Cпособ получения силикатполимерного материала

08 6104, 08 63/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАНБ(73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАНБ(57) Способ получения силикатполимерного материала путем смешения полимера и силикатного наполнителя с последующей обработкой смеси электрическим током, отличающийся тем, что в качестве полимера используют эпоксидную диановую смолу или фенолоформальдегидную смолу резольного типа, в качестве силикатного наполнителяводный раствор силиката натрия, и дополнительно вводят триполифосфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас. ч. водный раствор силиката натрия (по 100 сухому остатку) полимер 6-28 триполифосфат натрия 2,6-9,5,а обработку осуществляют переменным током с частотой 2460 МГц и мощностью 560-790 Вт в течение 1-2 мин, причем перед обработкой смесь выдерживают в течение 5-15 мин. Изобретение относится к области получения композиционных материалов для изготовления изделий конструкционного и строительного назначения. Известен способ получения фенолсиликатного материала, заключающийся в смешении гранулированного 2 с фенолсодержащими веществами и прогреве смеси в присутствии щелочного катализатора в течение 30-120 мин при температуре 70-120 С 1. Полученный продукт используют как наполнитель. При взаимодействии фенолсиликата с альдегидами, эпоксисоединениями получают смолистые продукты для покрытий. Недостатком указанного способа является его длительность и энергоемкость, а также то, что процесс взаимодействия 2 и фенолсодержащего вещества носит в основном адсорбционный характер. Диоксид кремния 2 характеризуется химической инертностью к большинству органических и неорганических веществ,что обусловлено его строением и полным отсутствием реакционноспобных групп, поэтому полученный продукт используется только как инертный наполнитель, не способный к дальнейшему химическому взаимодействию. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения силикатполимерного материала путем смешения полимера (термопласта) и силикатного наполнителя (стеклянного или базальтового волокна) с последующей обработкой смеси постоянным электрическим током (при напряженности электрического поля 10-25 В/см в течение 10-15 мин) 2. Недостатком способа является то,что применение постоянного электрического поля позволяет только ориентировать силикатный наполнитель внутри термопласта, совершенно не влияя на химическое взаимодействие компонентов. 3666 1 Задача изобретения расширение областей применения способа, а также повышение физико-механических свойств получаемых материалов. Поставленная задача достигается тем, что в способе получения силикатполимерного материала путем смешения полимера и силикатного наполнителя с последующей обработкой смеси электрическим током в качестве полимера используют эпоксидную диановую смолу или фенолоформальдегидную смолу резольного типа, в качестве силикатного наполнителя - водный раствор силиката натрия, и дополнительно вводят триполифосфат натрия при следующем соотношении компонентов, ма. ч. водный раствор силиката натрия (по су 100 хому остатку) полимер 6-28 триполифосфат натрия 2,6-9,5,а обработку осуществляют переменным током с частотой 2460 МГц и мощностью 560-790 Вт в течение 1-2 мин, причем перед обработкой смесь выдерживают в течение 5-15 мин. Для ускорения растворения, а также для получения менее вязких связующих водный раствор силиката натрия (жидкое стекло) можно предварительно разбавить водой до необходимой концентрации. Для снижения вязкости смол их можно использовать в виде 50-60 спиртовых растворов. При совмещении смолы и жидкого стекла образуется устойчивая эмульсия, в которой роль дисперсной среды играет вода (в чистом виде или с примесью спирта), дисперсной фазы - смола и силикат натрия, а эмульгатора - триполифосфат натрия. Содержание триполифосфата натрия менее 2,6 ма. ч. не обеспечивает эмульгирующего действия, в результате чего начинается коагуляция жидкого стекла и смолы (особенно при использовании спиртовых растворов фенолоформальдегидной смолы). Повышение содержания триполифосфата натрия сверх 9,5 ма. ч. не приводит к дополнительному положительному эмульгирующему эффекту, но повышает хрупкость получаемого материала. При содержании полимера менее 6 мас. ч., полученный материал обладает высокой хрупкостью, а введение полимера в количестве большем 28 мас. ч. затруднено из-за возможной взаимной коагуляции компонентов и быстрого расслоения эмульсии. Если через силикатполимерную смесь пропускать постоянный электрический ток, то ионы (в том числе и силикатные) начинают двигаться к электродам, разряжаются на них и образуют силикатное покрытие, которое увеличивает сопротивление системы, а раствор теряет полисиликатные ионы. Чтобы избежать этого, целесообразно применять переменный электрический ток. Однако применение токов низкой частоты мало изменяет характер электрических процессов по сравнению с постоянным током. В связи с этим необходимо проводить процесс таким образом, чтобы электролиз не происходил вообще, а энергия, передаваемая электрическим полем молекулам раствора, была максимальна. Это возможно, когда частота приложенного напряжения сравнима с частотой упругих тепловых столкновений молекул и ионов раствора, т. е. частота электрического поля должна лежать в СВЧ-диапазоне. Наиболее целесообразным является использование стандартной частоты СВЧ-излучения - 2460 МГц. Обработка менее 1 мин не приводит к заметному протеканию химического взаимодействия между компонентами, а обработка более 2 мин не сопровождается дополнительным положительным эффектом, удлиняет продолжительность и может привести к перегреву материала. Снижение мощности менее 560 Вт уменьшает степень химического взаимодействия, а повышение мощности более 790 Вт приводит к неоправданному перерасходу энергии. Перед СВЧ-обработкой смесь выдерживают в течение 5-15 мин, что необходимо для протекания начальной стадии химического взаимодействия между компонентами, для инициирования которого СВЧ-обработка не обязательна. При выдержке менее 5 мин снижается прочность получаемого материала, а выдержка более 15 мин не приводит к дополнительному положительному эффекту. Процесс получения силикатполимерного материала заключается в следующем. В раствор силиката натрия (натриевое жидкое стекло) вводят триполифосфат натрия и размешивают до полного растворения. Затем при непрерывном перемешивании небольшими порциями вводят эпоксидную или фенолоформальдегидную смолу (можно в виде 50-60 спиртового раствора) и продолжают перемешивание до получения однородной эмульсии. Полученную эмульсию выдерживают на воздухе в течение 5-15 мин, а затем помещают в рабочую зону волновода СВЧ-генератора или рабочую камеру СВЧ-печи и обрабатывают током высокой частоты в течение 1-2 мин. Готовый силикатнолимерный материал используется как связующее для пропитки волокнистых или дисперсных наполнителей, а также в качестве пресс-порошков для изготовления изделий и наполнителей для термопластичных полимеров. В последних случаях готовый силикатполимерный материал сушат на воздухе при температуре 50-70 С и диспергируют. Примеры осуществления способа. Пример 1. В жидкое стекло (ЖС) (ГОСТ 13078-81) (100 ма. ч. по сухому остатку) вводили триполифосфат натрия (ТПФН) в количестве 2,6 ма. ч. и перемешивали до полного растворения. Затем вводили эпок 2 3666 1 сидную диановую смолу марки ЭД-10 (6 ма. ч.) и тщательно перемешивали. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в течение 5 мин, а затем помещали в стеклянном сосуде в прямоугольный волновод СВЧустановки (частота 2460 МГц, выходная мощность 790 Вт) и обрабатывали СВЧ-током в течение 1 мин. Полученным связующим пропитывали рубленое полиакрилонитрильное волокно (ГОСТ 13232-79) длиной 1015 мм. Пропитанное волокно раскладывали на сетке для стекания излишков связующего, затем высушивали при температуре 6010 С до содержания влаги не более 5 . Из готового материала получали образцы методом горячего прессования при температуре 13010 С и давлении 41 МПа. Таким образом, получают теплоизоляционные и декоративно-облицовочные плиты с повышенной прочностью для строительства. Пример 2. В ЖС (100 мас. ч. по сухому остатку) вводили ТПФН в количестве 6 мас. ч. и перемешивали до полного растворения. Затем вводили эпоксидную диановую смолу марки ЭД-20 (16 мас. ч.) и тщательно перемешивали. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в течение 10 минут, а затем в стеклянном сосуде помещали в микроволновую СВЧ-печь марки СП-125 НСМР (частота 2460 МГц, выходная мощность 650 Вт) и обрабатывали СВЧ-током в течение 1,5 мин. Полученное связующее смешивали с отходами первичной обработки льна - льняной кострой, представляющей собой частицы стеблей льна длиной 3-10 мм и толщиной 0,4-1,5 мм. Из полученной пресс-массы готовили образцы методом горячего прессования при температуре 110-130 С и давлении 3-4 МПа. Таким способом получают теплоизоляционные плиты с низкой плотностью и высокой прочностью. Пример 3. В ЖС (100 мас. ч. по сухому остатку) вводили ТПФН в количестве 9,5 мас. ч. и перемешивали до полного растворения. Затем вводили фенолоформальдегидную смолу марки ЛВС-1 в виде стандартного 50 спиртового раствора (спирт-технологическая среда) в количестве 28 мас. ч. (по сухому остатку) и перемешивали до получения однородной эмульсии. Полученную эмульсию выдерживали на воздухе в течение 15 мин, а затем помещали в стеклянном сосуде в прямоугольный волновод СВЧ-установки и выдерживали в течение 2 мин. Полученный материал высушивали на воздухе до полного удаления растворителей и диспергировали. Из полученного порошка изготавливали образцы методом горячего прессования при температуре 150-160 С и давлении 60-80 МПа. Пример 4. Полученный по примеру 3 порошок вводили в гранулированный полиэтилен низкого давления(ГОСТ 16338-70) путем механического смешения в количестве 1 мас. ч. Из полученного материала изготавливали образцы методом литья под давлением при температуре 140-150 С. Пример 5 (контрольный). Полученную по примеру 3 эмульсию выдерживали на воздухе в течение 15 мин, а затем через нее пропускали переменный электрический ток с частотой 50 Гц при напряженности электрического поля 1300 В/м в течение 2 мин. Обработанный материал высушивали на воздухе до полного удаления растворителей и диспергировали. Из полученного порошка изготавливали образцы методом горячего прессования при температуре 150-160 С и давлении 60-80 МПа. Сравнительные свойства материалов, полученных по предлагаемому способу и по прототипу приведены в таблице. Сравнительные свойства материалов териалы по примерам Характеристика Разрушающее напряжение, МПа при растяжении сжатии изгибе Теплостойкость по Вика, С Коэффициент теплопроводности,Вт/мК Примеры 1 и 2 показывают, что по предлагаемому способу можно получать волокнистоармированные материалы с высокими эксплуатационными свойствами. Получать аналогичные материалы по прототипу невозможно таким образом, предлагаемый способ имеет более широкие области применения. Пример 3 показывает, что по предлагаемому способу можно получать материал, который обладает более высокими физико-механическими свойствами, чем полученный по прототипу разрушающее напряжение при сжатии выше на 33 , а при растяжении на 45 . Из примера 4 видно, что, применяя предлагаемый способ, можно получать более эффективный наполнитель, чем по прототипу. Полиэтилен низкого давления с наполнителем, изготовленным по предлагаемому способу, обладает более высокими разрушающим напря 3 3666 1 жением при растяжении (на 9 ), при сжатии (на 67 ) и теплостойкостью (на 14 ), чем тот же полиэтилен, наполненный по известному способу. В контрольном примере 5 обработка СВЧ-током заменена обработкой током промышленной частоты. В результате чего свойства получаемого материала снизились. Разрушающее напряжение при сжатии определяли по ГОСТ 4651-82, при растяжении по ГОСТ 11262-80, а при изгибе по ГОСТ 17177-71. Теплостойкость по Вика определяли по ГОСТ 15065-69. Коэффициент теплопроводности определяли по ГОСТ 7076-78. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.