламиноэтилметакрилата гидрохлоридом, уксуснокислый полидиметиламиноэтилметакрилат, алкилированные полимеры β аминоэфиров метакриловой кислоты, алкилированные сополимеры b - аминоалкиловых эфиров метакриловой кислоты с N-винилтерролидоном в виде 0,03-3,0%-ного водного раствора, взятого в количестве 0,02-0,4% от суммарной массы всех компонентов в пересчете на сухое вещество.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого высокомолекулярного соединения используют полиэтиленоксид с мол. м. более 3,0·10⁶.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого высокомолекулярного соединения используют сополимер акриламида с диметиламиноэтилметакрилата гидрохлоридом с молярной долей акриламида 50-80%

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3