Композитный материал с высокой температурой разложения

Изобретение относится к области органической химии и высокомолекулярных композитных материалов на основе органических соединений, обладающих высокой температурой разложения, и может быть использовано в качестве покрытий, устойчивых к температурным воздействиям. Композитный материал состоит из нефункционализированного полидиметилсилоксана (3) и наночастиц диоксида кремния (1), модифицированного ковалентно связанным на его поверхности 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[N-(пропилтриалкоксисиланат)-карбамоилметокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]ареном (2). Результатом является снижение стоимости композитного материала, отсутствие токсичности композитного материала, обеспечение высокой температуры разложения композиционного материала. 2 ил.

 

Изобретение относится к области органической химии и высокомолекулярных композитных материалов на основе органических соединений, обладающих высокой температурой разложения, используется преимущественно в качестве различных покрытий, устойчивых к температурным воздействиям. Материал состоит из наночастиц диоксида кремния, SiO2, 0.01-5% от массы композитного материала, с ковалентно закрепленным на поверхности тиакаликсареном, C72H116N4O20S4Si4, 0.001-0.1% от массы композитного материала, и полидиметилсилоксана [Si(СН3)2]n, 94.9-99.98% от массы композитного материала, и обладает высокой температурой разложения (рабочий диапазон 420-500°C), устойчивостью при контакте с водно-спиртовыми средами (водой, метанолом, этанолом, пропанолом) и нетоксичностью при низком содержании наночастиц диоксида кремния, доступностью исходных компонентов, может найти применение в различных областях техники, применение в качестве термостойких антиадгезионных (разделительных) смазок для пресс-форм, конвейерных лент, смазок в системах трения металл-пластик, как основа пеногасителей (обеспенивателей) широкого спектра применения, в машинных маслах для снижения ценообразования без ущерба для смазывающих свойств, в качестве амортизаторных, гидравлических, демпфирующих и охлаждающих жидкостей, в качестве неподвижной фазы в газожидкостной хроматографии с повышенной максимальной рабочей температурой, первапорационных мембранах, сорбентах, а также в качестве основы для изоляционных материалов.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлены композитные материалы с высокой температурой разложения на основе полимеров, поверхностно-активных веществ и слоистых алюмосиликатов [патент WO 2001070492 А1], характеризующиеся температурой разложения до 250°C. Сущность известного технического решения заключается в том, что композитный материал состоит из нейлона, слоистого алюмосиликатного наполнителя (4% от массы композитного материала), хлорида тетрафенилфосфония (поверхностно-активного вещества, обеспечивающего адгезию слоистого алюмосиликатного наполнителя к полимерной матрице, что является условием повышения температуры разложения композитного материала). К недостаткам данных композитных материалов можно отнести использование оказывающего раздражающее действие на кожу, дыхательные пути, глаза и токсичного для водных организмов поверхностно-активного вещества, а именно хлорида тетрафенилфосфония, необходимого для обеспечения адгезии нанонаполнителя к полимерной матрице, а также наличие в составе композита помимо наночастиц и полимера дополнительного компонента, хлорида тетрафенилфосфония, необходимого для повышения адгезии наночастиц к полимеру, не являющегося ковалентно связанным ни с полимером, ни с наночастицами, что приводит к вымыванию данного компонента (хлорида тетрафенилфосфония) из композитного материала при длительном контакте с водно-спиртовыми средами, вследствие чего снижаются потребительские свойства материала.

Известны композитные материалы на основе полидиметилсилоксана и углеродных нанотрубок с температурой разложения до 500°C [см. Norkhairunnisa M. et al. Thermal stability and electrical behavior of polydimethylsiloxane nanocomposites with carbon nanotubes and carbon black fillers // Journal of Composite Materials. - 2011. - C. 6004-6014]. Сущность известного технического решения заключается в том, что композитный материал состоит из полидиметилсилоксана и многослойных углеродных нанотрубок, используемых в качестве наполнителя (0.5-2% от массы композитного материала). Наличие в нанотрубках полостей, обеспечивающих вхождение полимерных цепей внутрь нанотрубки, наряду с химическим сродством их (нанотрубок) к полидиметилсилоксану, позволяет обеспечить адгезию, исключая необходимость использования поверхностно-активных веществ для обеспечения адгезии наполнителя (нанотрубок) к полимеру.

К недостаткам данных композитных материалов следует отнести низкую доступность наполнителя - углеродных нанотрубок, связанную с технологической сложностью получения углеродных нанотрубок, их дороговизной и, как следствие, получаемые материалы в целом характеризуются высокой стоимостью (например, стоимость нанотрубок составляет 5000 евро за 1 кг по расценкам Sigma-Aldrich).

Таким образом, применение углеродных нанотрубок в качестве наполнителя в составе композитного материала, используемого именно в качестве устойчивого при высоких температурах покрытия или материала, является технически неоправданным из-за низкой доступности углеродных нанотрубок по сравнению с нанонаполнителями на основе минеральных оксидов (например оксид кремния, оксид алюминия и т.д.).

Наиболее близким аналогом [см. Yang L. et al. Preparation of PDMS/SiO2 nanocomposites via ultrasonical modification and miniemulsion polymerization // Journal of Polymer Research. - 2013. - T. 20. - №.1. - С. 1-6], выбранным в качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих признаков и достигаемому техническому результату, является композитный материал из смеси гидроксил-замещенного производного полидиметилсилоксана и полидиметилсилоксана на основе октаметилциклотетрасилоксана с наночастицами диоксида кремния с ковалентно связанным полидиметилсилоксаном с гидроксильными группами на концах полимерных цепей на поверхности в матрице полидиметилсилоксана с температурой разложения материала 450°C.

Сущность известного технического решения заключается в том, что композитный материал состоит из

- SiO2, диоксида кремния, 5-25% от массы композитного материала;

- гидроксил-замещеного полидиметилсилоксана, НО[Si(СН3)2]nOH, 5-25% от массы композитного материала, использование которого объясняется необходимостью наличия концевых групп Si-O-H для образования новых связей Si-O-Si между полимерными цепочками и наночастицами диоксида кремния;

- линейного полидиметилсилоксана, являющегося продуктом полимеризации октаметилциклотетрасилоксана, [Si(СН3)2O]4, - [Si(СН3)2]n, 48-85% от массы композитного материала, использование которого объясняется необходимостью формирования полимера в смеси с наночастицами наполнителя. Данный подход позволяет снизить агрегацию наночастиц диоксида кремния и тем самым увеличить площадь контакта между наполнителем и полимером, что является условием повышения температуры разложения материала;

- додецилбензолсульфоната натрия, 2-5% от массы композитного материала, использование которого диктуется необходимостью повышения адгезии наночастиц диоксида кремния - т.е. наполнителя - к полимеру.

К недостаткам известного композитного материала следует отнести:

А - труднодоступность полимерных компонентов,

Б - высокую долю труднодоступных наночастиц диоксида кремния в материале,

В - низкую устойчивость композиции, связанную с вымыванием додецилбензолсульфоновой кислоты при набухании в водно-спиртовых растворах,

Г - токсичность материала для водных организмов, связанную с наличием додецилбензолсульфоновой кислоты

далее недостатки А, Б, В, Г представлены более подробно:

А - наличие в составе композитного материала двух дорогостоящих взаимодополняющих производных полидиметилсилоксана, труднодоступного гидроксил-замещеного полидиметилсилоксана (по сравнению с использованным линейным полидиметилсилоксаном в заявленном техническом решении), дорогостоящего полимерного компонента (гидроксил-замещенного производного полидиметилсилоксана, стоящего 500-600 евро за 1 кг по расценкам от Sigma-Aldrich); а также наличие в составе композитного труднодоступного материала (по сравнению с линейным полидиметилсилоксаном) полидиметилсилоксана, получаемого в присутствии наночастиц диоксида кремния из также труднодоступного и, как следствие, дорогого прекурсора - октаметилциклотетрасилоксана (700-800 евро за 1 кг по расценкам Sigma-Aldrich).

Использование указанного гидроксил-замещенного производного полидиметилсилоксана (у прототипа) обусловлено необходимостью наличия гидроксильных групп в составе полидиметилсилоксана для его ковалентного закрепления на поверхности наночастиц диоксида кремния.

Использование указанного полидиметилсилоксана, получаемого на основе октаметилциклотетрасилоксана, обусловлено необходимостью его формирования в присутствии наночастиц диоксида кремния для снижения их самоагрегации и, как следствие, увеличения площади контакта наночастиц наполнителя с полидиметилсилоксаном для увеличения температуры разложения материала;

Б - высокая доля наночастиц диоксида кремния от массы композитного материала - 5-25% от массы композитного материала, что, учитывая относительную сложность изготовления наночастиц диоксида кремния (1500 евро за 1 килограмм по расценкам Sigma-Aldrich), снижает доступность композитного материала для серийного (массового) производства. Высокая доля наночастиц диоксида кремния от массы композитного материала связана с тем, что увеличение доли наночастиц диоксида кремния от массы композитного материала необходимо для повышения площади контакта между наночастицами диоксида кремния и полимером, что является условием повышения температуры разложения;

В - низкая устойчивость материала при использовании по назначению, из которого при контакте с водно-спиртовыми средами вымывается додецилбензолсульфоновая кислота, удерживаемая слабыми по энергии Ван-дер-Ваальсовыми взаимодействиями (порядка 10-20 кДж на моль), т.е. она (додецилбензолсульфоновая кислота) вымывается из полимера на 50%, что приводит к понижению адгезии наночастиц наполнителя к полимеру, в результате материал теряет термостабильность и, как следствие, материал становится непригодным для применения по назначению;

Г - токсичность вследствие наличия токсичного для кожи и водных организмов поверхностно-активного вещества - додецилбензолсульфоновой кислоты - используемого для обеспечения адгезии частиц диоксида кремния с закрепленным на поверхности полидиметилсилоксаном, содержащим гидроксильные группы, к полидиметилсилоксану.

Сущность заявленного композитного материала с высокой температурой разложения заключается в том, что композитный материал на основе полидиметилсилоксана с наночастицами диоксида кремния характеризуется тем, что композитный материал состоит из линейного нефункционализированного полидиметилсилоксана и наночастиц диоксида кремния, модифицированного ковалентно связанным на его поверхности 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[N-(пропилтриалкоксисиланат)-карбамоилметокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]ареном, при следующем соотношении компонентов:

- полидиметилсилоксан 94.9-99.98% от массы композитного материала

- наночастицы диоксида кремния, 0.01-5% от массы композитного материала

- ковалентно закрепленный на поверхности наночастиц диоксида кремния тиакаликсарен 0.001-0.1% от массы композитного материала.

Заявленные материалы поясняются Фиг. 1 и Фиг. 2.

На Фиг. 1 представлена структура композитного материала, где

1 - наночастицы диоксида кремния

2 - 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[N-(пропилтриалкоксисиланат)-карбамоилметокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен 1 (ТКА)

3 - полидиметилсилоксан.

На Фиг. 2 представлена структурная формула приведенного на Фиг. 1 под номером 2 тиакаликсарена (ТКА) формулы 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[N-(пропилтриалкоксисиланат)-карбамоилметокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]арен 1.

Технической задачей в целом создания заявленного технического решения является создание материала, обладающего единовременно комплексом противоречивых свойств:

- высокой температурой разложения при низкой концентрации диоксида кремния (наполнителя),

- устойчивостью к контакту с водно-спиртовыми средами,

- максимально возможное снижение токсичности,

- низкой себестоимостью и доступностью используемого в качестве полимерного компонента линейного полидиметилсилоксана, не содержащего функциональных групп, что соответствует критериям действующего в РФ ГОСТ Р 54097-2010 (Дата введения 2012-01-01) «наилучшие доступные технологии» (НДТ), далее указанные задачи представлены более детально:

- доступность полимерных компонентов композитного материала обеспечена за счет исключения труднодоступных полимерных компонентов из состава композитного материала (полидиметилсилоксана, содержащего гидроксильные группы, и полидиметилсилоксана, получаемого на стадии образования материала, к примеру, из октаметилтетрасилоксана - в материале, выбранном в качестве прототипа), их замена на линейный, не содержащий функциональных групп полидиметилсилоксан, общей формулой СН3[Si(СН3)2O]nCH3, так как тиакаликс[4]арен, ковалентно закрепленный на поверхности частиц, обеспечивает эффективную адгезию наночастиц диоксида кремния к полидиметилсилоксану без использования труднодоступных производных полидиметилсилоксана, содержащих функциональные группы;

- высокая устойчивость материала при контакте с водно-спиртовьми средами по сравнению с известными материалами, в том числе и прототипом, обеспечена исключением поверхностно-активных веществ из состава композитного материала, так как их роль по обеспечению эффективной адгезии наночастиц диоксида кремния к полимерной матрице выполняет n-трет-бутилтиакаликс[4]арен, ковалентно закрепленный на поверхности частиц (энергия связи выше 200 кДж на моль), что в принципе исключает возможность вымывания компонента, обеспечивающего эффективную адгезию наполнителя к полимеру из композитного материала;

- понижение доли от массы композитного материала труднодоступных наночастиц диоксида кремния, при которой достигается температура разложения материала до 420-500°C в составе композитного материала, благодаря чашеобразной форме n-трет-бутилтиакаликс[4]арена, который обеспечивает более эффективную адгезию наполнителя к полимеру, по сравнению с поверхностно-активными веществами (например, додецилбензолсульфоновая кислота в прототипе);

- максимально возможное снижение токсичности композитного материала обеспечено за счет исключения из состава композитного материала токсичных для водных организмов поверхностно-активных веществ, используемых в прототипе для обеспечения адгезии, роль которых по повышению адгезии наполнителя к полимеру выполняет n-трет-бутилтиакаликс[4]арен.

Сущностью заявленного технического решения является то, что композитный материал на основе полидиметилсилоксана с наночастицами диоксида кремния, отличающийся тем, что композитный материал состоит из линейного нефункционализированного полидиметилсилоксана и наночастиц диоксида кремния, модифицированного ковалентно связанным на его поверхности 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[N-(пропилтриалкоксисиланат)-карбамоилметокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]ареном, при следующем соотношении компонентов:

- полидиметилсилоксан (вязкость 5-10000 сСт), СН3[Si(СН3)2]nCH3, 94.9-99.98% от массы композитного материала

- наночастицы диоксида кремния, SiO2, 0.01-5% от массы композитного материала

- ковалентно закрепленный на поверхности наночастиц диоксида кремния тиакаликсарен, C72H116N4O20S4Si4, 0.001-0.1% от массы композитного материала.

Ковалентное закрепление макроциклического производного на поверхности частиц характеризуется значительно более высоким порядком энергии связи (энергия связи выше 200 кДж на моль), по сравнению с нековалентными взаимодействиями (энергия связи которых находится в диапазоне 10-20 кДж на моль), обеспечиваемыми обычными поверхностно-активными веществами, что способствует проявлению у заявленного композитного материала высокой температуры разложения (до 420-500°C) без использования токсичных поверхностно-активных веществ даже при низкой доле от массы композитного материала (0.01-5%) дорогостоящих наночастиц диоксида кремния и без использования иных дорогостоящих полимерных компонентов.

Заявленное техническое решение устраняет недостатки, присущие наиболее близкому аналогу-прототипу, и обеспечивает реализацию поставленной задачи. Технический результат заключается в синтезе материала, обладающего комплексом потребительских свойств (параметров), предъявляемым к материалам и покрытиям, устойчивым к температурным воздействиям, а именно:

1 - повышение доступности композитного материала за счет исключения труднодоступных полимерных компонентов, содержащих функциональные группы, а также полидиметилсилоксана, получаемого из труднодоступных прекурсоров, например, октаметилциклотетрасилоксана, на стадии формирования композитного материала из состава заявленного технического решения - композитного материала, и использование вместо них более доступного полимерного компонента в составе композитного материала, а именно, линейного полидиметилсилоксана (300 евро за 1 кг по расценкам Sigma-Aldrich, в отличие от менее доступных полимерных компонентов в составе композитов-аналогов стоимостью порядка 600 евро за 1 кг);

2 - высокая устойчивость материала в водно-спиртовых средах за счет исключения не закрепленных ковалентно низкомолекулярных компонентов, обеспечивающих более эффективную адгезию частиц наполнителя к полимеру, так как данную роль выполняет n-трет-бутилтиакаликс[4]арен, ковалентно закрепленный на поверхности частиц, что обеспечивает устойчивость композитного материала к водно-спиртовым средам (вода, метанол, этанол, пропанол), в которых может происходит вымывание низкомолекулярных компонентов из состава полимеров и композитных материалов;

3 - низкая доля труднодоступных наночастиц диоксида кремния, при которой достигается высокая температура разложения, связанная с технологической сложностью процесса получения, что, в частности, выражается в их цене (1500 евро за 1 кг по расценкам Sigma-Aldrich) (0.01-5% массы композитного материала, в отличие от высокой доли наночастиц диоксида кремния (5-25%) в составе композитного материала - прототипа), разрешение технического противоречия достигается за счет использования n-трет-бутилтиакаликсарена 1 в качестве модификатора наночастиц;

4 - нетоксичность композитного материала за счет отсутствия в составе заявленного композита токсичных поверхностно-активных веществ, используемых в составе композитов-аналогов для обеспечения адгезии. Такой результат также обеспечивается использованием n-трет-бутилтиакаликс[4]арена 1 в качестве модификатора наночастиц диоксида кремния, который обеспечивает также и адгезию наночастиц диоксида кремния к полимеру.

Техническая задача решается за счет сочетания в составе композитного материала (фиг. 1) линейного, не содержащего функциональных групп полидиметилсилоксана СН3[Si(СН3)2]nCH3 и наноразмерных частиц диоксида кремния, модифицированных ковалентно связанным тетразамещенным по нижнему ободу n-трет-бутилтиакаликс[4]ареном 1 (фиг. 2), благодаря объемной чашеобразной структуре которого обеспечивается адгезия к нефункционализированному полидиметилсилоксану без использования токсичных поверхностно-активных веществ и без использования труднодоступного функционализированного полидиметилсилоксана, а также труднодоступного полидиметилсилоксана, получаемого из труднодоступных прекурсоров, например, октаметилциклотетрасилоксана на стадии формирования композитного материала.

Данный факт объясняется заявителем тем, что линейные макромолекулы полидиметилсилоксана имеют возможность вхождения в чашеобразную полость n-трет-бутилтиакаликс[4]арена, что гарантирует высокую адгезию наночастиц диоксида кремния к полидиметилсилоксану.

Высокая адгезия, благодаря n-трет-бутилтиакаликсарену 1, также обеспечивает высокую температуру разложения и одновременно низкую токсичность заявленного композитного материала в силу его природных свойств.

Техническое решение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как из исследованного уровня техники не выявлена заявленная совокупность признаков.

Техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, так как заявленный композитный материал характеризуется наличием противоречивых свойств, заключающихся в одновременном неочевидном для специалистов в данной области достижении несовместимых целей: имеет высокую температуру разложения (420-500°C) при низкой удельной массе наночастиц диоксида кремния (0.01-5% от массы композитного материала), доступность компонентов, а также устойчивость при контакте с водно-спиртовыми средами, выражающаяся в отсутствии отрицательного набухания при контакте с водой, метанолом, этанолом, пропанолом в течение 30 суток, и нетоксичность.

Таким образом, заявленная композиция обеспечивает одновременное достижение заявленных технических результатов, с учетом соответствия технического решения критериям действующего в РФ ГОСТ Р 54097-2010 (Дата введения 2012-01-01) «наилучшие доступные технологии» (НДТ) и выражающихся в следующем:

1) Повышена доступность композитного материала благодаря использованию линейного нефункционализированного полидиметилсилоксана вместо труднодоступных и, как следствие, более дорогих функциональных производных полидиметилсилоксана и полидиметилсилоксана, получаемого на стадии формирования композитного материала на основе труднодоступных, дорогостоящих прекурсоров, например, октаметилциклотетрасилоксана;

2) Снижена удельная доля наночастиц диоксида кремния (0.01-5% от массы композитного материала), при которой достигается высокая температура разложения материала до 420-500°C;

3) Повышена устойчивость композитного материала за счет отсутствия низкомолекулярных компонентов, которые не закреплены ковалентно, из-за значительно более высокого порядка энергии ковалентной связи по сравнению с взаимодействиями Ван-дер-Ваальса, например, при работе в пропаноле - в течение суток из композитного материала-прототипа вымывается поверхностно-активное вещество, додецилбензолсульфокислота, - вымывается на 50% (что является характерным для низкомолекулярных компонентов, не закрепленных ковалентно в матрице полимера, см. термин «отрицательное набухание», Интернет источник Зименкова Л.П. Физико-химия полимеров, сайт http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook839/01/part-010.htm), в то время как в представленном техническом решении вымывание компонентов не наблюдается в течение 30 суток.

4) Значительно снижена токсичность композитного материала за счет отсутствия в составе токсичных поверхностно-активных веществ, используемых для повышения адгезии наночастиц диоксида кремния к полидиметилсилоксану.

Другими словами это можно сформулировать так: заявленное техническое решение является неочевидным для специалистов, так как;

- в заявленной композиции используется только два доступных компонента (линейный полидиметилсилоксан и наночастицы диоксида кремния с закрепленным на поверхности тиакаликсареном), (вместо четырех у прототипа) при этом в отличие от известного прототипа достигнуты более высокие контролируемые показатели, а именно;

- повышена стойкость материала в водно-спиртовых средах, которая выражается в отсутствии потери массы (отсутствие вымывания до 30 суток против суток у прототипа),

- достигнута термостабильность материала при высокой температуре - 420-500°C при одновременной, значительно более низкой концентрации наночастиц диоксида кремния (до 10 раз по сравнению с прототипом, а именно у протитипа 5-25%, против 0,01-5% у заявленного материала,

- достигнуто максимально возможное снижение токсичности, связанное с принципиальным отсутствием поверхностно-активных веществ, так как их функцию выполняют производные тиакаликсаренов за счет их чашеобразной формы, см. фиг. 2, не растворимые и не вымываемые при набухании, так как они ковалентно закреплены на поверхности наночастиц диоксида кремния.

- производные тиакаликсарена являются известными веществами, как таковые, в химии, однако не использовались ранее для достижения заявленных целей: а именно, для повышения термостабильности материала, снижения токсичности и повышения устойчивости к водно-спиртовым средам, обеспечение доступности материала для серийного производства при одновременном снижении показателей себестоимости производимой продукции.

Заявленное техническое решение соответствует критерию промышленная применимость, т.к. выполненные исследования на базе лаборатории Химического института им. A.M. Бутлерова Казанского федерального университета показали реальное достижение заявленных технических результатов.

Принципиальным отличием заявленного технического решения от известных технических решений, в том числе, и от прототипа, является также то, что на поверхности наночастиц диоксида кремния находятся не линейные молекулы, а макроциклическое соединение - n-трет-бутилтиакаликс[4]арен 1, благодаря чашеобразной форме которого обеспечивается эффективная адгезия наночастиц диоксида кремния к полидиметилсилоксану, чем обуславливается высокая температура разложения композитного материала.

Таким образом, расширение термического диапазона до 420-500°C, в котором не наблюдается разложение композитного материала, состоящего из полидиметилсилоксана с модифицированными наночастицами диоксида кремния, обеспечивается макроциклическим соединением - n-трет-бутилтиакаликс[4]ареном 1, ковалентно связанным с поверхностью наночастиц диоксида кремния.

Сущность заявленного композитного материала с высокой температурой разложения заключается в том, что композитный материал на основе полидиметилсилоксана с наночастицами диоксида кремния, характеризуется тем, что композитный материал состоит из линейного нефункционализированного полидиметилсилоксана и наночастиц диоксида кремния, модифицированного ковалентно связанным на его поверхности 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[N-(пропилтриалкоксисиланат)-карбамоилметокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]ареном, при следующем соотношении компонентов:

- полидиметилсилоксан (вязкость 5-10000 сСт), [Si(СН3)2]n, 94.9-99.98% от массы композитного материала

- наночастицы диоксида кремния, SiO2, 0.01-5% от массы композитного материала

- ковалентно закрепленный на поверхности наночастиц диоксида кремния тиакаликсареном, C72H116N4O20S4Si4, 0.001-0.1% от массы композитного материала.

Такой состав композитного материала с высокой температурой разложения (420-500°C) обеспечивает технический результат:

- замену труднодоступных производных полидиметилсилоксана, содержащих функциональные группы, и труднодоступных прекурсоров полидиметилсилоксана для получения его на стадии формирования композитного материала - в присутствии наночастиц диоксида кремния для снижения их агрегации в прототипе на более доступный линейный полидиметилсилоксан, не содержащий функциональных групп, общей формулой СН3[Si(СН3)2]nCH3, что обеспечивает доступность композитного материала;

- устойчивость материала при контакте с водными и водно-спиртовыми средами, выражающаяся в отсутствии отрицательного набухания в течение тридцати суток при контакте с водой, метанолом, этанолом, пропанолом, связанная с отсутствием не закрепленных ковалентно низкомолекулярных компонентов в составе композитного материала, так как их роль по обеспечению адгезии частиц наполнителя к полимеру выполняет тиакаликсарен, ковалентно закрепленный на поверхности наночастиц диоксида кремния, что исключает потерю материалом технических характеристик, связанную с вымыванием низкомолекулярных компонентов при набухании;

- низкую долю (0.01-5%) от массы композитного материала труднодоступных наночастиц диоксида кремния, при которой достигается высокая температура разложения материала - 420-500°C - техническое противоречие, заключающееся в том, что высокая температура разложения достигнута при низкой доли наночастиц диоксида кремния, разрешается благодаря использованию n-трет-бутилтиакалик[4]арена, ковалентно закрепленного на их поверхности;

- нетоксичность композитного материала за счет отсутствия в составе поверхностно-активных веществ, токсичных для водных организмов.

Структура композитного материала представлена на фиг. 1. Композитный материал состоит из наночастиц диоксида кремния с ковалентно связанным n-трет-бутилтиакаликс[4]ареном (фиг. 2) на поверхности.

Полимерная композиция образуется путем испарения под действием ультразвука взвеси в ацетоне линейного полидиметилсилоксана и наночастиц диоксида кремния, модифицированных n-трет-бутилтиакаликс[4]ареном.

Данный композитный материал может быть использован как покрытие с высокой температурой разложения. Для этого необходимо нанести на используемую поверхность взвесь полидиметилсилоксана и модифицированных наночастиц диоксида кремния в ацетоне с последующим удалением ацетона под действием ультразвука с формированием композитного материала на используемой поверхности.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый композитный материал с высокой температурой разложения имеет следующие преимущества:

1) более высокая доступность материала за счет отсутствия в составе функциональных производных полидиметилсилоксана, характеризующихся низкой доступностью, связанной со сложностью получения, связанной с контролем наличия функциональных групп, а также отсутствием полидиметилсилоксана, получаемого в присутствии наночастиц наполнителя из труднодоступных прекурсоров - в частности, октаметилциклотетрасилоксана в известном прототипе, вместо которых в предложенном техническом решении используется не содержащий функциональных групп линейный полидиметилсилоксан;

2) устойчивость материала при контакте с водно-спиртовыми растворителями (вода, метанол, этанол, пропанол) в течение 30 суток, связанная с исключением низкомолекулярных компонентов, не закрепленных ковалентно в составе композитного материала, роль которых сводится к повышению адгезии наполнителя к полимеру, использование которых приводит к понижению стабильности композитных материалов при контакте с водно-спиртовыми средами, так как при набухании композитного материала происходит вымывание низкомолекулярных компонентов из состава композитного материала, роль повышения адгезии частиц наполнителя к полимеру выполняет тиакаликсарен, ковалентно закрепленный на поверхности наночастиц диоксида кремния в композитном материале, что исключает его вымывание при набухании композитного материала в воде, метаноле, этаноле, пропаноле;

3) низкая доля от массы композитного материала дорогостоящих наночастиц диоксида кремния (0.01-5%) обеспечивает высокую температуру разложения материала (420-500°C), техническое противоречие, заключающееся в достижении высокой температуры разложения при низкой доле наночастиц диоксида кремния от массы материала, разрешается благодаря высокой адгезии наночастиц диоксида кремния, обусловленной ковалентно связанным на поверхности наночастиц диоксида кремния n-трет-бутилтиакаликс[4]ареном к полимеру;

4) нетоксичность композитного материала за счет отсутствия в его составе токсичных поверхностно-активных веществ, функцию которых по повышению адгезии выполняет ковалентно связанный на поверхности наночастиц диоксида кремния n-трет-бутилтиакаликс[4]арен.

Композитный материал на основе полидиметилсилоксана с наночастицами диоксида кремния, отличающийся тем, что композитный материал состоит из нефункционализированного полидиметилсилоксана и наночастиц диоксида кремния, модифицированного ковалентно связанным на его поверхности 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[N-(пропилтриалкоксисиланат)-карбамоилметокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]ареном.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силикон-акриловым сополимерам и их композициям. Предложен новый силикон-акриловый сополимер, который содержит силиконовый полимер, ковалентно связанный с акриловым полимером через связь -Si-O-Si- при соотношении силиконового и акрилового полимеров от 50:1 до 1:50.

Изобретение относится к способам изготовления офтальмологических линз, способных блокировать УФ-излучение, и соответствующим линзам. Предложен способ изготовления поглощающих УФ-излучение контактных линз, включающий ковалентное связывание поглощающего УФ-излучение соединения, содержащего вторую реакционно-способную функциональную группу, с предварительно сформированной контактной линзой, содержащей внутри и/или на поверхности первую реакционно-способную функциональную группу.

Изобретение относится к химической промышленности, точнее к композициям на основе жидких силоксановых каучуков, предназначенных для получения эластичных огнестойких полимерных покрытий.

Изобретение относится к композиции, обладающей импрегнирующим действием, которую можно использовать как импрегнирующее средство и/или средство для верхних поверхностей различных материалов в различных формах применения.

Изобретение относится к области химии полимеров, а именно к резиновым смесям на основе полиметилфенилвинилсилоксанового каучука, и может быть использовано для изготовления изделий с повышенной морозостойкостью.

Изобретение относится к термопластической эластомерной композиции и формованным продуктам, таким как листовой материал, материал для внутренней отделки автомобиля, слоистым пластикам и приборным панелям, полученных с использованием указанной композиции.

Изобретение относится к полимерным материалам на основе кремнийорганического связующего для тепловой изоляции изделий авиастроения, ракетостроения, машиностроения и другой техники, которые могут эксплуатироваться до температуры 400ºС.

Изобретение относится к области создания огнестойких керамообразующих электроизоляционных силиконовых резин. Керамообразующая огнестойкая силиконовая резина, полученная вулканизацией по перекисному, аддиционному или поликонденсационному механизму, включающая резиновую смесь (на основе силиконового каучука, усиливающего наполнителя, антиструктурирующей добавки), сшивающий реагент, керамообразующий наполнитель и катализатор, который включает 1-10 мас.ч.
Изобретение относится к полимерным композициям, обладающим экранирующими свойствами, предназначенным для улучшения электрогерметичности разъемных фланцевых соединений СВЧ-устройств, особенно для бортовой аппаратуры.
Изобретение относится к резиновым кремнийорганическим смесям повышенной огнестойкости и может применяться для изготовления огнестойких полимерных оболочек высоковольтных электротехнических изделий.

Изобретение относится, главным образом, к составам для покрытия, которые пропускают инфракрасное излучение и демонстрируют стабильность цвета. Изобретение также относится к отвержденным покрытиям, нанесенным на подложку, а также способам, пригодным для использования составов для покрытия.

Изобретение относится к производству пластических масс, а именно к пластифицирующим добавкам к поливинилхлоридным композициям. Пластификатор для ПВХ-композиций, представляющий собой смесь 15-35% диэфиров диоксановых спиртов, 50-55% моноэфиров диоксановых спиртов и остальное до 100% - непрореагировавших исходных реагентов, получают переэтерификацией дибутиладипината диоксановыми спиртами в присутствии катализатора тетрабутоксититана при температуре 170-180°С.

Изобретение относится к способу получения полукристаллического полиолефина с зародышеобразователями кристаллизации посредством координационной полимеризации.

Изобретение относится к способу получения устойчивого к окислению перекрестно сшитого сверхвысокомолекулярного полиэтилена и применение в искусственных частях тела, включая медицинский протез, содержащий или изготовленный из одного или более чем одного такого полимера.

Изобретение относится к применению в битумной композиции производного органического гелеобразующего агента, которое имеет молярную массу не более 2000 г/моль и включает по меньшей мере один донор водородных связей D, по меньшей мере один акцептор водородных связей А и по меньшей мере один компатибилизатор С в битуме.

Изобретение относится к резиновой промышленности и может быть использовано для изготовления формованных резино-технических изделий, работающих в режиме многократных изгибающих нагрузок, например в импеллерах.

Изобретение относится к пластмассе, содержащей композицию Z, содержащую от 80 до 98,9 мас.% компонента А, от 1 до 10 мас.% компонента В, от 0,0001 до 0,8 мас.% компонента С и от 0,01 до 2 мас.% компонента D, где компонент А представляет собой полиэфир, получаемый в результате реакции конденсации двухосновных кислот и гликолей, компонент В представляет собой полиамид, компонент С представляет собой катализатор на основе переходного металла, компонент D представляет собой органическое соединение, которое является жидким при температуре окружающей среды и атмосферном давлении, выбранное из группы, состоящей из парафинов, растительных масел, полиалкиленгликолей, сложных эфиров полиолов, алкоксилатов, где алкоксилаты представляют собой продукты присоединения алкиленоксида к линейным или разветвленным, первичным или вторичным С12-С18 спиртам, к алкилфенолам, к жирным кислотам, к этаноламидам жирных кислот, к жирным аминам, к сложным эфирам жирных кислот и к растительным маслам, и смесей этих веществ.

Настоящее относится к композициям альдегид-функционализированных полимеров, стабилизированных неорганическими солями, органическими добавками или их комбинациями, к способу увеличения срока хранения композиции.

Изобретение относится к резиновой смеси для беговой дорожки протектора и нешипованной шине. Резиновая смесь включает каучук на основе изопрена, диоксид кремния; бис-(4-метилбензотиазолил-2)-дисульфид и ускоритель вулканизации на основе тиурама.

Изобретение относится к аддитивным композициям и к содержащим их термопластичным полимерным композициям. Способ получения термопластичной полимерной композиции включает стадии отдельного предоставления термопластичного полимера и аддитивной композиции, а затем перемешивания термопластичного полимера и аддитивной композиции, при этом аддитивная композиция содержит осветлитель, выбранный из группы, состоящей из трисамидов, алюминий 2,2´-метиленбис-(4,6-ди-трет-бутилфенил) фосфата, литий 2,2´-метиленбис(4,6-ди-трет-бутилфенил) фосфата, соединений монокарбоксилата и соединений ацеталя, и краситель, при этом краситель присутствует в композиции в количестве для получения на выходе композиции, демонстрирующей величины CIE L*, a*, и b*, попадающие в определенное цветовое пространство.
Изобретение относится к резиновой смеси, в частности, для автомобильных шин и различных типов ремней и шлангов. Резиновая смесь состоит из, мас.ч.: от 60 до 85 натурального или синтетического полиизопрена; от 15 до 40 бутадиенового каучука и/или бутадиенстирольного каучука, полимеризованного в растворе, имеющего температуру стеклования меньше или равную -55°С; от 5 до 15 технологического масла; от 15 до 75 кремниевой кислоты; от 2 до 10 фенольной смолы и дополнительных добавок.

Изобретение относится к области органической химии и высокомолекулярных композитных материалов на основе органических соединений, обладающих высокой температурой разложения, и может быть использовано в качестве покрытий, устойчивых к температурным воздействиям. Композитный материал состоит из нефункционализированного полидиметилсилоксана и наночастиц диоксида кремния, модифицированного ковалентно связанным на его поверхности 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,26,27,28-тетракис[N--карбамоилметокси]-2,8,14,20-тетратиакаликс[4]ареном. Результатом является снижение стоимости композитного материала, отсутствие токсичности композитного материала, обеспечение высокой температуры разложения композиционного материала. 2 ил.

Наверх