СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОГО ПРЕСС-МАТЕРИАЛА
METHOD OF PRODUCING POLYMER MOULDING MATERIAL

Изобретение относится к способам получения- композиционных материалов на основе химических волокон и ионообменных смол и может быть использовано для получения полимерных композиционных материалов с ионообменными свойствами.
Известен способ получения полимерных композиционных материалов, заключающийся в нанесение катионообменной смолы (пропиточный состав состоящий из смеси мономеров: парафенолсульфокислоты и формалина) на волокнистый наполнитель и прессование при повышенной температуре [Патент - 2128195 РФ, МПК 6 C08J 5/04.]
Основным недостатком является то, что полученные материалы имеют высокое электрическое сопротивление и обладают невысокой обменной емкостью.
Наиболее близким к изобретению является способ получения композиционных материалов на основе химических волокон и ионообменных смол. Полиакрилонитрильное волокно пропитывают смесью, содержащей мономеры парафенолосульфокислоты с формалином и дисперсный графит. Затем синтезируют смолу на поверхности и в структуре полиакрилонитрильного волокна в течение 30 мин и прессуют при давлении 0,1 МПа. Соотношение компонентов, масс.ч: Полиакрилонитрильное волокно:смесь мономеров:дисперсный графит 1:15:0,5÷1,5. Изобретение позволяет получить полимерный пресс-материал с ионообменными свойствами и пониженным электрическим сопротивлением. [Патент - 2463314 РФ, МПК6 C08G 8/18.]
Основным недостатком является то, что в полученных материалах отсутствуют отдельные каналы пор, материалы имеют плотную пространственно-сшитую трехмерную структуру, в результате чего становиться невозможно их применение при высоких скоростях потока очищаемой жидкости.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является формирование многоуровневой системы пор в разрабатываемых материалах, что позволит применять их при высоких скоростях потока очищаемой жидкости, без потерь показателей обменного обмена с пониженным электрическим сопротивлением.
2
Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения полимерного композиционного материала, включающем пропитку смесью мономеров - парафенолосульфокислота с формалином - полиакрилонитрильного (ПАН) волокна, синтез смолы на поверхности и в структуре ПАН волокна в течение 30 мин и прессование при давлении 0,1 МПа, дополнительно вводят в смесь мономеров модифицирующую добавку - ультрадисперсный кремний с удельной площадью поверхности 67 м/г, сферической формы с внутренней структурой ядро-оболочка, при соотношении толщины оболочки к внешнему диаметру 1:4 и соотношении компонентов 1:15:0,1÷0,3 (ПАН волокно:смесь мономеров:ультрадисперсный кремний).
Пример 1:
а) Приготовление смеси мономеров проводят смешением парафенолосульфокислоты с формалином при непрерывном перемешивании и охлаждении.
б) Введение в смесь мономеров 0,1 частей ультрадисперсного кремния;
в) Пропитку 1-ой части ПАН волокна 15 частями смеси мономеров с введенным 0,1 частей ультрадисперсного кремния;
г) Синтез полученной смеси на поверхности и в структуре ПАН волокна проводят в термокамере при 45° в течение 30 мин;
д) Термостатирование проводят при 60° в течение 30 мин;
е) Отверждение проводят при 100° и давлении 0,1 МПа в течение 24 ч
Пример 2:
Процесс проводится в условиях примера 1. Соотношение компонентов ПАН волокно:смесь мономеров:ультрадисперсный кремний 1:15:0,2.
Пример 3:
Процесс проводится в условиях примера 1. Соотношение компонентов ПАН волокно:смесь мономеров:ультрадисперсный кремний 1:15:0,3.
Введение менее 0,1 частей ультрадисперсного кремния не оказывает значительного влияния на свойства материала, а введение более 0,3 частей ухудшает обменную емкость и экономически не целесообразно.
В табл.1 - представлены результаты термодинамического исследования, проведенные методом дифференциально-сканирующей калориметрии
На фиг.1 - представлены интегральные кривые распределения воды по эффективным радиусам пор в полимерном композиционном материале
(а - прототип; б - пример 1; в - пример 2; г - пример 3)
В табл.2 - представлены свойства, полученных материалов
Основные преимущества предлагаемого способа.
1. Отмечено увеличение теплового эффекта реакции синтеза и отверждения, что говорит о достижении химического взаимодействия полимерной матрицы с модифицирующей добавкой - ультрадисперсным кремнием (табл.1.), вследствие чего формируется полимерная структура с многоуровневой системой пор (фиг.1).
2. Полученный полимерный композиционный материал, характеризуется высокими ионообменными свойствами, низким электрическим сопротивлением (табл.2.). Введении ультрадисперсных добавок влияет на структурирование полимерной матрицы, таким образом варьируя количество добавок, можно уплотнять или разрыхлять структуру полимерного материала
3. Полученный полимерный композиционный материал, позволит увеличить скорость потока в электродиализных установках.
4. Достигается необходимый уровень электрохимических показателей полимерных ионообменных мембран, применяемых в электродиализаторах.
Таблица 1
Эксплуатационные характеристики
Прототип
Примеры
1
2
3
Обменная емкость, мг·экв/г
2,8
3,8
3,5
3,4
Удельное поверхностное сопротивление, Ом
5·10<sup>5</sup>
6,0·10<sup>4</sup>
4,0·10<sup>4</sup>
1,2·10<sup>4</sup>
Удельное объемное сопротивление, Ом·м
8,1·10<sup>5</sup>
8,5·10<sup>4</sup>
6,5·10<sup>4</sup>
1,6·10<sup>4</sup>
Производительность (из расчета одного модуля в электродиализной установке), м<sup>3</sup>/ч
4,0
5,0
5,8
5,2
Таблица 2
Материал
Тепловой эффект
Синтез
Отверждение
∑ΔH Дж/г
ΔH, Дж/г
ΔH, Дж/г
Прототип
1490
590
2080
Пример 1
1810
1150
2960
Пример 2
5810
1790
7600
Пример 3
7810
2390
10200