Состав для обработки минерального волокна

 

Изобретение относится к области производства и переработки минерального волокна, применяемого в производстве композитов на основе реакто- и термопластичных связующих. Состав содержит водорастворимый сополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом с м.м. 10000-20000, поверхностно-активное вещество катионного или неионогенного типа, органосилан - амино-, эпокси-, метакрилсилан или их смеси и клеящее вещество дициандиамидформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%: сополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом с м. м. 10000-20000 - 2,5-7,0, ПАВ катионного или неионогенного типа - 0,01-0,3, органосилан (амино-, эпокси-, метакрилсилан или их смеси) - 0,3-1,0, клеящее вещество - дициандиамидформальдегидная смола - 0,1-2,0, вода - до 100. Состав дополнительно содержит эпоксидиановую смолу в количестве 0,1-0,4 маc.% в 100% состава для обработки. Еще состав содержит желатин или его смесь с метилцеллюлозой в соотношении 2: 1 - 0,2-1,0 маc.% в 100% состава для обработки. Изобретение позволяет достичь высокой технологичности производства стеклянных и базальтовых волокнистых материалов, а также обеспечивает высокую термостойкость. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к производству и переработке минерального волокна, а именно к производству составов для обработки стеклянного волокна и базальтового волокна в ткань, ровинг, рубленое волокно и соответственно применение его в качестве наполнителя для термо- и реактопластов.

Известен состав для обработки стеклянного волокна на основе сополимера окиси этилена и окиси пропилена с молекулярной массой (м.м.) 1000 - 6000, катионного поверхностно-активного вещества на основе аминоамидов, клеящего вещества из группы: поливиниловый спирт, крахмал, производные целлюлозы, полимер на основе виниловых и олефиновых олигомеров (а.с. ЧССР 267398 кл. C 03 C 25/02 публ. 12.09.88 г.) - аналог.

Недостатком аналога являются низкие физико-механические свойства композитов, полученных с применением модифицированного таким способом волокна.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому изобретению является состав на основе водорастворимого сополимера окиси этилена и окиси пропилена, поверхностно-активного вещества и органосилана (США пат. 3042544 кл. НКИ 260-37 публ. 17.12.52 г., кл. МКИ C 03 C 25/02) - прототип.

Состав для обработки по прототипу предназначен для получения армированных волокном композитов. Однако этот состав не обеспечивает высокую технологичность производства волокон широкого ассортимента: текстильных материалов (тканей, ровинга) и рубленого волокна (низкая насыпная плотность).

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании эффективного замасливателя, обеспечивающего высокую технологичность производства стеклянных и базальтовых волокнистых материалов: ровингов, тканей, рубленого волокна, используемых под реакто- и термопластичные связующие, а также обеспечивающих высокую термостойкость.

Технический результат, который может быть получен от использования изобретения, заключается в создании композиций для обработки стекловолокон, обеспечивающих требуемый уровень физико-механических показателей волокнистых материалов и наполненных реакто- и термопластов, повышение термостойкости композиционных материалов.

Этот технический результат достигается за счет использования состава для обработки минерального волокна, включающего водорастворимый сополимер окиси этилена и окиси пропилена, поверхностно-активное вещество и органосилан, согласно изобретению в качестве водорастворимого сополимера состав содержит сополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом с м.м. 10000 - 20000, в качестве ПАВ - ПАВ катионного или неионогенного типа, в качестве органосилана - амино-, эпокси-, метакрилсилан или их смеси и дополнительно содержит клеящее вещество дициандиамидформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%: Cополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом с м.м. 10000 - 20000 - 2,5-7,0 ПАВ катионного или неионогенного типа - 0,01-0,3 Oрганосилан (амино-, эпокси-, метакрилсилан или их смеси) - 0,3-1,0 Kлеящее вещество - дициандиамидформальдегидная смолa - 0,1-2,0 Вода - До 100 Кроме того, состав дополнительно содержит эпоксидиановую смолу в количестве 0,1 - 0,4 мас.% в 100% состава для обработки. Еще состав содержит желатин или его смесь с метилцеллюлозой в соотношении 2:1 - 0,2-1,0 мас.% в 100% состава для обработки.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и полученным техническим результатом достигается за счет того, что: - во-первых, блок-сополимер окиси этилена и окиси пропилена, применяемый в предлагаемом составе, блокирован диизоцианатом, имеет м.м. 10000-20000, его применение в составе замасливателя в пределах от 2,5 до 7,0 мас.% предполагает получение пленки состава (замасливателя), с одной стороны, обеспечивающей адгезионные характеристики с поверхностью стекла, с другой - пленки, обладающей эластичными (защитными) свойствами и способной выступать в качестве демпфирующей прослойки на границе раздела фаз в композите, и соответственно благодаря лучшей защите поверхности волокна повышаются физико-механические характеристики. Кроме того, в данной совокупности обеспечивает высокую термостойкость; - во-вторых, применение органосилана или их смесей способствует благодаря бифункциональности кремнийорганических соединений, получению повышенных физико-механических характеристик композита, а применение смесей дает возможность создать универсальный замасливатель под различные связующие, что значительно упрощает технологический процесс в производстве волокна; - в-третьих, применение ПАВ катионного или неионогенного типа и клеящего вещества - дициандиамидформальдегидной смолы в данной совокупности повышаeт технологичность производства и физико-механические характеристики волокнистых материалов: тканей, ровингов, рубленого волокна;
- в-четвертых, благодаря применению сополимера окиси этилена и окиси пропилена, блокированного толуилендиизоцианатом в сочетании при определенном соотношении с дициандиамидформальдегидной смолой, катионным ПАВ и силаном получен термостойкий замасливатель, обеспечивающий сохранение прочностных свойств эпоксидных пластиков при воздействии высоких температур;
- в-пятых, применение клеящих (эпоксидиановая смола, желатин, метилцеллюлоза) в предлагаемых по изобретению сочетаниях с совокупностью существенных признаков дает дополнительный эффект повышения физико-механических свойств текстильных материалов (тканей, ровингов) и возможность получения рубленого волокна для тормозных накладок, к которому предъявляются жесткие требования по поведению волокна при перемешивании, с допустимой возможностью разрыхления, но недопустимостью комкования.

Таким образом, сочетание всех существенных признаков по изобретению обеспечивает высокое качество получаемых материалов и композитов на их основе.

Пример 1.

Для приготовления 100 л предлагаемого замасливателя для обработки минерального волокна в отдельных емкостях, снабженных мешалкой, предварительно готовятся 4 водных рабочих состава.

Состав 1. В отдельную емкость заливают 10 л дистиллированной воды, подкисляют 10 мл уксусной кислоты и при перемешивании добавляют 0,3 кг глицидоксипропилтриметоксисилан ЭС-1 или аналог А-187. Готовый раствор перемешивают 10 мин при T=25±5^oC.

Состав 2. 3 кг сополимера окиси этилена и окиси пропилена (ПГ-40) при перемешивании смешивают с 10 л дистиллированной воды с T=25±5^oC. Готовый состав перемешивается еще 5-10 мин.

Состав 3. Дициандиамидформальдегидную смолу (ДЦУ) в количестве 1 кг растворяют в 10 л дистиллированной воды с T=25±5^oC путем перемешивания в течение 5 - 10 мин.

Состав 4. 0,1 кг ПАВ катионного типа (КПАВ) на основе имидазолинового производного синтетических жирных кислот (СЖК) и полиэтиленполиамина (ПЭПА) - замидин А - растворяют при перемешивании в 5 л дистиллированной воды с T= 70±5^oC. Перемешивание продолжают до полного осветления раствора. Полученный раствор охлаждают добавлением 5 л дистиллированной воды с T=25±5^oC, добавляют уксусную кислоту до pH=6 и перемешивают в течение 5-10 мин.

В основную емкость, снабженную мешалкой, наливают 30 л дистиллированной воды с T=25±5^oC. Затем в нее при перемешивании последовательно заливают составы 1, 2, 3 и 4. Полученный состав доводят до 100 л добавлением воды с T= 25±5^oC. Готовый состав перемешивают в течение 15-20 мин. со скоростью вращения мешалки n=60 мин^-1, pH раствора = 6,0-6,5.

Полученный состав включает, мас.%:
Cополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом с м.м. 20000 (ТУ 6-55-221-1280-92) - 3,0
КПАВ - имидазолиновое производное синтетических жирных кислот фракции C₁₆-C₂₂ и ПЭПА - марки замидин A (ТУ 38-507-63-0276-92) - 0,1
Oрганосилан - глицидоксипропилтриметоксисилан ЭС-1 (ТУ 6-02-1077-85) или его аналог А-187 (ф. О.ЭС.АЙ) - 0,3
Kлеящее вещество - дициандиамидформальдегидная смола (ДЦУ) (ТУ 6-14-947-78) - 1,0
Вода дистиллированная (ГОСТ 6709-72) - До 100
Пример 2.

Замасливатель готовится по примеру 1 и имеет следующий состав, мас.%:
Cополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом марки ПГ-40 (ТУ 6-55-221-1280-92) - 7,0
КПАВ - имидазолиновое производное синтетических жирных кислот фракции C₁₆-C₂₂ и ПЭПА - марки замидин А (ТУ 38-507-63-0276-92) - 0,01
Oрганосилан - глицидоксипропилтриметоксисилан марки ЭС-1 (ТУ 6-02-1077-85) или его аналог А-187 (ф. О.ЭС.АЙ) - 0,6
Kлеящее вещество - дициандиамидформальдегидная смола марки ДЦУ (ТУ 6-14-947-78) - 0,1
Bода дистиллированная (ГОСТ 6709-72) - До 100
Пример 3.

Замасливатель готовится смешением водных рабочих составов. Составы 1, 3, 4 готовятся по примеру 1.

Состав 5. К 0,1 кг эпоксидиановой смолы ЭД-20 добавить 5,0 кг сополимера окиси этилена и окиси пропилена ПГ-40 и перемешать до белого цвета 15 мин при T = 25 ± 5^oC. При перемешивании добавить 5 л дистиллированной воды с T = 25 ± 5^oC. Готовый состав перемешивается еще 5 - 10 мин.

Смешение и разбавление составов 1, 3, 4 и 5 по примеру 1.

Замасливатель имеет следующий состав, мас.%:
Cополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом марки ПГ-40 (ТУ 6-55-221-1280-92) - 5,0
КПАВ - имидазолиновое производное СЖК с C₁₆-C₂₂ и ПЭПА - замидин А (ТУ 38-507-63-0276-92) - 0,05
Oрганосилан -γ- аминопропилтриэтоксисилан АГМ-9 (ТУ 6-02-1077-85) - 1,0
Kлеящее вещество - дициандиамидформальдегидная смола марки ДЦУ (ТУ 6-14-947-78) - 2,0
Kлеящее вещество - эпоксидиановая смола ЭД-20 (ГОСТ 10587-76) - 0,1
Bода дистиллированная (ГОСТ 6709-72) - До 100
Пример 4.

Замасливатель готовится смешением водных составов.

Составы 1, 3, 4 готовятся по примеру 1. Состав 5 по примеру 3.

Состав 6. 0,2 кг желатина залить для набухания 2 кг дистиллированной воды с T = 25 ±5 ^oC. Через 2 ч при перемешивании добавить 8 л дистиллированной воды с T = 75 ± 5^oC. Готовый раствор перемешивается 10 мин.

Смешение и разбавление составов 1, 3, 4, 5 и 6 по примеру 1.

Замасливатель имеет следующий состав, мас.%:
Сополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом марки ПГ-40 (ТУ 6-55-221-1280-92) - 7,0
Поверхностно-активное вещество неионогенного типа (НПАВ) - полиоксиэтиленсорбитанмоноолеат марки Твин-80 (ТУ 6-14-938-79) - 0,3
Органосилан - смесь метакрилоксипропилтриметоксисилан марки А-174 (ф. О. ЭС. АЙ) и глицидоксипропилтриметоксисилан марки ЭС-1 (ТУ 6-02-1077-85) или аналог А-187 (ф. О.ЭС.АЙ) в соотношении А-174:ЭС-1 = (Ф-187) = 0,5:0,3 - 0,8
Клеящее вещество - желатин (ГОСТ 4821-77) - 0,2
Клеящее вещество - дициандиамидформальдегидная смола марки ДЦУ (ТУ 6-14-947-78) - 0,3
Клеящее вещество - эпоксидиановая смола ЭД-20 (ГОСТ 10587-76) - 0,2
Пример 5.

Замасливатель готовится смешением 6 водных рабочих составов. Составы 1, 3, 4, 5 и 6 готовятся по примерам 1, 3 и 4.

Состав 7. 0,25 кг метилцеллюлозы МЦ-100 залить для набухания 2,5 кг дистиллированной воды с T=25±5^oC. Через 2 ч при перемешивании добавить 7,5 л дистиллированной воды с T=25±5^oC. Готовый раствор перемешивается 10 мин.

Смешение и разбавление составов 1, 3, 4, 5, 6 и 7 по примеру 1.

Замасливатель имеет следующий состав, мас.%:
Cополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом марки ПГ-40 (ТУ 6-55-221-1280-92) - 2,5
КПАВ - имидазолиновое производное синтетических жирных кислот фракции C₁₆-C₂₂ и ПЭПА - марки замидин А (ТУ 38-507-63-0276-92) - 0,1
Oрганосилан -γ- аминопропилтриэтоксисилан (АГМ-9) (ТУ 6-02-1077-85) - 0,5
Kлеящее вещество - дициандиамидформальдегидная смола марки ДЦУ (ТУ 6-14-947-78) - 0,1
Kлеящее вещество - эпоксидиановая смола ЭД-20 (ГОСТ 10587-76) - 0,4
Kлеящее - желатин (ГОСТ 4821-77) - 1,0
Клеящее - метилцеллюлоза МЦ-100 (ТУ 6-05-1857-78) - 0,5
Вода дистиллированная (ГОСТ 6709-72) - До 100
Обработанные предлагаемым составом волокна были использованы для получения стекловолокнистых и базальтовых материалов широкого ассортимента (тканей, ровингов, товарных нитей, рубленого волокна), с применением которых были получены реакто- и термопласты различного назначения. Стало возможным использование рубленого волокна для тормозных накладок.

При этом следует отметить улучшение технологичности как процесса выработки, так и процесса переработки стеклянного волокна благодаря уменьшению обрывности, пушения, количества ворса при текстильной переработке и ровинговании, повышение насыпного веса дозируемых волокон, увеличение производительности, уменьшение отходов.

При производстве наполненных композитов на основе эпоксидных смол за счет направленной модификации поверхности волокна удалось получить композит с повышенной термостойкостью и пропитываемостью.

Композит на основе термопластичных полимеров обладает повышенной ударной вязкостью и более высокими прочностью на изгиб и растяжение.

Кроме вышесказанного следует отметить низкую энергоемкость и простоту приготовления предлагаемого состава.

Формула изобретения

1. Состав для обработки минерального волокна, включающий водорастворимый сополимер окиси этилена и окиси пропилена, поверхностно-активное вещество (ПАВ) и органосилан, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого сополимера состав содержит сополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом с м.м. 10000-20000, в качестве ПАВ - ПАВ катионного типа или неиногенного, в качестве органосилана - амино-, эпокси-, метакрилсиланы или их смеси и дополнительно содержит клеящее вещество дициандиамидформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Сополимер окиси этилена и окиси пропилена, блокированный толуилендиизоцианатом с м.м. 10000-20000 - 2,5 - 7,0
ПАВ катионного или неиногенного типа - 0,01 - 0,3
Органосилан (амино, эпокси-, метакрилсилан или их смеси) - 0,3 - 1,0
Клеящее вещество - дициандиамидформальдегидная смола - 0,1 - 2,0
Вода - До 100
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве клеящего вещества дополнительно содержит эпоксидиановую смолу 0,1 - 0,4 мас.% в 100% состава для обработки волокна.

3. Состав по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит желатин или его смесь с метилцеллюлозой в соотношении 2:1 - 0,2 - 1,0 мас.% в 100% состава для обработки волокна.