НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИТ
NANOMODIFIED POLYMER COMPOSITE

Изобретение относится к композиционным строительным материалам, изготовленным на основе эпоксидной смолы, и может быть использовано для изготовления элементов ограждающих конструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия атмосферной влаги, солнечной радиации и циклических изменений температуры.
Известен полимерраствор (RU 2119899) включающий эпоксидную смолу ЭД-20, полиэтиленполиамин, лак КО-922, минеральный наполнитель и легирующую добавку, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Эпоксидная смола ЭД-20
- 3,94-4,20
Полиэтиленполиамин
- 0,79-0,84
Лак КО-922
- 0,20-0,21
Минеральный наполнитель
- 86,4-92,4
Легирующая добавка
- 2,31-8,64
Недостатком этого полимерраствора является малая объемная доля эпоксидного вяжущего, вследствие которой матричный материал переходит в островковое состояние, что приводит к сравнительно низким значениям показателей эксплуатационных свойств: малым пределам прочности, высокой пористости.
Близкой по техническому результату является водостойкая эпоксидная композиция (RU 2285709), содержащая, мас.ч.: 100 низкомолекулярного эпоксидианового олигомера с молекулярной массой 400…700 и эпоксидным числом 11…21, 5…10 фторсодержащего эпоксидного олигомера на основе диэпоксипропилового эфира 2,2-бис-(п-оксифенил)-гексафторпропана с молекулярной массой 650 и эпоксидным числом 15, 13,6 триэтилентетрамина в качестве отвердителя. Олигомер используют в виде 50 мас.% раствора в смеси этилцеллозольва с ксилолом, взятых в соотношении 1:7. Фторсодержащий эпоксидный олигомер используют в виде 50 мас.% раствора в смеси этилцеллозольва с ксилолом, взятых в соотношении 1:7. Для приготовления композиции получают фторсодержащий эпоксидный олигомер. Для этого 0,148 мол динатриевой соли 2,2-ди-(п-оксифенил)-пропана (Бисфенол AF ТУ 6-02-18-128-87) и 0,92 мол эпихлоргидрина в спиртовом растворе нагревают на кипящей водной бане 2 часа до исчезновения щелочной реакции. Осадок хлористого натрия отфильтровывают. Из фильтрата отгоняют растворитель. Остаток отмывают водой и упаривают (или перегоняют в вакууме). Затем готовят 50%-ные растворы смолы ЭД-20 и полученного фторсодержащего эпоксидного олигомера в смеси этилцеллозольва с ксилолом в соотношении 1:7. Раствор фторсодержащего олигомера добавляют к раствору смолы ЭД-20 в количестве 5 мас.ч ФТО по отношению к нефторсодержащему эпоксидному олигомеру. Композицию разбавляют 646-м растворителем и наносят на обезжиренные пластинки из стали 08 КП. Отверждают при комнатной температуре в течение 7 суток или при 120°C в течение двух часов. Полученные изделия имеют влагостойкость до 0,96.
Недостатком этой композиции является сложная технология получения исходных компонент и сложность приготовления композиции.
2
Наиболее близким по технической сущности является мелкозернистый полимербетон (RU 2194678) содержащий вяжущее, полиэтиленполиамин, лак КО-922 и минеральный наполнитель, и отличающийся тем, что в качестве вяжущего он содержит эпоксидную смолу ЭД-16, в качестве минерального наполнителя содержит высокоплотный отход промышленности с удельной поверхностью 200 м/кг, и дополнительно в качестве заполнителя содержит тот же отход с размером частиц 0,315-0,63 мм, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Эпоксидная смола ЭД-16
- 8,51
Полиэтиленполиамин
- 1,32
Лак КО-922
- 0,0515
Минеральный наполнитель
- 43,9
Заполнитель
- 46,2
Недостатком этого полимербетона является использование высоковязкой эпоксидной смолы ЭД-16, что затрудняет переработку композиции, и, в конечном итоге, приводит к возрастанию общей пористости, что сопровождается снижением барьерных показателей, водостойкости, стойкости к воздействию климатических факторов, морозостойкости. Другим недостатком является использование в качестве дисперсных фаз полиминерального отхода, не являющегося широкодоступным.
Целью изобретения является увеличение показателей физико-механических и барьерных свойств полимерного композита при использовании широкодоступных исходных компонент.
2
2
Поставленная цель достигается тем, что наномодифицированный полимерный композит, содержащий эпоксидный олигомер, полиэтиленполиамин по ТУ 6-02-594-85, лак КО-922 по ГОСТ 16508-70, наполнитель и заполнитель, в качестве эпоксидного олигомера содержит эпоксидную смолу ЭД-20 по ГОСТ 10587-84, в качестве наполнителя содержит диоксид титана с удельной поверхностью 6000 м/кг и молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 200 м/кг, в качестве заполнителя содержит кварцевый песок фракции 0,63…1,25 мм, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Эпоксидный олигомер
- 16,92
Полиэтиленполиамин
- 2,62
Лак КО-922
- 0,10
Диоксид титана
- 6,85
Молотый кварцевый песок
- 33,89
Кварцевый песок
- 39,62
Отличительными признаками предлагаемого технического решения являются: использование в качестве связующего эпоксидной смолы ЭД-20; использование кремнийорганического лака КО-922 совместно с бинарным наполнителем, включающим диоксиды титана и кремния.
Использование эпоксидной смолы ЭД-20 упрощает технологию совмещения компонентов и позволяет проводить совмещение при температурах до 35…40°c с сохранением достаточной жизнеспособности. Это дает возможность при заданных условиях уплотнения композиции получить материал с пониженной пористостью и повышенными показателями барьерных свойств.
2
2
Использование кремнийорганического лака КО-922 совместно с бинарным наполнителем, включающим диоксид титана с удельной поверхностью 6000 м/кг и молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 200 м/кг, позволяет дополнительно повысить показатели эксплуатационных свойств за счет формирования на частицах диоксида кремния слоя новообразований нано-метрического масштаба, выступающих в качестве промоторов адгезии и увеличивающих гидролитическую устойчивость адгезионной связи на межфазной границе матрицы и кварцсодержащего тонкодисперсного наполнителя.
Приготовление полимерной композиции для наномодифицированного полимерного композита осуществляют следующим образом.
Пример 1. Предварительно готовят раствор дозированного количества лака КО-922 в толуоле. Концентрация раствора выбирается в пределах от 0,5 до 1 мас.%. Приготовленным раствором обрабатывают молотый кварцевый песок, после чего молотый кварцевый песок выдерживают на открытом воздухе до полного удаления растворителя. В подогретую до температуры 35…40°c эпоксидную смолу вводят дозированное количество полиэтиленполиамина и перемешивают в течение 5 мин. Затем вводят обработанный молотый кварцевый песок, дозированный диоксид титана и производят перемешивание компонентов в течение 5…7 мин. После этого вводят дозированный кварцевый песок фракции 0,63…1,25 мм и перемешивают композицию в течение 7…10 мин. Общее время приготовления композиции не должно превышать 30 мин.
Пример 2. Готовят раствор и обрабатывают и выдерживают молотый кварцевый песок, совмещают олигомер и полиэтиленполиамин, производят перемешивание по примеру 1. Затем вводят обработанный молотый кварцевый песок, дозированный диоксид титана и дозированный кварцевый песок фракции 0,63…1,25 мм и перемешивают в течение 10…12 мин. Общее время приготовления композиции не должно превышать 25 мин.
Отверждение приготовленной композиции для наномодифицированного полимерного композита проводят в течение 24 ч. при комнатной температуре, затем в течение 4 ч. при температуре 80°c.
Свойства предлагаемых наномодифицированных композитов представлены в табл.1.
Таблица 1.
Показатель
Предлагаемый композит
Прототип
Средняя плотность, кг/м<sup>3</sup>
1917
3897
Предел прочности при сжатии, МПа
158
132
Стойкость к воздействию климатических факторов после экспозиции в течение 356 дней на атмосферной крышной станции
0,96
-
Водостойкость после 3 мес. экспозиции, не менее
0,95
-
Как следует из табл.1, предлагаемый наномодифицированный композит имеет пониженную среднюю плотность, повышенное значение предела прочности при сжатии и характеризуется высокими значениями показателей барьерных свойств - водостойкости и стойкости к воздействию климатических факторов.
Литература
1. ИП RU 2119899, МПК C04B 26/14 «Особотяжелый полимерраствор».
2. ИП RU 2285709, МПК C09D 163/02, C08L 63/02, C08K 5/17 «Водостойкая эпоксидная композиция».
3. ИП RU 2194678, МПК C04B 26/14, C04B 18:00, C04B 24:24, C04B 24:12, C04B 24:40, C04B 14:34 «Полимербетон для защиты от радиации».