СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ БАЗАЛЬТОВОЙ НИТИ Российский патент 2023 года по МПК C03C25/40 

Изобретение относится к химической области получения армирующих наполнителей и может быть использовано для увеличения прочности в технологии получения базальтовой нити.

Известен способ (Ж. Composites: Part А, V. 42,I. 1, Р. 22-29) модификации поверхности базальтовых волокон эпоксидным гибридным покрытием, содержащим 3-аминопропилтриэтоксисилан и наноразмерные частицы SiO₂, основанный на реакции взаимодействия наноразмерных частиц SiO₂ с гидроксильными группами базальтовых нитей и образовании новой связи Si-O-Si, увеличивая прочность на растяжение базальтовой нити.

Недостатками указанного способа являются многостадийность и длительность процесса получения эпоксидного гибридного покрытия.

Наиболее близким способом к заявленному изобретению является принятый за прототип способ аппретирования базальтового волокна замасливателем, содержащим уксусную кислоту (масс.) 0,05%, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан (масс.) 1,0%, водную эпоксидную дисперсию марки ВЭП-74Е (масс.) 9,4%, ди(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты калиевую соль (масс.) 1,1% и воду, приведенный в патенте 2641360 МПК С03С 25/40, опубл. 17.01.2018. Способ получения заключается в приготовлении замасливателя путем предварительного проведения гидролиза 3-глицидоксипропилтриметоксисилана в слабокислой среде раствора уксусной кислоты, смешения полученного раствора с раствором из водной дисперсии эпоксидной смолы и пластификатора ди(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты калиевой соли, аппретирования базальтового волокна замасливателем и сушки комплексных нитей.

Недостатком прототипа являются низкая прочность аппретированного волокнистого материала - 742 мН/текс.

Технический результат направлен на повышение прочности волокнистых материалов при получении модифицированных волокнистых материалов на основе базальтовой нити за счет физико-химического взаимодействия функциональных групп 3-глицидоксипропилтриметоксисилана с гидроксильными группами волокнистого материала и с образованием связи Si-О-наполнитель, так как в водных растворах 3-глицидоксипропилтриметоксисилан гидролизуется с образованием силанольных групп -SiOH, активно реагирующих с ОН-группами волокнистого наполнителя.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения модифицированных волокнистых материалов на основе базальтовой нити, проводят модификацию волокнистых материалов с последующей сушкой и термообработкой, в качестве модификатора используют 3-глицидоксипропилтриметоксисилан. Процесс модификации базальтовой нити проводят водными растворами 3-глицидоксипропилтриметоксисилана при следующих условиях:

содержание воды, % масс. 89,5-97,9 содержание 3-глицидоксипропилтриметоксисилана, % масс. 2,0-10,0 содержание уксусной кислоты, % масс. 0,1-0,5 рН среды 4,4-4,6 продолжительность модификации, секунды 58-62 температура раствора, °С 18-22,

с последующей сушкой пропитанных волокнистых материалов при температуре 48-52°С в течение 38-42 минут и термообработкой при температуре 98-102°С в течение 14-16 минут.

Ниже приведены примеры реализации предложенного способа.

Пример 1.

В водный раствор, содержащий (масс.) 2% 3-глицидоксипропилтриметоксисилана и (масс.) 0,1% уксусной кислоты, погружали базальтовую нить и выдерживали в течение 60 секунд. После завершения процесса модификации базальтовую нить отжимали, сушили при температуре 50°С в течение 40 минут и проводили термообработку при температуре 100°С в течение 15 минут для осуществления процесса поликонденсации 3-глицидоксипропилтриметоксисилана.

Пример 2.

В водный раствор, содержащий (масс.) 5% 3-глицидоксипропилтриметоксисилана и (масс.) 0,3% уксусной кислоты, погружали базальтовую нить и выдерживали в течение 60 секунд. После завершения процесса модификации базальтовую нить отжимали, сушили при температуре 50°С в течение 40 минут и проводили термообработку при температуре 100°С в течение 15 минут для осуществления процесса поликонденсации 3-глицидоксипропилтриметоксисилана.

Пример 3.

В водный раствор, содержащий (масс.) 10% 3-глицидоксипропилтриметоксисилана и (масс.) 0,5% уксусной кислоты, погружали базальтовую нить и выдерживали в течение 60 секунд. После завершения процесса модификации базальтовую нить отжимали, сушили при температуре 50°С в течение 40 минут и проводили термообработку при температуре 100°С в течение 15 минут для осуществления процесса поликонденсации 3-глицидоксипропилтриметоксисилана.

В табл. 1 представлены составы для модификации базальтовой нити.

Прочность модифицированных волокнистых материалов исследовали на разрывной машине FM 27. В табл. 2 приведена прочность модифицированной базальтовой нити.

В результате проведенных экспериментов были выбраны пределы модификации базальтовой нити предлагаемым способом, что позволило значительно увеличить прочность волокнистых материалов - 1740-2590 мН/текс (пример 1-3) по сравнению с прототипом, в качестве которого было выбрано базальтовое волокно, аппретированное замасливателем, содержащим уксусную кислоту (масс.) 0,05%, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан (масс.) 1,0%, водную эпоксидную дисперсию марки ВЭП-74Е (масс.) 9,4%, ди(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты калиевую соль (масс.) 1,1% и воду.

При модификации базальтовой нити 3-глицидоксипропилтриметоксисиланом, с последующей сушкой пропитанных волокнистых материалов при температуре 48-52°С в течение 38-42 минут и термообработкой при температуре 98-102°С в течение 14-16 минут, фиксация 3-глицидоксипропилтриметоксисилана протекает в результате физико-химического взаимодействия функциональных групп 3-глицидоксипропилтриметоксисилана с гидроксильными группами волокнистого материала и с образованием связи Si-O-наполнитель, так как в водных растворах 3-глицидоксипропилтриметоксисилан гидролизуется с образованием силанольных групп -SiOH, активно реагирующих с ОН-группами волокнистого наполнителя.

Таким образом, изобретение позволяет повысить прочность волокнистых материалов и может найти применение в качестве армирующих наполнителей в полимерных композиционных материалах.

Изобретение относится к химической области получения армирующих наполнителей. Способ получения модифицированных волокнистых материалов на основе базальтовой нити включает модификацию волокнистых материалов водными растворами 3-глицидоксипропилтриметоксисилана при следующих условиях: содержание воды, % масс. - 89,5-97,9; содержание 3-глицидоксипропилтриметоксисилана, % масс. - 2,0-10,0; содержание уксусной кислоты, % масс. - 0,1-0,5; рН среды - 4,4-4,6; продолжительность модификации, с - 58-62; температура раствора, °С - 18-22, с последующей сушкой пропитанных волокнистых материалов при температуре 48-52°С в течение 38-42 мин и термообработкой при температуре 98-102°С в течение 14-16 мин. Изобретение позволяет получать волокнистые материалы на основа базальтовой нити с увеличенной прочностью - 2590 мН/текс. 2 табл., 3 пр.

Способ получения модифицированных волокнистых материалов на основе базальтовой нити, включающий модификацию волокнистых материалов водными растворами 3-глицидоксипропилтриметоксисилана, последующую сушку, отличающийся тем, что процесс модификации базальтовой нити проводят водными растворами 3-глицидоксипропилтриметоксисилана при следующих условиях:

содержание воды, % масс. - 89,5-97,9;

содержание 3-глицидоксипропилтриметоксисилана, % масс. - 2,0-10,0;

содержание уксусной кислоты, % масс. - 0,1-0,5;

рН среды - 4,4-4,6;

продолжительность модификации, с - 58-62;

температура раствора, °С - 8-22,

с последующей сушкой пропитанных волокнистых материалов при температуре 48-52°С в течение 38-42 мин и термообработкой при температуре 98-102°С в течение 14-16 мин.