наномодифицированный полимерный композит
Классы МПК: | C04B26/14 полиэпоксиды C04B14/06 кварц; песок B82B1/00 Наноструктуры |
Автор(ы): | Смирнов Владимир Алексеевич (RU), Королев Евгений Валерьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет" (ФГБОУ ВПО "МГСУ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2012-07-02 публикация патента:
27.07.2013 |
Изобретение относится к наномодифицированному полимерному композиту, который может быть использован для изготовления элементов ограждающих конструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия атмосферной влаги, солнечной радиации и циклических изменений температуры. Наномодифицированный полимерный композит содержит следующие компоненты, в мас.%: 16,92 эпоксидной смолы ЭД-20, 2,62 полиэтиленполиамина, 0,10 лака КО-922, 6,85 диоксида титана с удельной поверхностью 6000 м2/кг и 33,89 молотого кварцевого песка с удельной поверхностью 200 м2 /кг в качестве наполнителя, 39,62 кварцевого песка фракции 0,63 1,25 мм в качестве заполнителя. Изобретение позволяет повысить предел прочности при сжатии, увеличить водостойкость и стойкость к воздействию климатических факторов, снизить массу изделий. 1 табл., 2 пр.
Формула изобретения
Наномодифицированный полимерный композит, содержащий эпоксидный олигомер, полиэтиленполиамин, лак КО-922, наполнитель и заполнитель и отличающийся тем, что в качестве эпоксидного олигомера он содержит эпоксидную смолу ЭД-20, в качестве наполнителя содержит диоксид титана с удельной поверхностью 6000 м2/кг и молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 200 м2/кг, в качестве заполнителя содержит кварцевый песок фракции 0,63 1,25 мм, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Указанный эпоксидный олигомер | 16,92 |
Полиэтиленполиамин | 2,62 |
Лак КО-922 | 0,10 |
Указанный диоксид титана | 6,85 |
Указанный молотый кварцевый песок | 33,89 |
Указанный кварцевый песок | 39,62 |
Описание изобретения к патенту
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.
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 м2/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.
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 м2/кг и молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 200 м2/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.
Использование кремнийорганического лака КО-922 совместно с бинарным наполнителем, включающим диоксид титана с удельной поверхностью 6000 м2/кг и молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 200 м2/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/м3 | 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».
сырьевая смесь для изготовления кирпича - патент 2513890 (20.04.2014) | |
сырьевая смесь для изготовления стеновых блоков - патент 2509740 (20.03.2014) | |
кладочная смесь - патент 2493124 (20.09.2013) | |
бетонная смесь - патент 2482086 (20.05.2013) | |
гипсовая смесь - патент 2479511 (20.04.2013) | |
сырьевая смесь для изготовления кирпича - патент 2457191 (27.07.2012) | |
сырьевая смесь для изготовления керамзита - патент 2446121 (27.03.2012) | |
полимербетонная смесь - патент 2417178 (27.04.2011) | |
песок с многослойным полимерным покрытием - патент 2415166 (27.03.2011) | |
композиция для нейтрализации примесей - патент 2363678 (10.08.2009) |