Модификатор для повышения эластичности и прочности эпоксидных композиций ангидридного отверждения


 


Владельцы патента RU 2404214:

Учреждение Российской академии наук Институт технической химии Уральского отделения РАН (ИТХ УрО РАН) (RU)

Изобретение относится к полимерным композициям на основе эпоксидных связующих ангидридного отверждения, которые могут быть использованы в качестве клеев, покрытий, пропиточных составов, связующих для композиционных материалов, изготавливаемых преимущественно методом мокрой намотки. Для повышения эластичности и прочности композиций используют модификатор, выбранный из ряда олигооксипропилендиолов с молекулярной массой от 400 до 5003, олигооксиэтилендиолов с молекулярной массой от 400 до 5003, их смеси с молекулярной массой от 400 до 5003. Модификатор добавляется в количестве 10-15 мас.%. Эпоксидные композиции имеют относительное удлинение от 12,5 до 20% с сохранением или увеличением прочностных характеристик. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к полимерным композициям на основе эпоксидных связующих ангидридного отверждения, которые могут быть использованы в качестве клеев, покрытий, пропиточных составов, связующих для композиционных материалов, изготавливаемых преимущественно методом мокрой намотки.

Известно эпоксидное связующее для стеклопластиков, включающее эпоксидиановую смолу, отвердитель - изометилтетрагидрофталевый ангидрид, катализатор отверждения - 2,4,6-трис(диметиламино-метил)фенол и модификатор - пластификатор ЭДОС [Патент RU №21456177, C08L 63/02. Эпоксидное связующее для стеклопластиков. Опубл. 20.02.2000]. Недостатками этого связующего являются низкое относительное удлинение при растяжении, высокая хрупкость в отвержденном состоянии, наличие в модификаторе токсичных летучих веществ.

Наиболее близким по технической сущности является эпоксидное связующее для композиционных материалов (взятое за прототип), включающее эпоксидиановую смолу (40-53%), отвердитель - изометилтетрагидрофталевый ангидрид (32-42%), катализатор отверждения - 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол (0,7-1,5%) и пластификатор полиуретановый марки "Пластур РКОФ-0203" (5-18%) [Патент RU №21607527, C08L 63/02. Эпоксидное связующее для композиционных материалов. Опубл. 20.12.2000].

Недостатками эпоксидного связующего такого состава являются низкое относительное удлинение при растяжении (до 6%) и, как следствие, невысокая эластичность отвержденного материала, необходимость растворять твердый резиноподобный термопластичный полиуретан «Пластур» в диоктилфталате, что усложняет процесс изготовления композиции.

Технической задачей изобретения является создание эпоксидной композиции, обеспечивающей значительное повышение относительного удлинения при сохранении прочностных свойств отвержденных материалов при растяжении, что позволит исключить их склонность к трещино-образованию и обеспечит монолитность.

Для решения поставленной задачи предлагается модификатор для повышения эластичности и прочности эпоксидных композиций ангидридного отверждения, который выбирают из ряда, состоящего из олигооксипропилендиола с молекулярной массой (ММ) от 400 до 5003 и олигооксиэтилендиола с молекулярной массой от 400 до 5003, их смеси с молекулярной массой от 400 до 5003.

Модификатор добавляется в эпоксидные композиции ангидридного отверждения в количестве 10-15 мас.%.

Нижний предел молекулярной массы олигооксипропилендиола, олигооксиэтилендиола или их смеси выбран потому, что это минимальная ММ промышленно выпускаемых в России на настоящий момент готовых продуктов (лапролов) и соединения с более низкой ММ не рассматривались в этом решении как малодоступные в промышленном объеме. С увеличением ММ модификатора повышается вязкость композиции и затрудняется ее переработка. В связи с этим применение в качестве модификатора лапрола с ММ более 5003 нецелесообразно.

Оптимальное количественное содержание модификатора в эпоксидной композиции определялось экспериментальным путем (см. табл.).

Улучшение деформационных свойств полимерной композиции, включающей указанный модификатор, связано с тем, что при отверждении композиции олигомерное звено модификатора встраивается в цепь полимерного материала и за счет структурной пластификации повышается эластичность материала.

Лапролы широко известны и используются в производстве различного вида полиуретанов. Известно также использование лапролов в качестве компонента тормозной жидкости. Однако не выявлены источники информации об их использовании в качестве модификатора в эпоксидных композициях ангидридного отверждения. Таким образом, предлагаемое решение соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».

Заявляемый модификатор обладает пониженной вязкостью и хорошим совмещением с другими компонентами эпоксидной композиции, за счет чего является временным пластификатором при низких температурах. Это позволяет снизить вязкость и увеличить жизнеспособность связующего на стадии переработки.

Методика изготовления эпоксидных композиций с предлагаемым модификатором

В составах эпоксидных композиций с применением заявляемого модификатора кроме широко распространенной эпоксидиановой смолы ЭД-20 могут использоваться другие эпоксидиановые смолы (например, ЭД-16 или ЭД-22), галогенсодержащие эпоксидиановые смолы (например, УП-631), а также эпоксидные смолы другой химической природы, в том числе имеющие более двух эпоксидных групп в одной молекуле (например, продукт конденсации эпихлоргидрина с п-минофенолом - смола УП-610 или эпоксиноволачная смола УП-643) и другие, а также их смеси.

В качестве отвердителя наряду с наиболее часто употребляемым изометилтетрагидрофталевым ангидридом могут быть использованы и другие ангидриды и полиангидриды.

В качестве катализаторов отверждения кроме 2,4,6-трис(диметил-аминометил)фенола могут быть выбраны имидазол и его производные - винилимидазол, 1-метилимидазол, 2-фенилимидазол, 2-этил-4-метил-имидазол, а также их аддукты с эпоксидными смолами.

В реактор, снабженный мешалкой и подключенный к вакуум-насосу, поочередно загружают эпоксидную смолу, ангидридный отвердитель, катализатор отверждения и модификатор. Смесь перемешивают в течение 10 минут с одновременным вакуумированием при температуре 20-25°С и при остаточном давлении 10-15 кПа, после чего заливают в металлические формы и отверждают при температуре 120-150°С в течение 2-3 часов.

Физико-механические характеристики отвержденных образцов - прочность на разрыв σр МПа и относительное удлинение образца при растяжении ε % - определяют по ГОСТ 270-75.

Для исследования свойств композиций с предлагаемым модификатором и определения оптимального количества его в композиции были проведены эксперименты с добавлением модификатора с различной ММ и с различным весовым соотношением компонентов состава. Прочность на разрыв и относительное удлинение отвержденных образцов при растяжении определяли на разрывной машине Р-50 при скорости испытаний 100 мм/мин.

Пример 1. Композиция изготавливалась по приведенной методике при следующем соотношении компонентов, мас.%:

эпоксидная смола ЭД-20 - 48

изометилтетрагидрофталевый ангидрид (ИМТГФА) - 39

2,4,6-трис(диметиламинометил)фенола (УП-606/2) - 0,5

модификатор с ММ 400 - 12,5

Примеры 2-5. Композиции изготавливались аналогично примеру 1 с модификатором с различной ММ, соответственно 502, 1052, 2002, 5003 при прочих равных условиях.

Примеры 6, 7. Композиции изготавливались с модификатором с ММ 1052, добавленным в количествах соответственно 8 и 20 мас.% (за пределами заявляемых интервалов).

Примеры 8, 9. Композиции изготавливались с модификатором с ММ 1052, добавленным в количествах соответственно 10 и 15 мас.% (на границах заявляемых интервалов).

Примеры 10-12. Композиции с изготавливались аналогично примерам 1-5 с модификатором с ММ 1052, но с применением других смол (ЭХД, УП-643) или 2-этил-4-метилимидазол в качестве катализатора при прочих равных условиях.

Пример 13. Композиция по прототипу (по средним данным, указанным в описании к патенту №2160752).

Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как видно из таблицы, эпоксидные композиции с предлагаемым модификатором в заявленных пределах соотношения компонентов имеют относительное удлинение от 12,5 до 20% с сохранением или некоторым увеличением прочностных характеристик.

Эпоксидные композиции с предлагаемым модификатором были испытаны в качестве связующего при изготовлении стеклопластиковых труб диаметром 500, длиной 3000, толщиной 5 мм. После изготовления стеклопластиковые трубы подвергались гидроиспытаниям под давлением до 100 атм. В процессе испытаний трубы сохраняли герметичность во всем интервале давлений при отсутствии течи и трещин. Запас прочности для достигнутого давления составил 4,5.

Эпоксидные композиции с предлагаемым модификатором были испытаны в составе органопластика на основе волокон Армос и Русар. Органопластик после отверждения связующего имел разрывную нагрузку 1500-1770 МПа.

Таблица
Составы предлагаемой композиции по примерам и свойства отвержденных стеклопластиков
№ примера Наименование ингредиентов Содержание компонентов, мас.% Предел прочности при растяжении, МПа Относительное удлинение при растяжении, %
1 ЭД-20 48 60 20
ИМТГФА 39
УП-606/2 0,5
Модификатор ММ 400 12,5
2 ЭД-20 48 56 17
ИМТГФА 39
УП-606/2 0,5
Модификатор ММ 502 12,5
3 ЭД-20 48 60 20
ИМТГФА 39
УП-606/2 0,5
Модификатор ММ 1052 12,5
4 ЭД-20 48 57,5 13
ИМТГФА 39
УП-606/2 0,5
Модификатор ММ 2002 12,5
5 ЭД-20 48 55 14
ИМТГФА 39
УП-606/2 0,5
Модификатор ММ 5003 12,5
6 ЭД-20 50,5 49 8
ИМТГФА 41
УП-606/2 0,5
Модификатор ММ 1052 8
7 ЭД-20 44 45 15
ИМТГФА 35,5
УП-606/2 0,5
Модификатор ММ 1052 20
8 ЭД-20 50 52 15
ИМТГФА 39,5
УП-606/2 0,5
Модификатор ММ 1052 10
9 ЭД-20 47 53 17
ИМТГФА 37,5
УП-606/2 0,5
Модификатор MM 1052 15
10 ЭХД 48 58 14
ИМТГФА 39
УП-606/2 0,5
Модификатор MM 1052 12,5
11 Смола УП-643 48 59 13
ИМТГФА 39
УП-606/2 0,5
Модификатор ММ 1052 12,5
12 ЭД-20 48 56 13
ИМТГФА 39
2-этил-4-метилимидазол 0,5
12,5
Модификатор ММ 1052
13 (прототип) ЭД-20 52 54 5,6
ИМТГФА 30
УП-606/2 1,0
Модификатор «Пластур РКОФ-0203» 17

1. Модификатор для повышения эластичности и прочности эпоксидных композиций ангидридного отверждения, который выбирают из ряда, состоящего из олигооксипропилендиола с молекулярной массой от 400 до 5003, олигооксиэтилендиола с молекулярной массой от 400 до 5003, их смеси с молекулярной массой от 400 до 5003.

2. Модификатор по п.1 добавляется в эпоксидные композиции ангидридного отверждения в количестве 10-15 мас.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологии получения быстроотверждающихся эпоксидных композиций горячего формования, используемых в качестве связующего в производстве армированных пластиков.
Изобретение относится к композиции для пенокомпаунда, используемого для заливки изделий радио- и электротехнического назначения, включающей в мас.ч.: 75-85 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, триглицидиловые эфиры полиоксипропилентриола 43,5-49,3 Лапроксида-703 и 10,5-11,9 Лапроксида-301, 30-34 этилендиаминометилфенола АФ-2, 30-34 низкомолекулярной полиамидной смолы ПО-300, 15-17 полигидросилоксановой жидкости 136-41, 1,5-1,7 пенорегулятора Пента-483, 1,5-1,7 катализатора К-1 марки А, 3,7-4,3 этилсиликата-40 и 0,02-0,03 ацетона.
Изобретение относится к отверждаемой композиции лака эпоксидной смолы для ламинирования. .

Изобретение относится к композиционным материалам, которые могут использоваться в конструкции летательных аппаратов. .
Изобретение относится к наполненным полимерным композициям, используемым для изготовления электроизолированных подшипников скольжения. .

Изобретение относится к получению наполненных полимерных антифрикционных композиций, используемых для изготовления подшипников скольжения лопастей рабочих колес поворотно-лопастных гидротурбин.

Изобретение относится к способу получения фрикционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок железнодорожных вагонов и локомотивов, для автотранспорта, подъемных кранов, конструкционных изделий в машиностроении и других изделий.

Изобретение относится к композиции термореактивной смолы для защитного покрытия полупроводниковых устройств от воздействия окружающей среды. .

Изобретение относится к твердой смоляной композиции для применения в порошковых композициях для покрытия и для получения термореактивной смолы для ударопрочного порошкового покрытия.

Изобретение относится к способу получения композиционных наноматериалов антифрикционного назначения. .

Изобретение относится к области получения фрикционных материалов и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок, дисков сцепления, электротехнических изделий и других целей.

Изобретение относится к резиновой промышленности и касается резиновой смеси для шин, функционирующих в спущенном состоянии. .

Изобретение относится к резиновой промышленности, а именно к смеси для формования обжимной части борта шины колес транспортных средств. .

Изобретение относится к концентратам для переработки полиолефинов. .
Изобретение относится к резиновой промышленности, а именно к маслостойкой резиновой композиции с высокими эксплуатационными характеристиками. .

Изобретение относится к технологии получения каучуков, в частности к гидрированному или негидрированному нитрильному каучуку, к способу его получения, к полимерному композиционному материалу, к способу его получения и к способу производства формованных деталей.
Изобретение относится к получению вулканизуемой резиновой смеси, вулканизаты на основе которой обладают повышенной стойкостью к термоокислительному и озонному старению.
Изобретение относится к древесно-полимерным композиционным материалам на основе термореактивных смол, работающих в условиях агрессивных сред, динамических нагрузок и переменных температур, обладающим улучшенными эксплуатационными свойствами - повышенной прочностью и морозостойкостью
Наверх