Полимерная композиция
Настоящее изобретение относится к области получения полимерных композиций на основе эпоксидных смол и модифицированных аминных отвердителей, предназначенных для получения высопрочных композиционных материалов с повышенной деформационной теплостойкостью. Описана полимерная композиция на основе эпоксидной смолы, активных эпоксидных разбавителей и азотосодержащих отвердителей, предназначенная для изготовления высокопрочных композиционных материалов с повышенной деформационной теплостойкостью, отличающаяся тем, что в качестве отвердителя она содержит продукт взаимодействия аминного компонента с монокарбоновыми кислотами, с использованием в качестве аминного компонента смеси, состоящей из первичного ароматического амина или смеси ароматических аминов (А), вторичного алифатического аминоспирта (Б) и третичного алифатического аминоспирта (В) в массовом соотношении А:Б:В от 98:0,2:1,8 до 80:5:15, а монокарбоновую кислоту (Г) вводят в виде - 25÷80% раствора в одноатомном алифатическом или ароматическом спирте, или их эфире с моно- или дикарбоновой кислотой, в соотношении (А+Б+В):Г от 90:10 до 60:40 в пересчете на 100% кислоту, с последующим взаимодействием путем перемешивания в реакторе при температуре от 50 до 130°C в течение от 20 до 120 минут и скорости мешалки от 100 до 3000 оборотов в минуту, и дополнительно содержит загуститель, пигмент или краситель, при этом композиция содержит в мас.ч.: эпоксидная смола - 100, активный эпоксидный разбавитель - 5÷130, отвердитель - 15÷110, загуститель - 5÷50, пигмент или краситель - 0,5÷25. Технический результат - получение композиций, обладающих высокой жизнеспособностью при переработке, в отвержденном состоянии обладающих повышенной деформационной теплостойкостью и улучшенными диэлектрическими показателями. 2 табл., 7 прим.
Изобретение относится к области получения полимерных композиций на основе эпоксидных смол и модифицированных аминных отвердителей с различными целевыми добавками и может быть использовано для высокопрочных композиционных материалов с повышенной деформационной теплостойкостью.
Ближайшим прототипом заявляемого изобретения является серия полимерных композиций на основе эпоксидных смол, активных разбавителей и модифицированных аминных отвердителей (см. Справочник по пластическим массам, том II, под редакцией Катаева В.М. И др. М. Издательство «Химия», 1975 г.).
Недостатком известных композиций являются несоответствие технологических свойств новым требованиям промышленного применения композиционных материалов, таких как регулируемость реологических свойств, обеспечивающих их использование при формировании крупногабаритных изделий с вертикальными поверхностями, наличие высокой жизнеспособности, возможность отверждения в широком температурном диапазоне при одновременном достижении высокой деформационной теплостойкости и улучшенных диэлектрических показателей, сохраняющихся после одновременного воздействия повышенных температур и 100% влажности.
Целью заявляемого изобретения является достижение комплекса технологических свойств семейства полимерных композиций, обеспечивающих их высокую жизнеспособность при переработке, отверждение в температурном диапазоне от -10°С до +60°С при 100% влажности воздуха и под водой, возможность использования при наформовке препрегов на их основе на вертикальные поверхности и достижение в отвержденном состоянии повышенной деформационной теплостойкости и улучшенных диэлектрических показателей, сохраняющихся после воздействия 100% влажности и повышенных температур.
Поставленная цель достигается тем, что композиция на основе эпоксидной смолы и активного эпоксидного разбавителя содержит отвердитель, полученный взаимодействием аминов с монокарбоновыми кислотами, с использованием в качестве аминного компонента смеси, состоящей из первичного ароматического амина или смеси ароматических аминов (А), вторичного алифатического аминоспирта (Б) и третичного алифатического аминоспирта (В) в массовом соотношении А:Б:В от 98:0,2:1,8 до 80:5:15, а монокарбоновую кислоту (Г) вводят в виде 25÷80% раствора в одноатомном алифатическом или ароматическом спирте, или их эфире с моно- или дикарбоновой кислотой, в соотношении (А+Б+В):Г от 90:10 до 60:40 в пересчете на 100% кислоту, при этом процесс взаимодействия осуществляют путем перемешивания в реакторе при температуре от 50°С до 130°C в течение от 20 до 120 минут и скорости мешалки от 100 до 3000 оборотов в минуту, а также загуститель, краситель или пигмент, при этом композиция содержит в масс.ч.
| эпоксидная смола | -100 |
| активный эпоксидный разбавитель | -5÷130 |
| отвердитель | -15÷110 |
| загуститель | -5÷50 |
| пигмент или краситель | -0,5÷25 |
Пример 1
Получение отвердителя
В реактор, снабженный обогревом, охлаждением и скоростной мешалкой, поочередно загружают 3 ингредиента, входящих в аминный компонент, - метафенилендиамин (А), вторичный аминоспирт - диизопропаноламин (Б) и третичный аминоспирт - N,N' диизопропанилэтаноламин (В) в массовом соотношении А:Б:В=88:2,6:9,4. Смесь перемешивают при 100°C в течение 5 минут при 1500 оборотах в минуту работающей мешалки. Затем в реактор добавляют масляную кислоту (Г) в виде 50% раствора в этиловом спирте в соотношении (А+Б+В):Г=75:25 в пересчете на 100% кислоту и поддерживая температуру 100°C при работающей мешалке осуществляют взаимодействие в течение 60 минут.
Полученный отвердитель используют для приготовления полимерной композиции.
Приготовление полимерной композиции
В другой реактор загружают 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 и 70 мас.ч. активного эпоксидного разбавителя - диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина марки Э-181. Температуру в реакторе поднимают до 70°С и перемешивают в течение 10 минут при 500 оборотах/минуту, после чего вводят 27 мас.ч. загустителя - оксипропилированного крахмала и 12 мас.ч. красителя - фталоцианинового голубого. Температуру в реакторе снижают до +25°C, загружают 60 мас.ч. отвердителя и перемешивают при тех же оборотах 15 минут. Полученную композицию направляют на переработку.
Примеры 2÷8 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров и компонентов в соответствии с таблицей 1.
Свойства полученной композиции по примерам 1-8 представлены в таблице 2, в которой показаны ее преимущества перед известными техническими решениями.
| Таблица 2 | |||||||||
| Свойства заявляемой полимерной композиции по примерам 1]-7 | |||||||||
| № п/п | Наименование показателя | Величина показателя по примерам 1-7 и прототипа | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | прототип | ||
| 1 | Время отверждения композиции | ||||||||
| При -10°С, сутки | 3 | 1 | 2 | 2 | 1 | 3 | 3 | Не отверждается | |
| При +60°С, мин | 30 | 20 | 25 | 25 | 20 | 30 | 30 | 30 | |
| При +20°С, час под водой | 18 | 10 | 12 | 12 | 10 | 18 | 18 | Не отверждается | |
| 2 | Жизнеспособность композиции | ||||||||
| При 20°С, мин | 120 | 100 | 110 | 110 | 100 | 120 | 120 | 50-60 | |
| При 40°С, мин | 40 | 30 | 35 | 35 | 30 | 40 | 40 | 20-60 | |
| 3 | Показатели отвержденных композиций в холодном состоянии; предел прочности | ||||||||
| σ-при растяжении, МПа; | 105 | 100 | 120 | 100 | 105 | 130 | 100 | 80 | |
| σ-при сжатии, МПа; | 150 | 250 | 200 | 220 | 160 | 165 | 165 | 148 | |
| - удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·см | 8·1014 | 7·1014 | 9·1015 | 8,5·1014 | 9·1014 | 8·1014 | 6·1014 | 6·1014 | |
| - тангенс угла диэлектрических потерь | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | |
| 4 | Отвержденных композиций после 30 суток воздействия Т=80°С и 100% влажности: | ||||||||
| - при растяжении, МПа; | 9288 | 105 | 96 | 105 | 94 | 96 | 98 |
|
|
| - при сжатии, МПа | 160 | 165 | 170 | 165 | 170 | 160 | 158 |
|
|
| - удельное объемное электрическое сопротивление, Ом/см | 6·1014 | 5·1014 | 4·1014 | 5·1014 | 2·1014 | 6·1014 | 8·1014 | 6·1013 | |
| - тангенс угла диэлектрических потерь | 0,022 | 0,026 | 0,020 | 0,021 | 0,022 | 0,020 | 0,02 | 0,16 |
Полимерная композиция на основе эпоксидной смолы, активных эпоксидных разбавителей и азотосодержащих отвердителей, предназначенная для изготовления высокопрочных композиционных материалов с повышенной деформационной теплостойкостью, отличающаяся тем, что в качестве отвердителя она содержит продукт взаимодействия аминного компонента с монокарбоновыми кислотами, с использованием в качестве аминного компонента смеси, состоящей из первичного ароматического амина или смеси ароматических аминов (А), вторичного алифатического аминоспирта (Б) и третичного алифатического аминоспирта (В) в массовом соотношении А:Б:В от 98:0,2:1,8 до 80:5:15, а монокарбоновую кислоту (Г) вводят в виде - 25÷80% раствора в одноатомном алифатическом или ароматическом спирте, или их эфире с моно- или дикарбоновой кислотой, в соотношении (А+Б+В):Г от 90:10 до 60:40 в пересчете на 100% кислоту, с последующим взаимодействием путем перемешивания в реакторе при температуре от 50 до 130°C в течение от 20 до 120 мин и скорости мешалки от 100 до 3000 оборотов в минуту, и дополнительно содержит загуститель, пигмент или краситель, при этом композиция содержит в мас.ч.:
| Эпоксидная смола | 100 |
| Активный эпоксидный разбавитель | 5÷130 |
| Отвердитель | 15÷110 |
| Загуститель | 5÷50 |
| Пигмент или краситель | 0,5÷25 |
