ТОНКОДИСПЕРСНАЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ СУСПЕНЗИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК B01F17/52 B82B1/00 C01B31/00 

Описание патента на изобретение RU2436623C1

Изобретение относится к области физической и коллоидной химии и заключается в получении тонкодисперсных органических суспензий наноструктур, используемых при модификации полимерных композиций, в частности эпоксидных смол.

Известна органическая суспензия углеродных нанотрубок на основе ацетона для получения эпоксидных нанокомпозитов с повышенными механическими характеристиками (заявка US №20090035570, опубл. 05.02.2009 г.).

Суспензию углеродных нанотрубок на основе ацетона получали при помощи микроструйной машины, путем комплексного воздействия силы сдвига и перемешивания, а также воздействием ультразвука.

Введение ацетона в эпоксидную смолу может привести к потере прочности отверждаемого продукта. В некоторых материалах, особенно пластифицированных, наличие ацетона может привести к изменению состава композиции. Удаление ацетона из состава композиции - обязательная операция, усложняющая технологический процесс и производственный цикл в целом, что, в конечном счете, ведет к значительному росту себестоимости конечного продукта. Вышеперечисленные недостатки ацетона делают его использование в качестве дисперсионной среды нерентабельным.

Наиболее близким техническим решением является органическая суспензия для модификации эпоксидной смолы («Оптимизация свойств эпоксидных композитов, модифицированных наночастицами». Т.А.Низина, П.А.Кисляков. Строительные материалы, 2009, №9, стр.78-80). Известная суспензия содержит фуллероидный многослойный синтетический наномодификатор астрален NTC. В качестве дисперсионной среды использован полиэтиленполиамин, являющийся отвердителем эпоксидных смол.

Для изготовления известной суспензии в полиэтиленполиамин в количестве 0,0075-0,03% вводили фуллероидный многослойный синтетический наномодификатор астрален NTC. Смесь диспергировали ультразвуком с интенсивностью 22 кВт/м2 частотой 18 кГц, при мощности 40 Вт. Полученная суспензия сохраняла устойчивость в течение нескольких дней.

Недостатком известной суспензии является малая устойчивость, что может привести к быстрой коагуляции дисперсной фазы и уменьшению ее активности. Низкая устойчивость ограничивает использование суспензии в промышленном масштабе в длительных производственных циклах.

Целью изобретения является повышение устойчивости тонкодисперсной органической суспензии углеродных наноструктур на основе полиэтиленполиамина.

Для достижения цели изобретения тонкодисперсная органическая суспензия для модификации эпоксидных смол, содержащая полиэтиленполиамин, содержит углеродные наноструктуры, включающие 3d-металл, такой как медь, или никель, или кобальт, и его соединения, а также азотсодержащие группы, при содержании наноструктур в суспензии не более 5 мг/мл.

В способе изготовления тонкодисперсной органической суспензии углеродных наноструктур для модификации эпоксидных смол взаимодействием углеродных наноструктур и полиэтиленполиамина используют порошок углеродных наноструктур, включающих 3d-металл, такой как медь, или никель, или кобальт, и его соединения, а также азотсодержащие группы. Порошок углеродных наноструктур промывают слабощелочным водным раствором, сушат при температуре не более 70°С, измельчают и порционно добавляют при смешении в полиэтиленполиамин до достижения содержания наноструктур в суспензии не более 5 мг/мл. Полученную смесь перемешивают до равномерного распределения наноструктур по объему.

Диспергирование в полиэтиленполиамине углеродных наноструктур, полученных смешением хлорида меди, или никеля, или кобальта с водным раствором поливинилового спирта и полиэтиленполиамина при мольных соотношениях 1:(5-1) и последующим нагреванием до температуры, не превышающей 400°С, позволяет получить тонкодисперсную органическую суспензию, устойчивую в течение нескольких недель.

Максимальное содержание наноструктур в составе суспензии ограничивается агрегативной устойчивостью суспензии. При содержании наноструктур в составе суспензии больше чем 5 мг/мл происходит коагуляция дисперсной фазы с последующим осаждением и снижением ее активности. Суспензии, содержащие меньшее количество наноструктур, остаются устойчивыми.

Наличие ионов хлора в составе углеродных металлсодержащих наноструктур может оказать негативное влияние на электрические свойства отвержденной эпоксидной композиции. Для вымывания ионов хлора перед диспергированием углеродные наноструктуры промывают слабощелочным водным раствором с контролем хлорного показателя рСl.

При температуре сушки более 70°С происходит частичное спекание углеродных металлсодержащих наноструктур.

Изобретение поясняется графическими материалами.

Фиг.1. Фотография суспензии углеродных наноструктур, содержащей медь, при просвечивании массы через 15 дней.

Фиг.2. Фотография суспензии углеродных наноструктур, содержащей никель, при просвечивании массы через 15 дней.

Фиг.3. Фотография суспензии углеродных наноструктур, содержащей кобальт, при просвечивании массы через 15 дней.

Фиг.4. Зависимость оптической плотности суспензий наноструктур, содержащих медь, или никель, или кобальт, от времени.

При изготовлении суспензии использовали углеродные наноструктуры, включающие медь, или никель, или кобальт, полученные смешением хлорида меди, или никеля, или кобальта с водным раствором поливинилового спирта и полиэтиленполиамина при мольных соотношениях 1:(5-1) и последующим нагреванием до температуры, не превышающей 400°С (патент RU 2323876, опубл. 10.05.2008 г.; Активность наноструктур и проявление ее в нанореакторах полимерных матриц и в активных средах. Кодолов В.И., Хохряков Н.В., Тринеева В.В., Благодатских И.И., Химическая физика и мезоскопия, том 10, №4, стр.456, 457, 2008 г.). Наноструктуры содержат примеси, предположительно оксиды металлов и группы =N+= (О процессах формирования углеродметаллсодержащих наноструктур в нанореакторах гелей на основе поливинилового спирта и полиэтиленполиамина в присутствии солей d-металлов. В.И.Кодолов и другие, сборник докладов Международной конференции «Техническая химия. От теории к практике», Пермь, 2008, стр.62, 63). Из данных термогравиметрии и ИК-спектроскопии количество примесей незначительно и составляет (3-5)%, что в суспензии будет составлять 10-4%.

Контроль устойчивости суспензии осуществлялся по оптической плотности через определенные промежутки времени.

Пример 1. Тонкодисперсную органическую суспензию получали диспергированием предварительно промытых в слабощелочном водном растворе, высушенных при температуре 70°С и измельченных порошков углеродных наноструктур, включающих медь, в полиэтиленполиамине до содержания нанопродукта 5 мг/мл. Полученную смесь перемешивали до равномерного распределения наноструктур по объему. Тонкодисперсная органическая суспензия (Фиг.1) оставалась устойчивой в течение 35 дней (Фиг.4,а).

Пример 2. Тонкодисперсную органическую суспензию получали диспергированием предварительно промытых в слабощелочном водном растворе, высушенных при температуре 70°С и измельченных порошков углеродных наноструктур, включающих никель, в полиэтиленполиамине до содержания нанопродукта 5 мг/мл. Полученную смесь перемешивали до равномерного распределения наноструктур по объему. Тонкодисперсная органическая суспензия (Фиг.2) оставалась устойчивой в течение 25 дней (Фиг.4,б).

Пример 3. Тонкодисперсную органическую суспензию получали диспергированием предварительно промытых в слабощелочном водном растворе, высушенных при температуре 70°С и измельченных порошков углеродных наноструктур, включающих кобальт, в полиэтиленполиамине до содержания нанопродукта 5 мг/мл. Полученную смесь перемешивали до равномерного распределения наноструктур по объему. Тонкодисперсная органическая суспензия (Фиг.3) оставалась устойчивой в течение 20 дней (Фиг.4,в).

Пример 4. Тонкодисперсную органическую суспензию получали диспергированием предварительно промытых в слабощелочном водном растворе, высушенных при температуре 70°С и измельченных порошков углеродных наноструктур, включающих медь, в полиэтиленполиамине до содержания нанопродукта 2,5 мг/мл. Полученную смесь перемешивали до равномерного распределения наноструктур по объему. Тонкодисперсная органическая суспензия оставалась устойчивой в течение 35 дней (Фиг.4,г).

Заявленная суспензия, устойчивая в течение нескольких недель, может применяться в промышленном масштабе, длительных производственных циклах для улучшения свойств клеев, компаундов, герметиков, покрытий и красок на основе эпоксидных смол.

Похожие патенты RU2436623C1

название год авторы номер документа
ТОНКОДИСПЕРСНАЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ СУСПЕНЗИЯ УГЛЕРОДНЫХ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ НАНОСТРУКТУР И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2012
  • Кодолов Владимир Иванович
  • Чашкин Максим Анатольевич
  • Тринеева Вера Владимировна
  • Захаров Андрей Иванович
  • Ковязина Ольга Александровна
  • Вахрушина Марина Александровна
RU2515858C2
ТОНКОДИСПЕРСНАЯ ВОДНАЯ СУСПЕНЗИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2009
  • Кодолов Владимир Иванович
  • Васильченко Юрий Михайлович
  • Ахметшина Лилия Фаритовна
  • Шкляева Диляра Анасовна
  • Тринеева Вера Владимировна
  • Волкова Елена Георгиевна
  • Ковязина Ольга Александровна
RU2423317C2
ТОНКОДИСПЕРСНАЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ СУСПЕНЗИЯ МЕТАЛЛ/УГЛЕРОДНОГО НАНОКОМПОЗИТА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2013
  • Кодолов Владимир Иванович
  • Тринеева Вера Владимировна
  • Вахрушина Марина Александровна
  • Ковязина Ольга Александровна
  • Чашкин Максим Анатольевич
  • Захаров Андрей Иванович
RU2527218C9
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ЛАКОКРАСОЧНОГО МАТЕРИАЛА 2016
  • Бутырская Елена Васильевна
  • Нечаева Людмила Станиславовна
  • Запрягаев Сергей Александрович
RU2662010C2
Способ получения углеродных металлсодержащих наноструктур 2017
  • Шевнин Алексей Александрович
  • Захаров Андрей Иванович
  • Салихов Рафис Гаптенурович
RU2704433C2
Способ получения металл/углеродных нанокомпозитов 2018
  • Кодолов Владимир Иванович
  • Тринеева Вера Владимировна
  • Мустакимов Ростислав Валерьевич
  • Першин Юрий Витальевич
  • Караваева Наталья Михайловна
  • Махнева Татьяна Михайловна
  • Теребова Надежда Семеновна
  • Шабанова Ирина Николаевна
RU2715655C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ НАНОСТРУКТУР 2008
  • Кодолов Владимир Иванович
  • Васильченко Юрий Михайлович
  • Ахметшина Лилия Фаритовна
  • Шкляева Диляра Анасовна
  • Тринеева Вера Владимировна
  • Шарипова Альбина Григорьевна
  • Волкова Елена Георгиевна
  • Ульянов Александр Леонидович
  • Ковязина Ольга Александровна
RU2393110C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И СОЛЕЙ d-МЕТАЛЛОВ 2006
  • Кодолов Владимир Иванович
  • Благодатских Иван Иванович
  • Волкова Елена Григорьевна
  • Макарова Людмила Григорьевна
  • Теребова Надежда Семеновна
RU2323876C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ И МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ 2006
  • Кодолов Владимир Иванович
  • Кодолова Вера Владимировна
  • Семакина Надежда Владимировна
  • Волкова Елена Григорьевна
  • Макарова Людмила Григорьевна
  • Яковлев Григорий Иванович
RU2337062C2
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ КАТОДА ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2008
  • Цивадзе Аслан Юсупович
  • Тарасевич Михаил Романович
  • Систер Владимир Григорьевич
  • Богдановская Вера Александровна
  • Андреев Владимир Николаевич
  • Андоралов Виктор Михайлович
  • Капустина Наталья Александровна
RU2395339C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 436 623 C1

Реферат патента 2011 года ТОНКОДИСПЕРСНАЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ СУСПЕНЗИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области физической и коллоидной химии. Предложена тонкодисперсная органическая суспензия углеродных наноструктур для модификации эпоксидных смол, содержащая диспергированные в полиэтиленполиамине углеродные наноструктуры, включающие 3d-металл, такой как медь, или никель, или кобальт, и его соединения, а также азотсодержащие группы. Содержание наноструктур в суспензии не превышает 5 мг/мл. Для изготовления суспензии порошок наноструктур промывают слабощелочным водным раствором, сушат при температуре 70°С, измельчают, порционно добавляют при смешении в полиэтиленполиамин до достижения содержания наноструктур в суспензии не более 5 мг/мл. Полученную смесь перемешивают до равномерного распределения наноструктур по объему. Технический результат - полученная дисперсия обладает повышенной устойчивостью, позволяющей использовать ее в промышленном масштабе в длительных производственных циклах. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 436 623 C1

1. Тонкодисперсная органическая суспензия углеродных наноструктур для модификации эпоксидных смол, содержащая углеродные наноструктуры и полиэтиленполиамин, отличающаяся тем, что содержит углеродные наноструктуры, включающие 3d-металл, такой как медь, или никель, или кобальт, и его соединения, а также азотсодержащие группы, при содержании наноструктур в суспензии не более 5 мг/мл.

2. Способ изготовления тонкодисперсной органической суспензии углеродных наноструктур для модификации эпоксидных смол взаимодействием углеродных наноструктур и полиэтиленполиамина, отличающийся тем, что порошок углеродных наноструктур, включающих 3d-металл, такой как медь, или никель, или кобальт, и его соединения, азотсодержащие группы, промывают слабощелочным водным раствором, сушат при температуре не более 70°С, измельчают, порционно добавляют при смешении в полиэтиленполиамин до достижения содержания наноструктур в суспензии не более 5 мг/мл, полученную смесь перемешивают до равномерного распределения наноструктур по объему.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2436623C1

Низина Т.А., Кисляков П.А
Оптимизация свойств эпоксидных композитов, модифицированных наночастицами
Строительные материалы, 2009, №9, с.78-80
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И СОЛЕЙ d-МЕТАЛЛОВ 2006
  • Кодолов Владимир Иванович
  • Благодатских Иван Иванович
  • Волкова Елена Григорьевна
  • Макарова Людмила Григорьевна
  • Теребова Надежда Семеновна
RU2323876C1
US 2009035570 A1, 05.02.2005
RU 2001130965, 27.01.2004.

RU 2 436 623 C1

Авторы

Кодолов Владимир Иванович

Чашкин Максим Анатольевич

Благодатских Иван Иванович

Гарифуллина Надежда Николаевна

Вахрушина Марина Александровна

Ковязина Ольга Александровна

Пестов Дмитрий Вячеславович

Даты

2011-12-20Публикация

2010-04-19Подача