Документ описывает инновационный способ получения вибропоглощающей эпоксидной композиции с использованием волластонита и бутанола, который повышает прочностные характеристики и экологические свойства материала. Процесс включает механохимическую активацию волластонита перед смешиванием, что улучшает взаимодействие наполнителя с эпоксидной матрицей. Полученная композиция обладает высокой прочностью, твердостью и химической стойкостью, что делает её пригодной для различных промышленных применений.

1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28713
(51) C09J 163/02 (2006.01)
C09D 163/02 (2006.01)
C08K 3/34 (2006.01)
C08K 3/36 (2006.01)
C08K 5/06 (2006.01)
C08K 7/00 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1137.1
(22) 28.08.2013
(45) 15.07.2014, бюл. №7
(72) Мансуров Зулхаир Аймухаметович; Мофа
Нина Николаевна; Черноглазова Татьяна
Викторовна; Дегтярева Антонина Степановна;
Садыков Бахтияр Сейсембекович
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Институт
проблем горения" Комитета науки Министерства
образования и науки Республики Казахстан
(56) RU 2258720 C2, 20.02.2005
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПОКСИДНОЙ
КОМПОЗИЦИИ
(57) Изобретение относится к способу получения
вибропоглощающей эпоксидной композиции,
которая может быть использована в различных
отраслях промышленности, в частности для
изготовления наливных полов и различных
заливных компаундов.
Способ получения эпоксидной композиция,
включает смешивание (30-40) масс. % эпоксидной
диановой смолы, (5-10) масс. % аминного
отвердителя, (5-10) масс. % активного разбавителя -
бутанола и (40-60) масс. % волластонита, а перед
смешиванием компонентов волластонит подвергают
помолу совместно с разбавителем в планетарно -
центробежной мельнице дисперстностью до
20 мкм.
В результате реализации способа получают
эпоксидную композицию, обладающую пределом
прочности на изгиб 45-60 МПа, пределом прочности
на сжатие 135-180 МПа, твердостью по Бринеллю
146-163- МПа, деформацией по углу изгиба на
пределе прочности 20-40 град, модулем упругости
3900-4500 МПа, химической стойкостью в бензине -
потерей массы 0,01-0,02%, водопоглощением 3,2-
4,1%.
(19)KZ(13)A4(11)28713

2. 28713
2
Изобретение относится к способу получения
вибропоглощающей эпоксидной композиции,
которая может быть использована в различных
отраслях промышленности, в частности для
изготовления наливных полов и различных
заливных компаундов.
Известен способ получения вибропоглощающей
эпоксидной композиции, включающей смешение
(36-40) масс. % эпоксидной диановой смолы,
(7-8) масс.% аминного отвердителя, (25-27) масс. %
активного разбавителя и (15-20) масс. % асбеста в
качестве армирующего минерального наполнителя.
(РФ патент №2196795, МПК С09J 163/2; С09D
163/02, опубл. 20.01.03).
Недостатками способа являются низкие
характеристики прочности, твердости и модуля
упругости получаемой композиции. Кроме того,
применяемый в качестве минерального наполнителя
асбест, обладает высокой токсичностью.
Наиболее близким техническим решением к
заявляемому является способ получения
вибропоглощающей эпоксидной композиции,
включающей (20,7-40,8) масс. % эпоксидной
диановой смолы, (5.8-10,2) масс. % активного
разбавителя - либо бутилглицидилового эфира, либо
крезилглицидилового эфира, либо
фенилглицидилового эфира, (41,8-62,4) масс. %
волластонита фракции не более 63 мкм с
соотношением длины к толщине иголки частиц 5:1
и (7,2-11,1) масс. % аминного отвердителя - либо
триэтилентетраамина, либо диэтилентриамина,
путем смешения эпоксидной диановой смолы 70%
от всей ее массы с активным разбавителем,
растирания полученной смеси с волластонитом,
введения в раствор оставшейся эпоксидной
диановой смолы, аминного отвердителя и
перемешиванием полученной массы. (РФ патент
№2258720, МПК С09J 163/2; С08K 3/34, 3/36, 5/06,
7/00, опубл. 20.02.05)
Недостатками известного способа являются
пониженные твердость и прочность получаемой
эпоксидной композиции, а также использование в
качестве активных разбавителей летучих сложных
эфиров, что ухудшает экологию при использовании
получаемой эпоксидной композиции.
Задачей изобретения является разработка
экологически чистого способа получения
эпоксидной композиции для напольных систем,
техническим результатом которой являются
высокие эксплуатационные свойства получаемой
эпоксидной композиции -твердость, прочность на
изгиб, модуль упругости, химическая стойкость.
Задача решается тем, что способ получения
эпоксидной композиция, включает смешивание (30-
40) масс. % эпоксидной диановой смолы, (5-10)
масс. % аминного отвердителя, (5-10) масс. %
активного разбавителя - бутанола и (40-60) масс. %
волластонита, а перед смешиванием компонентов
волластонит подвергают помолу совместно с
разбавителем в планетарно - центробежной
мельнице дисперстностью до 20 мкм.
Существенным отличием заявляемого способа от
известного является использование бутанола в
качестве активного разбавителя и помол
волластонита совместно с разбавителем в
планетарно - центробежной мельнице
дисперстностью до 20 мкм.
Помол волластонита в планетарно -
центробежной мельнице дисперстностью до 20 мкм
осуществляют с целью его механохимической
активации (МХА).
Механохимическая активация, волластонита
позволяет создавать на поверхности его частиц
активные центры, способствующие формированию
новых связей между нерганическим наполнителем -
волластонитом и эпоксидной матрицей.
Частицы армирующего мелкодисперсного
волластонита формируют в полимерной матрице
эпоксидной смолы фрактальный каркас (набор
областей локального порядка или кластеров). С
уменьшением размера частиц волластанита в
процессе механоактивации происходит улучшение
морфологии полимерной матрицы, в следствие чего
повышаются прочностные свойства эпоксидной
композиции.
(Роганов А.В., Хвостов С.А., Ананьева Е.С.
Применение фрактально-кластерного подхода для
прогнозирования свойств полимера, наполненного
наноразмерными частицами //Прикладные аспекты
химической технологии полимерных материалов и
наносистем / Материалы 3 Всеросийской научно-
практической конференции, 2009, Бийск, с.88- 96)
(Козлов Г.В., Микитаев А.К. Новый подход к
фрактальным размерностям структуры полимерных
дисперсно-наполненных композитов // Механика
композитных материалов и конструкций.. - 1996. Т.
2, №3-4. c.44-157).
(Новиков В.У., Козлов Г.В. Полифрактальность
структуры наполненных полимеров // Пластические
массы. - 2004, №4. c.27-38.)
Активированный волластонит, полученный
после механоактивации гранулометрического
состава до 20 мкм, равномерно распределяется по
объему полимерной матрицы, повышая ее твердость
и модуль упругости, и создает высокопрочный
каркас в эпоксидном полимере. Кроме того,
уменьшается расслоение в процессе отверждения, а
после отверждения создается равномерно матовая
нескользящая поверхность.
(Межуев СВ. Разработка технологии и
организация производства полимерных
композиционных материалов на основе
нанонаполнителей с повышенным в 1,5-2 раза
сроком эксплуатации. - Российские нанотехнологии.
Том 2, №1-2, 2007.)
Использование бутанола в качестве активного
разбавителя определено тем, что бутанол является
одноатомным спиртом (СН3(СН2)3ОН), и при
реализации заявляемого способа исключает
эфирные испарения, наносящие вред живым
организмам, в отличии от известного способа.
Использование бутанола в качестве активного
разбавителя, позволяет регулировать вязкость
эпоксидной композиции в широком диапазоне.
Кроме того, в процессе МХА происходит его
деструкция до углерода и групп ОН, которые

3. 28713
3
насыщают поверхность частиц волластонита,
используемого в качестве минерального
наполнителя. (Хайнике Г. Трибохимия. - М.: Мир,
1987). (Мофа Н.Н. Механохимическая обработка -
прогрессивный технологический процесс создания
новых композиционных материалов. (Обзор) / Сб.
Химия и химическая технология. Современные
проблемы. - Алматы: Қазақ университеті, 2004. c.63
-198). При этом углерод и группы ОН являются
центрами, участвующими в полимеризации
эпоксидной композиции, обеспечивая прочную
сшивку эпоксидной матрицы с частицами
волластонита. Вследствии этого повышаются
эксплуатационные свойства получаемой эпоксидной
композиции.
Совместная механоактивация волластонита с
активным разбавителем бутанолом позволяет
эффективно модифицировать поверхность
волластонита и обеспечивает необходимый уровень
вязкости и растекаемости эпоксидной композиции
по поверхности полов и различных заливных
компаундов. Кроме того, механоактивация
волластонита совместно с бутанолом способствует
дополнительной сшивке армирующего наполнителя
с полимерной матрицей эпоксидной смолы, что
приводит к повышению эксплуатационных свойств
получаемой эпоксидной композиции: твердости,
прочности и химической стойкости.
Содержание компонентов в эпоксидной
композиции подобрано экспериментально и
является оптимальным для достижения
необходимого технического результата.
Содержание в композиции эпоксидной диановой
смолы зависит от содержания минерального
наполнителя. При увеличении содержания
волластонита содержание эпоксидной диановой
смолы уменьшают, а при уменьшении содержания
волластонита содержание эпоксидной диановой
смолы увеличивают.
Соотношение аминного отвердителя к
количеству эпоксидной диановой смолы составляет
1-2:8-9 (Кардашов Д.А. Конструкционные клеи. - М,
Химия, 1980).
Содержание волластонита варьируется в
диапазоне 40-60 мас. % и является оптимальным,
так как при данной степени наполнения образуется
необходимая кластерная структура материала. При
содержании волластонита в эпоксидной композиции
менее 40 мас. % частицы волластонита в материале
распределяются независимо друг от друга и не
образуют кластерной структуры, что снижает
прочностные характеристики материала. При
содержании волластонита более 60 мас. %
эпоксидная диановая смола уже не может
обеспечить смачивание всех частиц волластонита.
При этом появляются частицы, не связанные
граничным слоем со смолой, что существенно
снижает прочностные характеристики материала.
Оптимальное содержание активного разбавителя
бутанола составляет 5-10 мас. % и рассчитывается в
зависимости от количества эпоксидной диановой
смолы и содержания волластонита. При совместной
механохимической активации волластонита с
разбавителем на поверхности минерального
наполнителя формируются активные группы,
которые при взаимодействии с активными группами
эпоксидной диановой смолы образуют прочные
связи. При содержании в композиции менее
5 мас. % бутанола не обеспечиваются условия для
образования достаточного количества активных
групп на поверхности минерального наполнителя,
что снижает прочность связи по границе раздела.
При содержании бутанола более 10 % увеличивается
время отверждения. (Принципы создания
композиционных материалов / А.А.Берлин,
С.А. Вольфсон, Н.С.Еникополов - М., Химия, 1990.-
с.240).
В таблице 1 приведены составы эпоксидной
композиции, получаемой заявляемым способом
образцов и ее механические характеристики.
Таблица 1
Компоненты композиции Прототип Содержание, %
1 2 3
Эпоксидо-диановая смола 20-40 30 35 40
Аминный отвердитель 7-11 5 8 10
Активный разбавитель 5-10 5 7 10
Аппретированный волластонит 41-62
Активированный волластонит 60 50 40
Показатели
Предел прочности на изгиб, МПа 60 50 45
Предел прочности на сжатие, МПа 130-150 180 150 135
Твердость по Бринелю, МПа 27-35 163 154 146
Деформация по углу изгиба на пределе
прочности, град
30 40 20
Модуль упругости, МПа 2200-3800 4500 4000 3900
Химическая стойкость в бензине
Потеря массы, %
0,02 0,01 0,01
Водопоглощение, % 4,1 3,5 3,2

4. 28713
4
Заявляемый способ получения эпоксидной
композиции выполняют следующим образом.
(40-60) кг волластонита подвергают помолу
совместно с (5-10) кг бутанола в планетарно -
центробежной мельнице дисперстностью до
20 мкм. Полученный состав смешивают с (30-40) кг
эпоксидной диановой смолы и (5-10) аминного
отвердителя. После тщательного перемешивания
смеси получают эпоксидную композицию,
обладающую пределом прочности на изгиб
45-60 МПа, пределом прочности на сжатие
135-180 МПа, твердостью по Бринеллю
146-163 МПа, деформаций по углу изгиба на
пределе прочности 20-40 град, модулем упругости
3900-4500 МПа, химической стойкостью в бензине -
потерей массы 0,01-0,02%, водопоглощением 3,2-
4,1%.
Пример 1 конкретного выполнения способа
получения эпоксидной композиции.
Эпоксидную композицию приготовляли
следующим образом. 60 кг волластонита
подвергают помолу в планетарно - центробежной
мельнице совместно с 5 кг бутанола в течении
20 минут, затем смешивают с 30 кг эпоксидной
смолы марки ЭДП (ТУ 2385-90-07510508-2008) до
однородного состояния и вводят аминный
отвердитель -триэтилентетраамина. После
тщательного перемешивания смеси получают
эпоксидную композицию, готовую к
использованию. Отверждение получаемой
эпоксидной композиции происходит в течении
12 часов при нормальных условиях. Физико-
механические свойства затвердевшей эпоксидной
композиции определяют через 24 часа.
Примеры 2, 3 выполнения способа получения
эпоксидной композиции таблицы 1 выполняют
гшалогично примеру 1.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения эпоксидной композиции,
заключающийся в смешивании (30-40) мас. %
эпоксидной диановой смолы, (5-10) мас. %
аминного отвердителя, (5-10) мас.% активного
разбавителя и (40-60) мас. % волластонита,
отличающий тем, что перед смешиванием
компонентов волластонит подвергают помолу
совместно с разбавителем в планетарно -
центробежной мельнице дисперстностью до 20 мкм,
а в качестве активного разбавителя используют
бутанол.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч