[go: up one dir, main page]

RU2638169C2 - Composition for producing nanocomposites with reconfigurable polymer matrix - Google Patents

Composition for producing nanocomposites with reconfigurable polymer matrix Download PDF

Info

Publication number
RU2638169C2
RU2638169C2 RU2015151436A RU2015151436A RU2638169C2 RU 2638169 C2 RU2638169 C2 RU 2638169C2 RU 2015151436 A RU2015151436 A RU 2015151436A RU 2015151436 A RU2015151436 A RU 2015151436A RU 2638169 C2 RU2638169 C2 RU 2638169C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymer
nanoparticles
epoxy
inorganic filler
composition according
Prior art date
Application number
RU2015151436A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015151436A (en
Inventor
Ольга Евгеньевна Филиппова
Анна Ивановна Барабанова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2015151436A priority Critical patent/RU2638169C2/en
Publication of RU2015151436A publication Critical patent/RU2015151436A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2638169C2 publication Critical patent/RU2638169C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00Layered products having a non-planar shape
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: composition comprises the following components in a ratio of wt %: 56-98 of the epoxy mesh polymer, 17.3-38.9 of dicarboxylic acid anhydride as a hardener, 1.8-3.8 of the interchain exchange catalyst, 1-40 of the inorganic filler. Zinc acetylacetonate is used as the interchain exchange catalyst. As an inorganic filler, spherical nanoparticles SiO2 or gallouzasite nanotubes are used.
EFFECT: invention allows to obtain a polymer material with improved mechanical properties, capable of re-treatment and self-healing of cracks.
6 cl, 3 dwg, 1 tbl, 6 ex

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к новому типу сетчатых полимерных нанокомпозитов (реактопластов) с перестраивающейся полимерной матрицей, способных к повторной обработке, в частности, сваркой и к «самозаживлению» трещин, а именно к высокосшитым эпоксидным нанокомпозитам.The present invention relates to a new type of cross-linked polymer nanocomposites (thermosets) with a rebuilding polymer matrix capable of reprocessing, in particular, welding and “self-healing” cracks, namely, highly cross-linked epoxy nanocomposites.

Настоящее изобретение относится также к композиции, включающей ароматическую или циклоалифатическую эпоксидную смолу, сшивающий агент, наночастицы неорганического наполнителя и катализатор реакции трансэтерификации. Этот подход основан на проведении в указанных материалах реакций межцепного обмена, активизирующихся при температуре обработки и практически не происходящих при температуре эксплуатации.The present invention also relates to a composition comprising an aromatic or cycloaliphatic epoxy resin, a crosslinking agent, inorganic filler nanoparticles and a transesterification reaction catalyst. This approach is based on carrying out interchain exchange reactions in these materials, which are activated at the processing temperature and practically do not occur at the operating temperature.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в современной высокотехнологичной промышленности (от конструкционных материалов нового поколения до высокопроизводительных солнечных батарей, матриц для жидкокристаллических дисплеев, сверхплотных массивов для хранения информации и др.) для создания изделий, которые можно соединять друг с другом путем сварки, как термопласты, но, в отличие от термопластов, они по-прежнему не будут растворяться ни в одном из растворителей [Hussain F., Hojjati М., Okamoto М., Gorga R.E., J. Comp. Mater. 2006, 40, 1511; Mark J.E., Асе. Chem. Res. 2006, 39, 881; Winey K.I., Vaia R.A., MRS Bull. 2007, 32, 314; Ray S.S., Bousmina M., Polymer Nanocomposites and Their Applications. California, USA: American Scientific Publishers, 2008]. Более того, возможен также локальный нагрев, позволяющий ремонтировать поврежденные изделия in situ, используя способность этих материалов к «самозаживлению». Наночастицы могут как усилить свойства самих сетчатых полимеров (например, повысить прочность реактопластов или устойчивость их пространственных размеров) [Guo Z., Pereira Т., Choi О., Wang Y., Hahn H.T., J. Mater. Chem. 2006, 16, 2800; Paul D.R., Robeson L.M. Polymer 2008, 49, 3187], так и придать им новые свойства (например, магнитные свойства в случае использования ферромагнитных наночастиц) [Zrinyi М., Barsi L.,

Figure 00000001
A., Polymer Gels & Networks 1998, 6, 441; Xu Y., Gong X., Xuan S., Zhang W., Fan Y., Soft Matter 2011, 7, 5246]. Это позволяет существенно расширить области практического применения традиционных полимерных материалов. В частности, это касается сеток-реактопластов на основе циклоалифатических эпоксидных смол, которые стали весьма перспективными для замены дорогостоящих полиимидных матриц в жидкокристаллических дисплеях, когда удалось повысить их температуру стеклования [Kang S., Hong S.I., Choe C.R., Park M., Rim S., Kim J., Polymer 2001, 42, 879; Zhang M.Q., Rong M.Z., Yu S.L., Wetzel В., Friedrich K. Wear 2002, 253, 1086; Барабанова А.И., Шевнин П.Л., Пряхина T.A., Бычко К.А., Казанцева, Завин Б.Г., Выгодский Я.С., Аскадский А.А., Филиппова О.Е., Хохлов А.Р., Высокомол. соед., сер. А, 2008, 50, 1242; Barabanova A.I., Philippova О.Е., Askadskii А.А, Khokhlov A.R., Procedia Chem. 2012, 4, 352; Аскадский A.A., Афанасьев E.C., Петунова М.Д., Барабанова А.И., Голенева Л.М., Филиппова О.Е., Высокомол. соед., сер. А, 2014, 56, 304] и устойчивость пространственных размеров благодаря введению наночастиц, ограничивающих сегментальную подвижность полимера.The invention can be most effectively used in modern high-tech industry (from construction materials of a new generation to high-performance solar panels, matrixes for liquid crystal displays, superdense arrays for storing information, etc.) to create products that can be connected to each other by welding, like thermoplastics but, unlike thermoplastics, they still will not dissolve in any of the solvents [Hussain F., Hojjati M., Okamoto M., Gorga RE, J. Comp. Mater. 2006, 40, 1511; Mark JE, Ace. Chem. Res. 2006, 39, 881; Winey KI, Vaia RA, MRS Bull. 2007, 32, 314; Ray SS, Bousmina M., Polymer Nanocomposites and Their Applications. California, USA: American Scientific Publishers, 2008]. Moreover, local heating is also possible, making it possible to repair damaged products in situ using the self-healing ability of these materials. Nanoparticles can both enhance the properties of cross-linked polymers themselves (for example, increase the strength of thermosets or the stability of their spatial sizes) [Guo Z., Pereira T., Choi O., Wang Y., Hahn HT, J. Mater. Chem. 2006, 16, 2800; Paul DR, Robeson LM Polymer 2008, 49, 3187], and give them new properties (for example, magnetic properties in the case of using ferromagnetic nanoparticles) [Zrinyi M., Barsi L.,
Figure 00000001
A., Polymer Gels & Networks 1998, 6, 441; Xu Y., Gong X., Xuan S., Zhang W., Fan Y., Soft Matter 2011, 7, 5246]. This allows you to significantly expand the field of practical application of traditional polymeric materials. In particular, this relates to cycloaliphatic epoxy resin-based thermosets that have become very promising for replacing expensive polyimide matrices in liquid crystal displays when their glass transition temperature has been increased [Kang S., Hong SI, Choe CR, Park M., Rim S ., Kim J., Polymer 2001, 42, 879; Zhang MQ, Rong MZ, Yu SL, Wetzel B., Friedrich K. Wear 2002, 253, 1086; Barabanova A.I., Shevnin P.L., Pryakhina TA, Bychko K.A., Kazantseva, Zavin B.G., Vygodsky Y.S., Askadsky A.A., Filippova O.E., Khokhlov A. R., Vysokomol. conn., ser. A, 2008, 50, 1242; Barabanova AI, Philippova O.E., Askadskii A.A., Khokhlov AR, Procedia Chem. 2012, 4, 352; Askadsky AA, Afanasyev EC, Petunova M.D., Barabanova A.I., Goleneva L.M., Filippova O.E., Vysokomol. conn., ser. A, 2014, 56, 304] and spatial dimensional stability due to the introduction of nanoparticles that limit the segmental mobility of the polymer.

Уровень техникиState of the art

Известны полимерные нанокомпозиты на основе эпоксидных смол и наночастиц неорганического наполнителя, в частности двуокиси кремния, полученные реакцией отверждения эпоксидных смол в присутствии готовых наночастиц как с немодифицированной, так и с модифицированной поверхностью (с привитыми на поверхность изоцианатными и аминными группами) [патенты США №2005/0008865; 2005/0049352; 2005/0048291; 2005/0181214; 2005/0170188; 4764497 USA. 1988; Crivello J.V., Mao Z., Chem. Mater., 1997, 9, 1562; Kang S., Hong S.I., Choe C.R., Park M., Rim S., Kim J., Polymer, 2001, 42, 879; Zhang M.Q., Rong M.Z., Yu S.L., Wetzel В., Friedrich K., Wear, 2002, 253, 1086]. Введение в полимерную матрицу наночастиц SiO2 с модифицированной поверхностью [патенты США №2005/0008865; 2005/0049352; 2005/0048291; 2005/0181214; 2005/0170188; 4764497 USA. 1988; Crivello J.V., Мао Z., Chem. Mater., 1997, 9, 1562; Kang S., Hong S.I., Choe C.R., Park M., Rim S., Kim J., Polymer, 2001, 42, 879; Zhang M.Q., Rong M.Z., Yu S.L., Wetzel В., Friedrich K., Wear, 2002, 253, 1086] приводит к улучшению термических свойств наноматериалов. Однако в большинстве случаев это улучшение не слишком велико. Например, при отверждении циклоалифатических и/или ароматических эпоксидных смол в присутствии 10-70 мас. % наночастиц SiO2 с привитыми на поверхность фенильными группами, промотирующими диполь-дипольное взаимодействие между наночастицами и полимерной матрицей, были получены нанокомпозиты, которые не показывают существенного увеличения температуры стеклования (Тс) при сохранении хорошей прозрачности [патенты США №2005/0008865; 2005/0049352; 2005/0048291; 2005/0181214; 2005/0170188; 4764497 USA. 1988; Crivello J.V., Мао Z., Chem. Mater., 1997, 9, 1562]. Прививка на поверхность наночастиц SiO2 функциональных групп, способных химически взаимодействовать с компонентами эпоксидной матрицы, например эпоксидных, аминных или изоцианатных групп, позволяет увеличить Тс лишь на 10-20°С по сравнению с Тс ненаполненного полимера [Kang S., Hong S.I., Choe С.R., Park M., Rim S., Kim J., Polymer, 2001, 42, 879; Zhang M.Q., Rong M.Z., Yu S.L., Wetzel В., Friedrich K., Wear, 2002, 253, 1086].Known polymer nanocomposites based on epoxy resins and inorganic filler nanoparticles, in particular silicon dioxide, obtained by the curing reaction of epoxy resins in the presence of finished nanoparticles with both unmodified and modified surfaces (with isocyanate and amine groups grafted onto the surface) [US Pat. No. 2005 / 0008865; 2005/0049352; 2005/0048291; 2005/0181214; 2005/0170188; 4,764,497 USA. 1988; Crivello JV, Mao Z., Chem. Mater., 1997, 9, 1562; Kang S., Hong SI, Choe CR, Park M., Rim S., Kim J., Polymer, 2001, 42, 879; Zhang MQ, Rong MZ, Yu SL, Wetzel B., Friedrich K., Wear, 2002, 253, 1086]. Introduction to the polymer matrix of SiO 2 nanoparticles with a modified surface [US patent No. 2005/0008865; 2005/0049352; 2005/0048291; 2005/0181214; 2005/0170188; 4,764,497 USA. 1988; Crivello JV, Mao Z., Chem. Mater., 1997, 9, 1562; Kang S., Hong SI, Choe CR, Park M., Rim S., Kim J., Polymer, 2001, 42, 879; Zhang MQ, Rong MZ, Yu SL, Wetzel B., Friedrich K., Wear, 2002, 253, 1086] leads to improved thermal properties of nanomaterials. However, in most cases, this improvement is not too large. For example, when curing cycloaliphatic and / or aromatic epoxy resins in the presence of 10-70 wt. % SiO 2 nanoparticles with phenyl groups grafted onto the surface, promoting a dipole-dipole interaction between the nanoparticles and the polymer matrix, nanocomposites were obtained that did not show a significant increase in the glass transition temperature (T c ) while maintaining good transparency [US Pat. No. 2005/0008865; 2005/0049352; 2005/0048291; 2005/0181214; 2005/0170188; 4,764,497 USA. 1988; Crivello JV, Mao Z., Chem. Mater., 1997, 9, 1562]. The grafting onto the surface of SiO 2 nanoparticles of functional groups capable of chemically interacting with the components of the epoxy matrix, for example, epoxy, amine or isocyanate groups, allows T c to be increased by only 10-20 ° C compared to T c of an unfilled polymer [Kang S., Hong SI Choe C. R., Park M., Rim S., Kim J., Polymer, 2001, 42, 879; Zhang MQ, Rong MZ, Yu SL, Wetzel B., Friedrich K., Wear, 2002, 253, 1086].

Известны также прозрачные термостойкие нанокомпозиты (увеличение Tc на ~50°С, уменьшение КТР почти в 5 раз по сравнению с ненаполненной эпоксидной смолой) на основе циклоалифатической эпоксидной смолы и 10-15 нм сферических наночастиц с ангидридными поверхностными группами, выполняющих роль полифункционального отвердителя эпоксидной смолы [Барабанова А.И., Шевнин П.Л., Пряхина Т.А., Бычко К.А., Казанцева, Завин Б.Г., Выгодский Я.С., Аскадский А.А., Филиппова О.Е., Хохлов А.Р., Высокомол. соед., сер. А, 2008, 50, 1242; Barabanova A.I., Philippova О.Е., Askadskii А.А, Khokhlov A.R., Procedia Chem. 2012, 4, 352; Аскадский A.A., Афанасьев E.C., Петунова М.Д., Барабанова А.И., Голенева Л.М., Филиппова О.Е., Высокомол. соед., сер. А, 2014, 56, 304].Transparent heat-resistant nanocomposites are also known (an increase in T c by ~ 50 ° C, a decrease in CTE by almost 5 times compared with an unfilled epoxy resin) based on cycloaliphatic epoxy resin and 10-15 nm spherical nanoparticles with anhydride surface groups acting as a polyfunctional hardener epoxy resin [Barabanova A.I., Shevnin P.L., Pryakhina T.A., Bychko K.A., Kazantseva, Zavin B.G., Vygodsky Y.S., Askadsky A.A., Filippova O.E. ., Khokhlov A.R., Vysokomol. conn., ser. A, 2008, 50, 1242; Barabanova AI, Philippova O.E., Askadskii A.A., Khokhlov AR, Procedia Chem. 2012, 4, 352; Askadsky AA, Afanasyev EC, Petunova M.D., Barabanova A.I., Goleneva L.M., Filippova O.E., Vysokomol. conn., ser. A, 2014, 56, 304].

Недостатком известных эпоксидных нанокомпозитов, как и других реактопластов, является тот факт, что полученные материалы, хотя и сохраняют ценные технологические свойства эпоксидной матрицы (великолепную адгезию к различным поверхностям, химическую стойкость, прозрачность и пр.) и имеют достаточно высокие термические свойства (например, большие значения температуры стеклования, низкие коэффициенты теплового расширения), но не обладают способностью к повторному формованию, к механической обработке, например сваркой, и к «самозаживлению» трещин. Их невозможно повторно переработать и придать им новую форму, поскольку они не переходят в вязкотекучее состояние и не растворяются ни в одном из растворителей из-за связанности полимерных цепей в единую сетку.A disadvantage of known epoxy nanocomposites, as well as other thermosets, is the fact that the obtained materials, although retain the valuable technological properties of the epoxy matrix (excellent adhesion to various surfaces, chemical resistance, transparency, etc.) and have fairly high thermal properties (for example, high glass transition temperatures, low coefficients of thermal expansion), but do not have the ability to re-molding, machining, such as welding, and to "self-healing Yu "cracks. It is impossible to recycle them and give them a new shape, since they do not go into a viscous flow state and do not dissolve in any of the solvents due to the cohesion of the polymer chains into a single network.

Ранее невыполнимую задачу повторного формования реактопластов (без наночастиц) удалось решить французским ученым под руководством Л. Лейблера [ЕР 2576193 А1, US 20110319524 A1, Montarnal D., Capelot М., Tournilhac F., Leibler L., Science 2011, 334, 965]. В указанных патентных источниках описаны эпоксидные сетчатые полимеры (реактопласты) с перестраиваемой полимерной матрицей, которые можно повторно формовать и благодаря этому повторно использовать. В изделиях такие полимеры могут быть использованы отдельно или в присутствии дополнительных компонентов, таких как полимеры, пигменты, красители, наполнители, волокна, огнеупорные добавки, антиоксиданты, смазки, дерево, стекло или металлы. Следует отметить, что возможность введения в состав полимеров с перестраиваемой матрицей дополнительных компонентов авторы упоминают лишь в разделе «Описание изобретения» и не защищают их в «Формуле изобретения». Кроме того, в патентах отсутствуют примеры с описанием способов получения таких наполненных материалов. Что касается самих перестраиваемых полимерных матриц, то предлагаемый подход к их созданию основан на проведении в полимерных материалах, представляющих собой сетчатые структуры, реакций межцепного обмена, изменяющих топологию сетки и активизирующихся при температуре переработки при добавлении катализатора и практически не происходящих при температуре эксплуатации. Л. Лейблер назвал такие материалы витримерами. Изделия из витримеров можно многократно формовать и ремонтировать, используя их способность к перестройке при нагревании. Указанные материалы были выбраны в качестве прототипа.The previously impossible task of re-molding thermosets (without nanoparticles) was solved by French scientists led by L. Leibler [EP 2576193 A1, US 20110319524 A1, Montarnal D., Capelot M., Tournilhac F., Leibler L., Science 2011, 334, 965 ]. These patent sources disclose tunable polymer matrix epoxy cross-linked polymers (thermosets) that can be re-molded and thereby reused. In products, such polymers can be used alone or in the presence of additional components, such as polymers, pigments, dyes, fillers, fibers, refractory additives, antioxidants, lubricants, wood, glass or metals. It should be noted that the authors mention the possibility of introducing additional components into the composition of polymers with a tunable matrix only in the section "Description of the invention" and do not protect them in the "claims." In addition, there are no examples in the patents describing methods for producing such filled materials. As regards the tunable polymer matrices themselves, the proposed approach to their creation is based on conducting interchain exchange reactions in polymer materials that are network structures, changing the network topology and activating at the processing temperature with the addition of a catalyst and practically not occurring at the operating temperature. L. Leibler called such materials vitrimers. Products from vitrimers can be repeatedly molded and repaired using their ability to rebuild when heated. These materials were selected as a prototype.

Известен материал [патенты ЕР 2576193 А1, US 20110319524 A1], который получают следующим образом. Сначала готовят растворимую форму катализатора межцепного обмена [Otera J., Chem. Rev. 1993, 93, 1449] смешиванием 20 г Припола 1040 (молекулярная масса в расчете на СООН группу - 296 г/моль, содержание димера - 23%, тримера - 77%) и 742 мг дигидрата ацетата цинка и нагреванием под вакуумом при температуре от 110 до 170°С в течение 3 ч. Затем 15.75 г этой смеси добавляют к 9.25 г диглицидилового эфира бисфенола А (ДГЭБА), что соответствует отношению концентраций СООН и эпоксидных групп, близкому к 1. Смесь гомогенизируют при механическом перемешивании при 130°С, переливают в форму и отверждают на латунной пластине при давлении 10 МПа и температуре 130°С в течение 4 ч.Known material [patents EP 2576193 A1, US 20110319524 A1], which is obtained as follows. First, a soluble form of the interchain exchange catalyst is prepared [Otera J., Chem. Rev. 1993, 93, 1449] by mixing 20 g of Pribol 1040 (molecular weight per COOH group - 296 g / mol, dimer content - 23%, trimer - 77%) and 742 mg of zinc acetate dihydrate and heating under vacuum at a temperature of 110 up to 170 ° C for 3 hours. Then 15.75 g of this mixture is added to 9.25 g of bisphenol A diglycidyl ether (DHEBA), which corresponds to a concentration of COOH and epoxy groups close to 1. The mixture is homogenized with mechanical stirring at 130 ° C, overflowed into the mold and cured on a brass plate at a pressure of 10 MPa and a temperature of 130 ° C for 4 hours

Для проверки способности данного материала «залечивать» дефекты, например трещины, была проведена сварка двух образцов материала размером 25 мм×5 мм×1.35 мм, наложенных друг на друга с площадью перекрывания 15 мм×5 мм при 26%-ном сжатии и нагретых при 150°С в течение 1 ч. Напряжение на разрыв у полученного образца составило 26.8 Н.To test the ability of this material to “heal” defects, such as cracks, two samples of material 25 mm × 5 mm × 1.35 mm in size were applied, superimposed on one another with an overlapping area of 15 mm × 5 mm at 26% compression and heated at 150 ° C for 1 h. The tensile stress of the obtained sample was 26.8 N.

Известен материал [Montarnal D., Capelot М, Tournilhac F., Leibler L., Science 2011, 334, 965], который получают отверждением 1 моль ДГЭБА с 0.5 моль глутарового ангидрида (ГА) в присутствии 0.1, 5 и 10% (относительно ДГЭБА) ацетилацетоната цинка (Zn(acac)2×H2O), используемого в качестве катализатора реакции межцепного обмена - трансэтерификации. Способ состоит из стадии предварительного растворения ацетилацетоната цинка в ДГЭБА при нагревании, добавлении ангидрида, перемешивании полученной смеси и последующем отверждении на латунной пластине 10 см×10 см×0.15 см при 140°С в течение 12 ч.Known material [Montarnal D., Capelot M, Tournilhac F., Leibler L., Science 2011, 334, 965], which is obtained by curing 1 mol of DHEB with 0.5 mol of glutaric anhydride (HA) in the presence of 0.1, 5 and 10% (relative to DHEBA) zinc acetylacetonate (Zn (acac) 2 × H 2 O), used as a catalyst for the interchain exchange - transesterification reaction. The method consists of the stage of preliminary dissolution of zinc acetylacetonate in DHEBA by heating, adding anhydride, stirring the resulting mixture and then curing on a brass plate 10 cm × 10 cm × 0.15 cm at 140 ° C for 12 hours.

Сваривание двух образцов размером 25 мм × 5 мм × 1.4 мм, наложенных друг на друга с площадью перекрывания 15 мм × 5 мм проводили при 100, 125 или 150°С в течение разного времени при 25%-ном сжатии. У материала-прототипа 2 максимальное напряжение при разрыве, равное 27 Н, демонстрирует образец, содержащий 5 мол. % Zn(acac)2, нагретый при 150°С в течение 1 ч. Напряжение при разрыве образца-сравнения (прямоугольная полоска материала с размером 35 мм × 5 мм × 1.4 мм) составляет 35 Н.Welding of two samples with a size of 25 mm × 5 mm × 1.4 mm superimposed on each other with an overlap area of 15 mm × 5 mm was carried out at 100, 125, or 150 ° C for different times with 25% compression. The material of the prototype 2 maximum tensile stress at break equal to 27 N, shows a sample containing 5 mol. % Zn (acac) 2 , heated at 150 ° C for 1 h. The stress at break of the reference sample (a rectangular strip of material with a size of 35 mm × 5 mm × 1.4 mm) is 35 N.

К недостаткам указанных выше материалов относятся недостаточно высокие механические свойства изделий, в частности показатели напряжения при разрыве сварных образцов.The disadvantages of the above materials include insufficiently high mechanical properties of the products, in particular, stress indicators at break of welded samples.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача настоящего изобретения состоит в создании композиции для получения сетчатых наполненных полимерных материалов - реактопластов с перестраиваемой полимерной матрицей, способных к повторной обработке, в частности, сваркой и к «самозаживлению» трещин и обладающих улучшенными механическими свойствами.The objective of the present invention is to create a composition for producing mesh-filled polymer materials - thermosets with a tunable polymer matrix, capable of reprocessing, in particular, welding and "self-healing" of cracks and having improved mechanical properties.

Поставленная задача решается композицией для получения нанокомпозитов с перестраиваемой полимерной матрицей, включающей эпоксидный сетчатый полимер, катализатор межцепного обмена, отвердитель, представляющий собой ангидрид дикарбоновых кислот и неорганический наполнитель, при следующем соотношении компонентов, вес.%:The problem is solved by the composition for producing nanocomposites with a tunable polymer matrix, including an epoxy cross-linked polymer, an interchain exchange catalyst, a hardener, which is a dicarboxylic acid anhydride and inorganic filler, in the following ratio, wt.%:

полимерpolymer 56-9856-98 ангидрид дикарбоновых кислотdicarboxylic acid anhydride 17.3-38.9 (относительно полимера)17.3-38.9 (relative to the polymer) катализатор межцепного обменаinterchain catalyst 1.8-3.81.8-3.8 неорганический наполнительinorganic filler 1-40,1-40,

при этом в качестве катализатора межцепного обмена используют ацетилацетонат цинка, а в качестве неорганического наполнителя используют сферические наночастицы SiO2 или нанотрубки галлуазита.however, zinc acetylacetonate is used as an interchain exchange catalyst, and spherical SiO 2 nanoparticles or halloysite nanotubes are used as an inorganic filler.

Предпочтительно в качестве эпоксидного сетчатого полимера использовать ароматические или алифатические полимеры.Preferably, aromatic or aliphatic polymers are used as the epoxy cross-linked polymer.

Предпочтительно в качестве ароматических полимеров использовать диглицидиловый эфир бисфенола А (ДГЭБА), различные бисфенолы, например бисфенол А (4,4'-(пропан-2,2-диил)дифенол), бисфенол АР (1,1-бис(4-гидроксифенил)-1-фенилэтан), бисфенол AF (2,2-бис(4-гидроксифенил)гексафторпропан), глицидиловые производные фенолоформальдегидных новолачных смол.It is preferable to use bisphenol A diglycidyl ether (DHEBA) as aromatic polymers, various bisphenols, for example bisphenol A (4,4 '- (propan-2,2-diyl) diphenol), bisphenol AR (1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ) -1-phenylethane), bisphenol AF (2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane), glycidyl derivatives of phenol-formaldehyde novolac resins.

Предпочтительно в качестве алифатических полимеров использовать ЭБКБЭ, диэпоксиды гексагидробензаль-1,1-бис-(оксиметил)циклогексена, дициклопентенилового эфира, дициклопентадиена, винилциклогексена, эпоксидированные олигомеры дивинила.It is preferable to use EBKBE as aliphatic polymers, hexahydrobenzal-1,1-bis- (hydroxymethyl) cyclohexene diepoxides, dicyclopentenyl ether, dicyclopentadiene, vinylcyclohexene, epoxidized divinyl oligomers.

Предпочтительно использовать сферические наночастицы SiO2, имеющие диаметр до 15 нм.It is preferable to use spherical SiO 2 nanoparticles having a diameter of up to 15 nm.

Предпочтительно использовать нанотрубки, имеющие длину от 1000 до 1300 нм и диаметр от 30 до 70 нм.It is preferable to use nanotubes having a length of from 1000 to 1300 nm and a diameter of from 30 to 70 nm.

Технический результат заключается в создании композиции для получения сетчатых полимерных нанокомпозитов (реактопластов) с перестраиваемой полимерной матрицей, способных к повторной обработке, в частности, сваркой и к «самозаживлению» трещин, которые обладают улучшенными механическими свойствами, а именно: повышенными значениями модуля упругости, предела прочности, ударной вязкости, и при сваривании двух образцов будут демонстрировать напряжение на разрыв больше, чем ненаполненные эпоксидные смолы при тех же условиях.The technical result consists in creating a composition for producing cross-linked polymer nanocomposites (thermosets) with a tunable polymer matrix, capable of reprocessing, in particular, welding and “self-healing” cracks that have improved mechanical properties, namely, increased elastic modulus, limit strength, toughness, and when welding two samples will show a tensile stress greater than unfilled epoxy resins under the same conditions.

Указанный технический результат достигается тем, что подобран такой качественный состав и количество компонентов, которое позволяет при сохранении свойств матрицы к перестраиванию улучшить механические свойства композиции.The specified technical result is achieved by the fact that such a qualitative composition and quantity of components is selected that, while maintaining the properties of the matrix for rebuilding, improves the mechanical properties of the composition.

Указанные полимерные нанокомпозиты с перестраиваемой полимерной матрицей и способностью к повторной обработке, в частности, сваркой и к «самозаживлению» трещин получены отверждением ароматических (ДГЭБА) и циклоалифатических (диэпоксид тетрагидробензилового эфира тетрагидробензойной кислоты, ЭБКБЭ) эпоксидных смол с отвердителем - метилгексагидрофталевым ангидридом (ГМФА) в присутствии Zn(acac)2 и 10-15 нм сферических наночастиц SiO2 (Фиг. 1 и Фиг. 2, а) или нанотрубок галлуазита (Фиг. 2, б), при этом к эпоксидным смолам добавляют Zn(acac)2 в качестве катализатора реакции трансэтерификации, нагревают полученную смесь в течение 1 ч при 150°С, прибавляют наночастицы SiO2 или нанотрубки галлуазита, перемешивают при нагревании при 80°С, затем к полученной смеси при перемешивании добавляют ГМФА, переливают полученную исходную смесь в тефлоновые формы и нагревают со скоростью 5°С/мин до 140°С, выдерживают при этой температуре 12 ч.The indicated polymer nanocomposites with a tunable polymer matrix and the ability to reprocess, in particular, welding and to “self-heal” cracks, were obtained by curing aromatic (DHEBA) and cycloaliphatic (diepoxide tetrahydrobenzyl ester of tetrahydrobenzoic acid, EBKBE) with epoxy-hydroxymethylgene in the presence of Zn (acac) 2 and 10-15 nm spherical SiO 2 nanoparticles (Fig. 1 and Fig. 2, a) or halloysite nanotubes (Fig. 2, b), while Zn (acac) 2 is added to the epoxy resins quality transesterification reaction catalyst, the resulting mixture is heated for 1 h at 150 ° С, SiO 2 nanoparticles or halloysite nanotubes are added, stirred under heating at 80 ° С, then HFA is added to the resulting mixture with stirring, the resulting mixture is poured into Teflon molds and heated at a speed of 5 ° C / min to 140 ° C, incubated at this temperature for 12 hours

Figure 00000002
Figure 00000002

В качестве ароматических эпоксидных смол могут быть также использованы различные бисфенолы, включая, но не ограничиваясь ими, бисфенол А (4,4'-(пропан-2,2-диил)дифенол), бисфенол АР (1,1-бис(4-гидроксифенил)-1-фенилэтан), бисфенол AF (2,2-бис(4-гидроксифенил)гексафторпропан), глицидиловые производные фенолоформальдегидных новолачных смол и т.д.Various bisphenols may also be used as aromatic epoxy resins, including, but not limited to, bisphenol A (4,4 '- (propan-2,2-diyl) diphenol), bisphenol AR (1,1-bis (4- hydroxyphenyl) -1-phenylethane), bisphenol AF (2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane), glycidyl derivatives of phenol-formaldehyde novolac resins, etc.

В качестве циклоалифатических эпоксидных смол могут быть также использованы диэпоксиды гексагидробензаль-1,1-бис-(оксиметил)циклогексена, дициклопентенилового эфира, дициклопентадиена, винилциклогексена, эпоксидированные олигомеры дивинила и т.д.Dipoxides of hexahydrobenzene-1,1-bis- (hydroxymethyl) cyclohexene, dicyclopentenyl ether, dicyclopentadiene, vinylcyclohexene, epoxidized divinyl oligomers, etc. can also be used as cycloaliphatic epoxies.

В качестве отвердителей эпоксидной смолы могут быть также использованы кислые отвердители, к которым относятся различные дикарбоновые кислоты или их ангидриды, в частности малеиновый ангидрид, фталевый ангидрид, метилтетрагидрофталевый ангидрид, эндикангидрид, додеценилянтарный ангидрид, глутаровый ангидрид и т.д., и аминные отвердители, в частности метафенилендиамин, дициандиамин, триэтаноламин, гексаметилендиамин, полиэтиленполиамин и т.д.Acid hardeners, which include various dicarboxylic acids or their anhydrides, in particular maleic anhydride, phthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, endicanhydride, dodecenyl succinic anhydride, glutaric anhydride, etc., etc., can also be used as hardeners of epoxy resin. in particular metaphenylenediamine, dicyandiamine, triethanolamine, hexamethylenediamine, polyethylene polyamine, etc.

В качестве полимерных матриц нанокомпозитов могут быть использованы любые сетчатые полимеры с лабильными связями, которые способны в определенных условиях обратимо разрушаться при сохранении структуры исходных макромолекул, например, иономеры и карбоксилатные каучуки.As the polymer matrices of nanocomposites, any net polymers with labile bonds can be used, which under certain conditions can be reversibly destroyed while maintaining the structure of the starting macromolecules, for example, ionomers and carboxylate rubbers.

В качестве неорганического наполнителя используют сферические наночастицы SiO2 с размером частиц от 10 до 15 нм при их концентрации в полимере от 1 до 40 вес. %. В качестве неорганического наполнителя используют также алюмосиликатные нанотрубки - галлуазит с общей химической формулой Al2Si2O5(OH)4⋅2H2O в виде порошка с частицами длиной от 1000 до 1300 нм и диаметром от 30 до 70 нм при их концентрации в полимере от 1 до 40 вес. %.As an inorganic filler, spherical SiO 2 nanoparticles with a particle size of 10 to 15 nm are used at a concentration in the polymer of 1 to 40 weight. % Aluminosilicate nanotubes — halloysite with the general chemical formula Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ⋅ 2H 2 O in the form of a powder with particles with a length of 1000 to 1300 nm and a diameter of 30 to 70 nm at a concentration of polymer from 1 to 40 weight. %

Могут быть также использованы другие наночастицы, включая, но не ограничиваясь этим, наночастицы металлов (таких как железо, серебро, золото, платина, палладий и др.), оксидов металлов (таких как оксиды кремния, титана, железа, алюминия, кальция и т.д.), глин (таких как монтмориллонит, бентонит, лапонит, каолинит и др.), углеродных материалов (таких как углеродные нанотрубки и др.). Наночастицы могут быть различной формы и строения, включая, но не ограничиваясь этим, наносферы, нанокапсулы, нанотрубки, нанопластины, нанокристаллы, нанофибриллы и т.д.Other nanoparticles can also be used, including, but not limited to, metal nanoparticles (such as iron, silver, gold, platinum, palladium, etc.), metal oxides (such as oxides of silicon, titanium, iron, aluminum, calcium, etc.). etc.), clays (such as montmorillonite, bentonite, laponite, kaolinite, etc.), carbon materials (such as carbon nanotubes, etc.). Nanoparticles can be of various shapes and structures, including, but not limited to, nanospheres, nanocapsules, nanotubes, nanoplates, nanocrystals, nanofibrils, etc.

В качестве катализатора реакции межцепного обмена (трансэтерификации) использовали ацетилацетонат цинка. Также могут быть использованы ацетаты, оксиды и карбонаты различных металлов, алкоксиды натрия, калия и титана, 4-(диметиламино)пиридин, 1,8-диазобицикло[5.4.0]ундец-7-ен, бензилдиметиламид, хлорид бензилтриметиламмония и т.д. (J. Otera. Chem. Rev. 1993, v. 93, pp. 1449-1470).Zinc acetylacetonate was used as a catalyst for the interchain exchange (transesterification) reaction. Acetates, oxides and carbonates of various metals, sodium, potassium and titanium alkoxides, 4- (dimethylamino) pyridine, 1,8-diazobicyclo [5.4.0] undec-7-ene, benzyl dimethylamide, benzyltrimethylammonium chloride, etc. can also be used. . (J. Otera. Chem. Rev. 1993, v. 93, pp. 1449-1470).

Способность высокосшитых эпоксидных нанокомпозитов, включающих наночастицы неорганического наполнителя - сферические наночастицы SiO2 и нанотрубки галлуазита, к повторной обработке, в частности, сваркой и к «самозаживлению» трещин оценивали по величине напряжения на разрыв двух прямоугольных образцов, наложенных друг на друга и нагретых в условиях сжатия при температуре, превышающей Тс нанококомпозита. Склеенные образцы исследовали на разрыв при скорости 5 мм/мин на испытательной установке фирмы Lloid. На Фиг. 1 показана фотография образца во время испытания на разрыв. На Фиг. 2 показаны кривые зависимости удлинения от нагрузки для образца ДГЭБА, сшитого ГМФА в присутствии соли цинка при [ДГЭБА]=/ГМФА/Zn(acac)2=61.4/30.7/3.07 ммоль (образец 273 в таблице), и подвергнутых сварке при 160°С в течение 6 ч. На Фиг. 3 показаны кривые зависимости удлинения от нагрузки для образца эпоксидного нанокомпозита, сшитого ГМФА в присутствии соли цинка при ДГЭБА/ ГМФА/Zn(acac)2=61.4/30.7/3.07 ммоль и 5 вес. % наночастиц SiO2 (образец 285 в таблице), и подвергнутых сварке при 160°С в течение 6 ч. Как видно из Фиг. 2, разрушение эпоксидной смолы происходит при нагрузке 78 Н, в то время как эпоксидная смола, полученная сшиванием ДГЭБА в присутствии ГА и Zn(acac)2, разрушается уже при напряжении 35 Н. При добавлении 5 вес. % наночастиц двуокиси кремния для разрушения образца требуется более высокая нагрузка 118.5 Н, причем разрушается не сварное соединение, а сам нанокомпозитный материал.The ability of highly crosslinked epoxy nanocomposites, including inorganic filler nanoparticles — spherical SiO 2 nanoparticles and halloysite nanotubes — to be reprocessed, in particular, by welding and to “self-heal” cracks, was evaluated by the tensile strength of two rectangular samples superimposed on one another and heated under conditions compression at a temperature exceeding T with nanocomposite. Glued samples were examined for rupture at a speed of 5 mm / min in a test installation company Lloid. In FIG. 1 shows a photograph of a sample during a tensile test. In FIG. Figure 2 shows the curves of the dependence of elongation on load for a DHEA sample crosslinked with HFA in the presence of a zinc salt at [DHEBA] = / HFA / Zn (acac) 2 = 61.4 / 30.7 / 3.07 mmol (sample 273 in the table) and welded at 160 ° C for 6 hours. FIG. Figure 3 shows the curves of the dependence of elongation on load for a sample of an epoxy nanocomposite crosslinked with HFA in the presence of a zinc salt at DHEBA / HFA / Zn (acac) 2 = 61.4 / 30.7 / 3.07 mmol and 5 wt. % SiO 2 nanoparticles (sample 285 in the table), and subjected to welding at 160 ° C for 6 hours. As can be seen from FIG. 2, the destruction of the epoxy occurs at a load of 78 N, while the epoxy obtained by cross-linking DHEA in the presence of HA and Zn (acac) 2 is destroyed even at a voltage of 35 N. When adding 5 weight. % silicon dioxide nanoparticles for destruction of the sample requires a higher load of 118.5 N, and it is not the welded joint that is destroyed, but the nanocomposite material itself.

Предлагаемый высокосшитый эпоксидный нанокомпозит, включающий наночастицы неорганического наполнителя - сферические наночастицы SiO2 и нанотрубки галлуазита, предпочтительнее эпоксидных смол, описанных в прототипе, тем, что проявляет лучшую способность к «саможивлению» трещин и к повторной обработке, в частности, сваркой.The proposed highly cross-linked epoxy nanocomposite, including nanoparticles of an inorganic filler - spherical nanoparticles of SiO 2 and halloysite nanotubes, is preferable to the epoxy resins described in the prototype in that it exhibits better ability to “heal” cracks and to reprocess, in particular, welding.

Таким образом, заявленные высокосшитые эпоксидные нанокомпозиты, включающие наночастицы неорганического наполнителя - сферические наночастицы SiO2 и нанотрубки галлуазита, проявляют большую способность к повторной обработке, в частности, сваркой и к «самозаживлению» трещин, чем прототип, поскольку разрушение образцов во время испытаний на разрыв происходит при большей (примерно в 4 раза) нагрузке.Thus, the claimed highly cross-linked epoxy nanocomposites, including nanoparticles of an inorganic filler - spherical nanoparticles of SiO 2 and halloysite nanotubes, are more capable of reprocessing, in particular, welding and “self-healing” of cracks than the prototype, since the destruction of samples during tensile tests occurs at a greater (about 4 times) load.

К технико-экономическим преимуществам заявленных эпоксидных нанокомпозитов с перестраиваемой полимерной матрицей относится их способность к повторной обработке, в частности, сваркой и «самозаживлению» трещин, позволяющая продлить срок службы изделий из таких материалов.The technical and economic advantages of the claimed epoxy nanocomposites with a tunable polymer matrix include their ability to reprocess, in particular, welding and “self-healing” cracks, which allows to extend the service life of products made from such materials.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изобретение поясняется графическими материалами.The invention is illustrated in graphic materials.

На фиг. 1 показана фотография сварных образцов эпоксидных нанокомпозитов, содержащих 5 вес. % сферических наночастиц SiO2 с размером 10-15 нм, во время испытания на разрыв.In FIG. 1 shows a photograph of welded samples of epoxy nanocomposites containing 5 weight. % spherical SiO 2 nanoparticles with a size of 10-15 nm, during a tensile test.

На фиг. 2 показана кривая зависимости машинного удлинения от нагрузки образцов ДГЭБА, сшитых ГМФА в присутствии соли цинка при [ДГЭБА]=77.7 вес. %, [ГМФА]=19.2 вес. % и [Zn(acac)2]=3.0 вес. % (образец 273 в таблице 1) и подвергнутых сварке при 160°С в течение 6 ч.In FIG. Figure 2 shows a curve of the dependence of machine elongation on the load of DHEBA samples crosslinked with HMPA in the presence of zinc salt at [DHEBA] = 77.7 weight. %, [HFA] = 19.2 weight. % and [Zn (acac) 2 ] = 3.0 weight. % (sample 273 in table 1) and subjected to welding at 160 ° C for 6 hours

На фиг. 3 показана кривая зависимости машинного удлинения от нагрузки образцов эпоксидного нанокомпозита, сшитого ГМФА в присутствии соли цинка при [ДГЭБА] = 73.9 вес. %, [ГМФА] = 18.2 вес. %, [Zn(acac)2] = 2.9 вес. % и 5 вес. % наночастиц SiO2 (образец 285 в таблице 1) и подвергнутых сварке при 160°С в течение 6 ч.In FIG. Figure 3 shows the curve of the dependence of machine elongation on the load of samples of an epoxy nanocomposite crosslinked with HFA in the presence of a zinc salt at [DHEBA] = 73.9 weight. %, [HFA] = 18.2 weight. %, [Zn (acac) 2 ] = 2.9 weight. % and 5 weight. % SiO 2 nanoparticles (sample 285 in table 1) and subjected to welding at 160 ° C for 6 hours

На фиг. 4 показано распределение по гидродинамическим радиусам RH для частиц SiO2 в 0.5%-ной дисперсии в метилэтилкетоне при угле θ=90°.In FIG. Figure 4 shows the distribution over the hydrodynamic radii R H for SiO 2 particles in a 0.5% dispersion in methyl ethyl ketone at an angle θ = 90 °.

На фиг. 5 показаны ПЭМ-изображения наночастиц двуокиси кремния.In FIG. 5 shows TEM images of silicon dioxide nanoparticles.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Приготовление образца циклоалифатической эпоксидной смолы ЭБКБЭ, сшитой ГМФА, содержащей 5 мол. % Zn(acac)2 (образец №274 в табл. 1)Preparation of a sample of cycloaliphatic epoxy resin EBKBE, crosslinked GMF containing 5 mol. % Zn (acac) 2 (sample No. 274 in table. 1)

К 7.36 г ЭБКБЭ добавляют 0.8093 г порошка Zn(acac)2, перемешивают и нагревают при 150°С в течение 1 ч до гомогенизации смеси. В полученную смесь приливают 1.162 г ГМФА и перемешивают при комнатной температуре. Приготовленную реакционную смесь выливают в тефлоновую форму. Реакцию отверждения проводят при 140°С в течение 12 ч.To 7.36 g of EBKBE, 0.8093 g of Zn (acac) 2 powder was added, stirred and heated at 150 ° C for 1 h until the mixture was homogenized. 1.162 g of HMPA was poured into the resulting mixture and stirred at room temperature. The prepared reaction mixture is poured into Teflon form. The curing reaction is carried out at 140 ° C for 12 hours

Пример 2Example 2

Приготовление образца ароматической эпоксидной смолы ДГЭБА, сшитой ГМФА, содержащей 5 мол. % Zn(acac)2 (образец №273 в табл. 1)Preparation of a sample of aromatic epoxy resin DHEA, crosslinked GMF containing 5 mol. % Zn (acac) 2 (sample No. 273 in table. 1)

К 5.35 г ДГЭБА добавляют 0.4046 г порошка Zn(acac)2, перемешивают и нагревают при 150°С в течение 1 ч до гомогенизации смеси. В полученную смесь приливают 5.1637 г ГМФА и перемешивают при комнатной температуре. Приготовленную реакционную смесь выливают в тефлоновую форму. Реакцию отверждения проводят при 140°С в течение 12 ч.To 5.35 g of DHEB, 0.4046 g of Zn (acac) 2 powder was added, stirred and heated at 150 ° C for 1 h until the mixture was homogenized. 5.1637 g of HFA were added to the resulting mixture and stirred at room temperature. The prepared reaction mixture is poured into Teflon form. The curing reaction is carried out at 140 ° C for 12 hours

Пример 3Example 3

Приготовление нанокомпозита на основе ароматической эпоксидной смолы и наночастиц SiO2, содержащего 5 мол. % Zn(acac)2 (образец №285 в табл. 1)Preparation of a nanocomposite based on aromatic epoxy resin and SiO 2 nanoparticles containing 5 mol. % Zn (acac) 2 (sample No. 285 in table. 1)

К 2.7866 г ДГЭБА добавляют 0.2134 г порошка Zn(acac)2, перемешивают и нагревают при 150°С в течение 3 ч до гомогенизации смеси. В полученную смесь приливают 0.9912 г 30%-ной коллоидной дисперсии 10-12 нм наночастиц SiO2 в метилэтилкетоне, перемешивают и помещают в сушильный шкаф при 80°С на 2 ч и при 150°С на 1 ч. К полученной смеси добавляют 2.6879 г ГМФА и перемешивают при комнатной температуре. Приготовленную реакционную смесь выливают в тефлоновую форму. Реакцию отверждения проводят при 140°С в течение 12 ч.To 2.7866 g of DHEB, 0.2134 g of Zn (acac) 2 powder was added, stirred and heated at 150 ° C for 3 h until the mixture was homogenized. 0.9912 g of a 30% colloidal dispersion of 10-12 nm SiO 2 nanoparticles in methyl ethyl ketone are poured into the resulting mixture, stirred and placed in an oven at 80 ° C for 2 hours and at 150 ° C for 1 hour. 2.6879 g is added to the resulting mixture. HFA and stirred at room temperature. The prepared reaction mixture is poured into Teflon form. The curing reaction is carried out at 140 ° C for 12 hours

Пример 4Example 4

Приготовление нанокомпозита на основе циклоалифатической эпоксидной смолы и наночастиц SiO2, содержащего 5 мол. % Zn(acac)2 (образец №276 в табл.)Preparation of a nanocomposite based on cycloaliphatic epoxy resin and SiO 2 nanoparticles containing 5 mol. % Zn (acac) 2 (sample No. 276 in the table.)

К 3.1347 г ЭБКБЭ добавляют 0.1653 г порошка Zn(acac)2, перемешивают и нагревают при 150°С в течение 3 ч до гомогенизации смеси. В полученную смесь приливают 0.8273 г 30%-ной коллоидной дисперсии 10-12 нм наночастиц SiO2 в метилэтилкетоне, перемешивают и помещают в сушильный шкаф при 80°С на 2 ч и при 150°С на 1 ч. К полученной смеси добавляют 1.4040 г ГМФА и перемешивают при комнатной температуре. Приготовленную реакционную смесь выливают в тефлоновую форму. Реакцию отверждения проводят при 140°С в течение 12 ч.0.1653 g of Zn (acac) 2 powder was added to 3.1347 g of EBKBE, stirred and heated at 150 ° С for 3 h until the mixture was homogenized. 0.8273 g of a 30% colloidal dispersion of 10-12 nm SiO 2 nanoparticles in methyl ethyl ketone are poured into the resulting mixture, stirred and placed in an oven at 80 ° C for 2 hours and at 150 ° C for 1 hour. 1.4040 g is added to the resulting mixture. HFA and stirred at room temperature. The prepared reaction mixture is poured into Teflon form. The curing reaction is carried out at 140 ° C for 12 hours

Некоторые характеристики эпоксидных нанокомпозитов приведены в таблице 1.Some characteristics of epoxy nanocomposites are given in table 1.

Пример 5Example 5

Испытание сварного образца эпоксидной смолы на разрывEpoxy weld tensile test

Испытание сварного образца эпоксидной смолы (образец 273 в Таблице) на разрыв проводили на испытательной установке фирмы Lloid. Прямоугольные образцы (1.8×4×37 мм) накладывали друг на друга. Для обеспечения хорошего контакта между образцами их помещали в специальное зажимное приспособление и сжимали примерно на 25% и оставляли в сушильном шкафу при температуре 160°С в течение 6 ч. Площадь перекрывания прямоугольных образцов составляла 5×5 мм = 25 мм2. Сварные образцы исследовали на разрыв при скорости 5 мм/мин. Разрыв образца по месту сварки произошел под действием нагрузки 78 Н и при машинном удлинении 0.4 мм.A tensile test of the welded epoxy resin sample (Sample 273 in the Table) was performed on a Lloid test rig. Rectangular samples (1.8 × 4 × 37 mm) were superimposed on each other. To ensure good contact between the samples, they were placed in a special clamping device and squeezed by about 25% and left in an oven at a temperature of 160 ° C for 6 hours. The overlap area of rectangular samples was 5 × 5 mm = 25 mm 2 . Welded samples were examined for rupture at a speed of 5 mm / min. The rupture of the sample at the welding place occurred under the action of a load of 78 N and with a machine elongation of 0.4 mm.

Пример 6Example 6

Испытание сварного образца эпоксидной смолы на разрывEpoxy weld tensile test

Испытание сварного образца эпоксидного нанокомпозита (образец 285 в Таблице) на разрыв проводили на испытательной установке фирмы Lloid. Прямоугольные образцы (1.8×4×37 мм) накладывали друг на друга. Для обеспечения хорошего контакта между образцами их помещали в специальное зажимное приспособление и сжимали примерно на 25% и оставляли в сушильном шкафу при температуре 160°С в течение 6 ч. Площадь перекрывания прямоугольных образцов составляла 5×5 мм = 25 мм2. Сварные образцы исследовали на разрыв при скорости 5 мм/мин. Разрыв образца произошел по материалу нанокомпозита, а не по месту сварки под действием нагрузки 118.5 Н и при машинном удлинении 0.66 мм.The test of the welded sample of the epoxy nanocomposite (sample 285 in the Table) for tensile testing was carried out on a test installation company Lloid. Rectangular samples (1.8 × 4 × 37 mm) were superimposed on each other. To ensure good contact between the samples, they were placed in a special clamping device and squeezed by about 25% and left in an oven at a temperature of 160 ° C for 6 hours. The overlap area of rectangular samples was 5 × 5 mm = 25 mm 2 . Welded samples were examined for rupture at a speed of 5 mm / min. The sample ruptured according to the nanocomposite material, and not at the place of welding under the influence of a load of 118.5 N and with a machine elongation of 0.66 mm.

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (8)

1. Композиция для получения нанокомпозитов с перестраиваемой полимерной матрицей, включающая эпоксидный сетчатый полимер, катализатор межцепного обмена, отвердитель, представляющий собой ангидрид дикарбоновых кислот и неорганический наполнитель, при следующем соотношении компонентов, вес.%:1. A composition for producing nanocomposites with a tunable polymer matrix, including an epoxy crosslinked polymer, an interchain exchange catalyst, a hardener comprising dicarboxylic acid anhydride and an inorganic filler, in the following ratio, wt.%: полимерpolymer 56-9856-98 ангидрид дикарбоновых кислотdicarboxylic acid anhydride 17.3-38.917.3-38.9 катализатор межцепного обменаinterchain catalyst 1.8-3.81.8-3.8 неорганический наполнительinorganic filler 1-40,1-40,
при этом в качестве катализатора межцепного обмена используют ацетилацетонат цинка, а в качестве неорганического наполнителя используют сферические наночастицы SiO2 или нанотрубки галлуазита.however, zinc acetylacetonate is used as an interchain exchange catalyst, and spherical SiO 2 nanoparticles or halloysite nanotubes are used as an inorganic filler. 2. Композиция по п. 1, характеризующаяся тем, что в качестве эпоксидного полимера используют ароматические или алифатические полимеры.2. The composition according to claim 1, characterized in that aromatic or aliphatic polymers are used as the epoxy polymer. 3. Композиция по п. 2, характеризующаяся тем, что в качестве ароматических полимеров используют диглицидиловый эфир бисфенола А, различные бисфенолы, например бисфенол А (4,4'-(пропан-2,2-диил)дифенол), бисфенол АР (1,1-бис(4-гидроксифенил)-1-фенилэтан), бисфенол AF (2,2-бис(4-гидроксифенил)гексафторпропан), глицидиловые производные фенолоформальдегидных новолачных смол.3. The composition according to claim 2, characterized in that diglycidyl ether of bisphenol A, various bisphenols, for example bisphenol A (4,4 '- (propan-2,2-diyl) diphenol), bisphenol AR (1 , 1-bis (4-hydroxyphenyl) -1-phenylethane), bisphenol AF (2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane), glycidyl derivatives of phenol-formaldehyde novolac resins. 4. Композиция по п. 2, характеризующаяся тем, что в качестве алифатических полимеров используют диэпоксид тетрагидробензилового эфира тетрагидробензойной кислоты, диэпоксиды гексагидробензаль-1,1-бис-(оксиметил)циклогексена, дициклопентенилового эфира, дициклопентадиена, винилциклогексена, эпоксидированные олигомеры дивинила.4. The composition according to p. 2, characterized in that as aliphatic polymers use diepoxide tetrahydrobenzyl ester of tetrahydrobenzoic acid, diepoxides of hexahydrobenzene-1,1-bis- (oxymethyl) cyclohexene, dicyclopentenyl ether, dicyclopentadiene, vinylcyclohexylene. 5. Композиция по п. 1, характеризующаяся тем, что сферические наночастицы SiO2 имеют диаметр до 15 нм.5. The composition according to p. 1, characterized in that the spherical nanoparticles of SiO 2 have a diameter of up to 15 nm. 6. Композиция по п. 1, характеризующаяся тем, что нанотрубки галлуазита имеют длину от 1000 до 1300 нм и диаметр от 30 до 70 нм.6. The composition according to p. 1, characterized in that the hallotite nanotubes have a length of from 1000 to 1300 nm and a diameter of from 30 to 70 nm.
RU2015151436A 2015-12-01 2015-12-01 Composition for producing nanocomposites with reconfigurable polymer matrix RU2638169C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151436A RU2638169C2 (en) 2015-12-01 2015-12-01 Composition for producing nanocomposites with reconfigurable polymer matrix

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151436A RU2638169C2 (en) 2015-12-01 2015-12-01 Composition for producing nanocomposites with reconfigurable polymer matrix

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015151436A RU2015151436A (en) 2017-06-02
RU2638169C2 true RU2638169C2 (en) 2017-12-12

Family

ID=59031611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015151436A RU2638169C2 (en) 2015-12-01 2015-12-01 Composition for producing nanocomposites with reconfigurable polymer matrix

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2638169C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114573792B (en) * 2022-03-29 2023-07-18 中海石油(中国)有限公司 Dynamic cross-linked degradable epoxy resin, preparation method thereof and high-temperature plugging application

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2363071C2 (en) * 2003-09-03 2009-07-27 Моментив Перформанс Матириалз Инк. Composition based on solvent-modified resin and methods of its application
WO2011093799A1 (en) * 2010-01-28 2011-08-04 Agency For Science, Technology And Research A nano-composite
US20110319524A1 (en) * 2010-05-31 2011-12-29 Centre National De La Recherche Scientifique Epoxy Acid Thermoset Resins and Composites that Can Be Hot-Fashioned and Recycled

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2363071C2 (en) * 2003-09-03 2009-07-27 Моментив Перформанс Матириалз Инк. Composition based on solvent-modified resin and methods of its application
WO2011093799A1 (en) * 2010-01-28 2011-08-04 Agency For Science, Technology And Research A nano-composite
US20110319524A1 (en) * 2010-05-31 2011-12-29 Centre National De La Recherche Scientifique Epoxy Acid Thermoset Resins and Composites that Can Be Hot-Fashioned and Recycled

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015151436A (en) 2017-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Effects of dual component microcapsules of resin and curing agent on the self-healing efficiency of epoxy
CN106232692B (en) Fiber Reinforced Composites
JP5210068B2 (en) Laser welding thermoplastic resin composition, method for producing resin molded product, and resin molded product
CN1833001A (en) Curable flame retardant epoxy resin composition
TW201412845A (en) Method for producing resin composition for thermosetting light reflection
CN103965590B (en) Epoxy resin composite material of a kind of coordination plasticizing and preparation method thereof
CN101056936A (en) Amphiphilic block copolymer-toughened epoxy resins and powder coatings made therefrom
JP6619628B2 (en) Epoxy resin composition for adhesive film.
CN102675826A (en) Temperature-resistant high-strength high-toughness composite epoxy resin and manufacturing method thereof
CN100460469C (en) Thermosetting epoxy asphalt material, preparation method and special compatibilizer thereof
CN104327493B (en) The preparation method of nano-silicon dioxide modified PVA-EP-PU interpenetrating polymer networks composite
RU2638169C2 (en) Composition for producing nanocomposites with reconfigurable polymer matrix
CN102146197A (en) Method for preparing nanomontmorillonite intercalated epoxy resin exfoliated composite material
CN111004472B (en) Epoxy resin prepolymer with phase-splitting structure and preparation method and application thereof
CN104448693A (en) Epoxy resin composition and preparation method and application thereof
Zhang et al. Effects of core‐shell structured rubber on biobased polyamide 56 with stiffness and toughness balance
Da Costa et al. Self‐healing triggering mechanism in epoxy‐based material containing microencapsulated amino‐polysiloxane
CN106700089B (en) A kind of hybrid inorganic-organic core-shell particles and the preparation method and application thereof
CN109385045B (en) A kind of medium temperature curing high toughness epoxy resin and preparation method thereof
Guo et al. Dynamic Thermosetting Resins with Synergistic Enhanced Strength and Toughness through Combination with Rigid and Soft Microdomains
Soares et al. Novel techniques for the preparation of different epoxy/rubber blends
JP4737364B2 (en) Liquid epoxy resin composition and semiconductor device
TWI504647B (en) Dispersion method for the preparation of particle reinforced polymer compositions
JP2003171531A (en) Resin composition for sealing and resin-sealed semiconductor device
CN116082798A (en) A toughened modified epoxy resin composition, composite material and preparation method thereof