СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ЭПОКСИДНЫХ ОЛИГОМЕРОВ

СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ЭПОКСИДНЫХ ОЛИГОМЕРОВ


RU (11) 2283695 (13) C2

(51) МПК
B01J 19/10 (2006.01)
G05D 24/00 (2006.01)
C08G 59/00 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - может прекратить свое действие 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.09.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004126831/15 
(22) Дата подачи заявки: 2004.09.06 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.09.06 
(43) Дата публикации заявки: 2006.02.27 
(45) Опубликовано: 2006.09.20 
(56) Аналоги изобретения: HUANG Y.D., LIU L., QIU J.H., SHAO L. Influence of ultrasonic trearment on the characteristics of epoxy resin and the interfacial property of its carbon fiber composites, Composites Science and Technology, 62, p.2156-2159. SU 681869 A, 30.12.1982. ВОЮЦКИЙ С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1964, с.177-184. ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ. М.: Советская энциклопедия, 1976, с.587. SU 730652 A, 30.04.1980. RU 2063412 А, 10.07.1996. 
(72) Имя изобретателя: Амирова Лилия Минниахметовна (RU); Магсумова Айзада Фазыляновна (RU); Ганеев Махмут Масхутович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (RU) 
(98) Адрес для переписки: 420111, г.Казань, ул. К. Маркса, 10, Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, отдел интеллектуальной собственности 

(54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ЭПОКСИДНЫХ ОЛИГОМЕРОВИзобретение относится к способам ультразвуковой обработки эпоксидных олигомеров и может быть использовано для интенсификации процессов пропитки наполнителей связующим, растекания клеевых и лакокрасочных материалов на основе эпоксидных олигомеров. На эпоксидный олигомер или смесь олигомера с отвердителем воздействуют ультразвуковой энергией частотой 18-22 кГц и интенсивностью 15-60 Вт/см2 в течение 5-15 мин при температуре 25°С. Изобретение снижает вязкость олигомера при постоянной температуре и угол смачивания твердых поверхностей. 1 табл.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к способам ультразвуковой обработки эпоксидных олигомеров и может быть использовано для интенсификации процессов пропитки наполнителей связующими, растекания клеевых и лакокрасочных материалов на основе эпоксидных олигомеров.
В настоящее время для ускорения процессов пропитки и растекания в эпоксидные олигомеры вводят различные вещества, снижающие вязкость и улучшающие способность олигомеров, однако эти вещества в процессе формирования полимера или улетучиваются, или химически взаимодействуют и изменяют структуру полимера, что отрицательно влияет на свойства полимера.
Снижение вязкости за счет нагрева ограничено температурой и необходимым временем отверждения олигомерной системы.
Известен способ ультразвуковой обработки эпоксидных олигомеров ЭД-16 при частоте 20-29 кГц и интенсивности 2-7 Вт/см2 , который позволяет снизить вязкость олигомерной системы на 11-20% [Кестельман В.Н. Физические методы модификации полимерных материалов. М.: Химия, 1980 - с.147-148]. В данном способе не достигается эффективное снижение вязкости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ ультразвуковой обработки эпоксидной смолы ЕРО 1441-30 при частоте 20 кГц, интенсивности 199 Вт/см2 не более 7 мин при температуре 25°С. Вязкость олигомерной системы снижается на 48% относительно исходного значения, но при этом снижается и поверхностное натяжение олигомера. [Huang Y.D., Liu L., Qiu J.H., Shao L. Influence of ultrasonic treatment on the characteristics of epoxy resin and the interfacial property of its carbon fiber composites // Composites Science and Technology 62, 2153-2159 (2002)].
В данном способе не достигается эффективное снижение вязкости эпоксидного олигомера. Кроме того, при обработке данным способом эпоксидного олигомера снижается его поверхностное натяжение, что отрицательно отражается на процессе пропитки и адгезии.
Задачей данного изобретения является разработка эффективного способа ультразвуковой обработки эпоксидных олигомеров. Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении вязкости олигомера и угла смачивания твердых поверхностей.
Технический результат достигается тем, что в способе обработки эпоксидных олигомеров или смеси олигомера с отвердителем при температуре 25°С путем воздействия ультразвуковой энергии частотой 18-22 кГц новым является то. что интенсивность ультразвукового воздействия составляет 15-60 Вт/см2, а длительность - 5-15 мин. Предложенный способ обработки может быть реализован с использованием любого ультразвукового прибора, работающего в диапазонах предложенного технического решения.
Для ультразвуковой обработки использовались эпоксидные олигомеры различных марок: ЭД-24, ЭД-22, ЭД-20, ЭД-16, ЭД-8, Э-40.
Обработку олигомеров проводили как в чистом виде, так и в присутствии отвердителей. В качестве отвердителей были использованы: изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА), моноцианэтилдиэтилентриамин (УП-0633М), полиэтиленполиамин (ПЭПА), 4,4'-диаминодифенилметан (ДАДФМ), 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан (Диамет-Х). Отвердители вводили в стехиометрическом соотношении.
Ультразвуковую обработку осуществляли следующим образом: эпоксидный олигомер или смесь олигомера с отвердителем заливали в ванну, затем ультразвуковой концентратор погружали в жидкость и обрабатывали течение 5-15 мин. Температуру жидкости поддерживали постоянной (25°С).
Для обработанных систем измеряли вязкость, поверхностное натяжение и углы смачивания стеклянной поверхности. Различные олигомерные составы обрабатывали при различных режимах обработки. Время ультразвуковой обработки варьировали в интервале 5-15 мин. Ниже 5 мин достигались незначительные снижения вязкости и углов смачивания. Ультразвуковая обработка свыше 15 мин ограничена химическими реакциями отверждения, которые ускоряются при длительном воздействии.
Интенсивность ультразвука варьировали в интервале 15-60 Вт/см2. При интенсивности ниже 15 Вт/см 2 незначительно снижаются вязкость и угол смачивания. Интенсивность свыше 60 Вт/см вызывает разогрев олигомерной смеси и ускоряет химические реакции.
Частота ультразвука составляла 18-22 кГц. Составы, режимы обработки и эффективность снижения вязкости и угла смачивания в % от начальных значений приведены в таблице. При ультразвуковой обработке при всех режимах воздействия поверхностное натяжение олигомерных составов не изменялось. Таким образом, ультразвуковая обработка при частоте 18-22 кГц при меньшей интенсивности и большей длительности воздействия по сравнению с прототипом позволяет достичь значительного снижения вязкости и углов смачивания.
Режим ультразвуковой обработки ЭД-20 ЭД-24-Диамет-Х ЭД-22-ДАДФМ ЭД-16-ПЭПА ЭД-8-изо-МТГФА Э-40-УП-0633М 
Снижение, % Снижение, % Снижение, % Снижение, % Снижение, % Снижение, % 
время, мин интенсивность, Вт/см2 вязкости угла смачивания вязкости угла смачивания вязкости угла смачивания вязкости угла смачивания вязкости угла смачивания вязкости угла смачивания 
5 15 71 15 69 16 70 16 73 15 74 16 75 17 
10 15 85 19 81 18 86 17 86 19 87 19 88 19 
15 15 85 20 80 19 86 18 87 20 88 21 89 22 
5 30 78 17 74 18 77 18 79 17 80 18 81 19 
10 30 89 22 85 24 88 23 89 21 88 22 88 23 
15 30 87 26 83 25 86 24 88 25 87 24 90 25 
5 45 86 19 81 19 83 19 87 19 86 20 85 21 
10 45 90 25 86 25 88 24 90 24 89 23 88 24 
15 45 88 28 86 26 86 25 89 26 88 25 87 26 
5 60 91 20 83 21 85 20 91 20 90 21 90 22 
10 60 91 26 82 25 84 24 91 24 91 25 92 26 
15 60 88 26 80 25 83 24 89 25 89 23 90 24 





ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ обработки эпоксидных олигомеров или смеси олигомера с отвердителем путем воздействия ультразвуковой энергией частотой 18-22 кГц при 25°С, отличающийся тем, что интенсивность ультразвукового воздействия составляет 15-60 Вт/см2 , а длительность 5-15 мин.