close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15135

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 08J 3/16
(2006.01)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО
ОРГАНОСИЛИКАТНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ
(21) Номер заявки: a 20090987
(22) 2009.07.06
(43) 2011.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт механики
металлополимерных систем имени
В.А.Белого Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Кудина Елена Федоровна;
Печерский Геннадий Геннадьевич;
Кудин Сергей Владимирович; Полещук Наталья Сергеевна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное научное учреждение "Институт
механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси" (BY)
BY 15135 C1 2011.12.30
BY (11) 15135
(13) C1
(19)
(56) BY 6291 C1, 2004.
BY 10135 C1, 2007.
BY 4821 C1, 2002.
SU 1620452 A1, 1991.
КУДИНА Е.Ф. и др. Материалы. Технологии. Инструменты. - 2008. Т.13. № 1. - С. 48-52.
ЗЛОТНИКОВ И.И. и др. Материалы.
Технологии. Инструменты. - 1998. № 3. - С. 12-15.
КУДИНА Е.Ф. Разработка органосиликатных связующих и гибридных
наполнителей для композиционных
материалов
машиностроительного
назначения: Автореф. дис. - Гомель,
2001.
(57)
1. Способ получения высокодисперсного органосиликатного наполнителя путем смешивания 50 %-ного водного раствора силиката натрия и эпоксидиановой смолы ЭД-20,
выдерживания полученной смеси на воздухе, коагуляции ее водным раствором соли поливалентного металла и дегидратации на воздухе до постоянного веса, отличающийся тем,
что выдерживание осуществляют в течение 24 ч, полученный после дегидратации порошок термообрабатывают при температуре 160 °С в течение 2-5 ч, причем компоненты берут при следующем соотношении, мас. %:
50 %-ный водный раствор силиката натрия
63-82
эпоксидиановая смола ЭД-20
6-12
соль поливалентного металла, по сухому остатку
12-25.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соли поливалентного металла
используют соль Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu или Zn.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соли поливалентного металла
используют соль, содержащую Cl-, SO42- или HCOO-.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов для изготовления изделий конструкционного и триботехнического назначения.
Известен способ получения фенолсиликатного наполнителя, заключающийся в смешении гранулированного SiO2 с фенолсодержащими веществами и прогреве смеси в при-
BY 15135 C1 2011.12.30
сутствии щелочного катализатора в течение 30-120 мин при температуре 70-120 °С [1].
Недостатками данного способа являются его длительность и энергоемкость. A получаемый продукт используется только как инертный наполнитель, не способный к дальнейшему химическому взаимодействию.
Известен способ получения силикатполимерного материала [2] путем смешения полимера (эпоксидная диановая смола или фенолоформальдегидная смола резольного типа)
и силикатного наполнителя (водный раствор силиката натрия), а также дополнительного
введения триполифосфата натрия с последующей обработкой смеси электрическим током
с частотой 2460 МГц и мощностью 560-790 Вт в течение 1-2 минуты. Недостатком способа являются низкие антифрикционные свойства получаемого крупнодисперсного материала, склонного к слеживанию на воздухе, который плохо поддается механическому
диспергированию.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения силикатполимерного наполнителя для смазочных материалов путем смешения фенолформальдегидной смолы резольного типа или эпоксидной диановой смолы с водным раствором
силиката натрия, в который вводят малеимид (N,N'-гексаметилендималеимид, N,N′-метафенилендималеимид, N,N'-opтoфенилендималеимид), и выдерживают смесь в течение 515 мин перед введением водорастворимой соли (хлорид железа или формиат меди) [3].
Недостатками указанного способа являются низкие физико-механические характеристики
образующегося наполнителя, получение композита в виде трудноразмалываемой "глыбы"
и технологическая сложность в получении гомогенного высокодисперсного продукта.
Задачи, на решение которых направлено изобретение:
усовершенствование технологии получения высокодисперсных органосиликатных материалов;
повышение физико-механических свойств получаемого материала;
исключение дополнительной обработки электромагнитным воздействием.
Поставленные задачи достигаются тем, что в способе получения органосиликатного
материала путем смешивания органического олигомера и силикатного компонента в качестве органического олигомера используют эпоксидиановую смолу ЭД-20, в качестве силикатного компонента - водный раствор силиката натрия (n = 3,0 ± 2) и дополнительно
вводят соль поливалентного металла при следующем соотношении компонентов, мас. %:
водный раствор силиката натрия (50 % раствор)
82-63
олигомер эпоксидиановой смолы ЭД-20
6-12
соль поливалентного металла (по сухому остатку)
12-25.
В качестве катиона соль поливалентного металла содержит Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,
Zn; в качестве аниона - Cl-, SO4-2, HCOO-.
Для ускорения растворения, а также для получения менее вязких связующих водный
раствор силиката натрия можно при необходимости разбавить водой до необходимой
концентрации (при соблюдении вышеприведенных концентрационных соотношений исходных реагентов). При совмещении смолы и водного раствора силиката натрия образуется устойчивая эмульсия, в которой роль дисперсионной среды играет вода, а дисперсной
фазы - смола и силикат натрия.
Органосиликатный материал получают следующим образом.
В водный раствор силиката натрия (стандартное натриевое жидкое стекло
ГОСТ 13078-81) при непрерывном перемешивании небольшими порциями вводят эпоксидиановуюную смолу ЭД-20 и продолжают перемешивание до получения однородной
эмульсии. Полученную смесь оставляют созревать на воздухе при стандартных условиях.
Через 24 ч эмульсию коагулируют 10 % водным раствором соли поливалентного металла,
образовавшийся осадок промывают дистиллированной водой до установления постоянной
величины pH фильтрата, затем сушат на воздухе при стандартных условиях до постоянно-
2
BY 15135 C1 2011.12.30
го веса. Для завершения процессов физико-химического взаимодействия компонентов порошок термообрабатывают при T = 160 °С в течение 2-5 ч.
Готовый высокодисперсный органосиликатный материал используется в качестве
наполнителя для термопластичных полимеров.
Снижение содержания эпоксидиановой смолы ЭД-20 менее 6 мас. % приводит к
ухудшению физико-механических свойств получаемых наполнителей и значительному
снижению прочности формируемого композита и значений гель-фракции. Повышение содержания смолы более 12 мас. % приводит к плохой совместимости компонентов, технологической сложности перемешивания и получения гомогенных составов, а также не
приводит к дополнительному положительному эффекту.
При содержании соли поливалентного металла менее 12 мас. % полученная система
имеет реакцию, далекую от нейтральной, и в ней содержится недостаточная концентрация
металла для полного связывания силиката натрия с образованным эпоксисиликатом и его
полной коагуляции. При введении указанных солей в количестве, большем 25 мас. %,
остается большое количество не прореагировавшей с органосиликатом соли, которую затем необходимо вымывать из полученного продукта. Кроме этого, избыток соли не приводит к улучшению свойств, а способствует повышению стоимости продукта.
Уменьшение времени выдержки менее 24 ч приводит к неполному химическому взаимодействию между компонентами и снижению прочности и степени связности компонентов, а увеличение времени выдержки более 24 ч не приводит к дополнительному
положительному эффекту.
Примеры осуществления способа.
Пример 1.
В жидкое стекло (50 % водный раствор) вводили эпоксидиановую смолу марки ЭД-20
(6 мас. %) и тщательно перемешивали. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в
течение 24 ч. Затем полученную эмульсию коагулировали 10 % водным раствором хлорида марганца (MnCl2), образовавшийся осадок сушили на воздухе до постоянного веса. Для
завершения процессов физико-химического взаимодействия компонентов порошок спекали при T = 160 °С в течение 3 ч.
Композицию готовили методом сухого смешивания. В качестве термопластичного
связующего использовали сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) марки Хостален GUR 2122 фирмы Ticona (Германия). Для изготовления материала композицию
формуют при температуре 413 K и выдержке без давления 10 мин, после чего давление
увеличивали до 50 МПа и композицию выдерживали 5 мин. Готовые изделия после механической обработки испытывали по стандартным методикам.
Пример 2.
В жидкое стекло (50 % водный раствор) вводили эпоксидиановую смолу марки ЭД-20
(6 мас. %) и тщательно перемешивали. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в
течение 24 ч. Затем полученную эмульсию коагулировали 10 % водным раствором сульфата кобальта (CoSO4), образовавшийся осадок сушили на воздухе до постоянного веса.
Остальные операции выполнялись в соответствии примеру 1.
Пример 3.
В жидкое стекло (50 % водный раствор) вводили эпоксидиановую смолу марки ЭД-20
(6 мас. %) и тщательно перемешивали. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в
течение 24 ч. Затем полученную эмульсию коагулировали 10 % водным раствором сульфата никеля (NiSO4), образовавшийся осадок сушили на воздухе до постоянного веса.
Остальные операции выполнялись в соответствии примеру 1.
Пример 4.
В жидкое стекло (50 % водный раствор) вводили эпоксидиановую смолу марки ЭД-20
(6 мас. %) и тщательно перемешивали. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в
течение 24 ч. Затем полученную эмульсию коагулировали 10 % водным раствором хлори3
BY 15135 C1 2011.12.30
да железа (II) (FeCl2), образовавшийся осадок сушили на воздухе до постоянного веса.
Остальные операции выполнялись в соответствии примеру 1.
Пример 5.
В жидкое стекло (50 % водный раствор) вводили эпоксидиановую смолу марки ЭД-20
(3 мас. %) и тщательно перемешивали. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в
течение 24 ч. Затем полученную эмульсию коагулировали 10 % водным раствором хлорида железа (II) (FeCl2), образовавшийся осадок сушили на воздухе до постоянного веса.
Остальные операции выполнялись в соответствии примеру 1.
Пример 6.
В жидкое стекло (50 % водный раствор) вводили эпоксидиановую смолу марки ЭД-20
(12 мас. %) и тщательно перемешивали. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в
течение 24 ч. Затем полученную эмульсию коагулировали 10 % водным раствором сульфата кобальта (CoSO4), образовавшийся осадок сушили на воздухе до постоянного веса.
Остальные операции выполнялись в соответствии примеру 1.
Пример 7.
В жидкое стекло (50 % водный раствор) вводили эпоксидиановую смолу марки ЭД-20
(12 мас. %) и тщательно перемешивали. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в
течение 24 ч. Затем полученную эмульсию коагулировали 10 % водным раствором сульфата никеля (NiSO4), образовавшийся осадок сушили на воздухе до постоянного веса.
Остальные операции выполнялись в соответствии примеру 1.
Пример 8 (прототип).
В жидкое стекло (50 % водный раствор) вводили эпоксидиановую смолу марки ЭД-20
(6 мас. %) и тщательно перемешивали. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в
течение 15 мин, а затем помещали в стеклянном сосуде в прямоугольный волновод СВЧустановки и выдерживали в течение 2 мин. Полученный материал высушивали на воздухе
до полного удаления растворителей и диспергировали.
Сравнительные свойства материалов, полученных по предлагаемому способу и по
прототипу, приведены в таблице.
Характеристики
Термостойкость, К
Гель-фракция, %
Насыпная плотность,
г/см3
Е, МПа
Fтр (при P = 10 кг,
υ = 1 м/с)
Температура в зоне
трения, °С
Пористость, %
Сравнительные свойства материалов
Материалы по примерам
1
2
3
4
5
6
909
910
915
902
897
912
82,0
83,6
82,1
82,3
53,9
89,2
7
921
93,8
0,40
0,29
0,34
0,36
0,32
0,62
0,42
1215,7 1224,7 1246,2 1196,4 1021,0 1231,0 1251,3
Прототип
753
41,6
0,67
1107,4
0,38
0,35
0,37
0,40
0,57
0,32
0,35
0,47
67,1
65,6
69,0
70,0
82,7
64,7
67,0
79,7
82,0
83,6
82,1
86,7
71,0
89,2
93,8
67,0
Из приведенных примеров видно, что, применяя предлагаемый способ, можно получать более эффективные наполнители, чем по прототипу. По предлагаемому способу
можно получать органосиликатный наполнитель, изделия с применением которого обладают более высокими физико-механическими свойствами, чем с применением наполнителя, полученного по прототипу. Модифицирование СВМПЭ наполнителем, изготовленным
по предлагаемому способу, позволяет повышать модуль упругости (до 22,2 %), уменьшить
коэффициент трения (в 2,1 раза) в отличие от наполнителя, изготовленного по известному
способу: 1,8 %, 8,2 % и 1,45 раза соответственно.
4
BY 15135 C1 2011.12.30
Кроме этого, по предлагаемому способу получаемые органосиликатные материалы
отличаются высокой дисперсностью и низкими значениями насыпной плотности (ниже
прототипа в 1,6-2,3 раза), что свидетельствует о высокой диспергируемости продукта.
Разработанные материалы имеют высокие значения термостойкости (выше прототипа
на 20 %), связанные с высокой степенью взаимодействия органической и неорганической
матриц (гель-фракция получаемых материалов выше прототипа в 1,3-2,3 раза).
Получение материала с высокой степенью диспергируемости в сочетании с высокой
термостойкостью позволяет использовать его в качестве наполнителя термопластов, способствующего значительному улучшению эксплутационных характеристик композиционного материала на основе термопластичной матрицы.
Степень химической сшивки компонентов определяли методом золь-гель анализа в
аппарате Сокслета в водной среде по содержанию гель-фракции в отвержденной системе.
Насыпную плотность дисперсных органосиликатных материалов измеряли по стандартным методикам в насыпном состоянии с утряской.
Термостойкость по Вика определяли по ГОСТ 15065-69 на дериватографе Q-1500 D.
За количественную характеристику термостойкости принимали температуру, при которой
начиналась интенсивная потеря массы образца.
Прочностные характеристики (модуль упругости (E) при сжатии) определяли на разрывной машине FP-100 по ГОСТ 4651-82.
Коэффициент трения определяли на цилиндрических образцах (d = 15 мм; h = 3 мм) в
условиях сухого трения по схеме вал - частичный вкладыш на машине трения СМЦ-2 при
скорости скольжения 1 м/с и нагрузке 10 кг. В качестве вала использовали ролик диаметром 40 мм и шириной 10 мм из стали 45. Исходная шероховатость поверхностей трения
составляла Ra≤0,2 мкм. Температура в зоне трения определялась хромель-копелевой термопарой.
Источники информации:
1. Патент США 4125703, МПК C 08G 8/04, 1978.
2. Патент РБ 3666, МПК C 08J 7/18, 2000.
3. Патент РБ 6291, МПК C 10M 141/02, 2004 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
96 Кб
Теги
by15135, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа