BG67373B1 - Състав на еластомерен биокомпозит за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени - Google Patents

Състав на еластомерен биокомпозит за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени Download PDF

Info

Publication number
BG67373B1
BG67373B1 BG112988A BG11298819A BG67373B1 BG 67373 B1 BG67373 B1 BG 67373B1 BG 112988 A BG112988 A BG 112988A BG 11298819 A BG11298819 A BG 11298819A BG 67373 B1 BG67373 B1 BG 67373B1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
composition
sol
filler
substrates
insulating layers
Prior art date
Application number
BG112988A
Other languages
English (en)
Other versions
BG112988A (bg
Inventor
Abdullah Al-Sehemi
G. Al-Sehemi Abdullah
Ahmed AL-GHAMDI
A. Al-Ghamdi Ahmed
Николай Дишовски
Тодоров Дишовски Николай
Лъчезар Радев
Николаев Радев Лъчезар
Ирена Михайлова
Кирилова Михайлова Ирена
Петрунка Малинова
Атанасова Малинова Петрунка
Николай Атанасов
Тодоров Атанасов Николай
Габриела Атанасова
Лъчезарова Атанасова Габриела
Original Assignee
The Research Center for Advanced Materials Science King Khalid University (KKU)
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 The Research Center for Advanced Materials Science King Khalid University (KKU) filed Critical The Research Center for Advanced Materials Science King Khalid University (KKU)
Priority to BG112988A priority Critical patent/BG67373B1/bg
Priority to US16/858,771 priority patent/US11359076B2/en
Publication of BG112988A publication Critical patent/BG112988A/bg
Publication of BG67373B1 publication Critical patent/BG67373B1/bg

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L7/00—Compositions of natural rubber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/078—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing an oxide of a divalent metal, e.g. an oxide of zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/11—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K13/00—Use of mixtures of ingredients not covered by one single of the preceding main groups, each of these compounds being essential
    • C08K13/02—Organic and inorganic ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/06—Sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/40—Glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/09—Carboxylic acids; Metal salts thereof; Anhydrides thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/17—Amines; Quaternary ammonium compounds
    • C08K5/18—Amines; Quaternary ammonium compounds with aromatically bound amino groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/36—Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
    • C08K5/45—Heterocyclic compounds having sulfur in the ring
    • C08K5/46—Heterocyclic compounds having sulfur in the ring with oxygen or nitrogen in the ring
    • C08K5/47—Thiazoles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/54—Silicon-containing compounds
    • C08K5/548—Silicon-containing compounds containing sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2204/00—Glasses, glazes or enamels with special properties
    • C03C2204/02—Antibacterial glass, glaze or enamel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2296—Oxides; Hydroxides of metals of zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2203/00—Applications
    • C08L2203/02—Applications for biomedical use

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Изобретението се отнася до състав на биокомпозит на базата на естествен каучук, съдържащ зол-гелно биостъкло, който намира приложение за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени, които могат да се носят в близост до човешкото тяло, без да оказват неблагоприятно въздействие върху него. Съгласно изобретението съставът на биокомпозита за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени на база естествен каучук е с пълнител зол-гелно биостъкло в количество от 8 до 50 мас. ч. на 100 мас. ч. каучук, а останалите ингредиенти са цинков оксид от 2.5 до 3.5, стеаринова киселина от 1 до 2.5, бис(триетоксисилилпропил)тетрасулфид от 4 до 6, третичен бутил-бензотиазолил сулфенамид от 1 до 2.5, сяра от 1 до 3 и изопропил-фенил-р-фенилен диамин от 0.5 до 1.5. Пълнителят от зол-гелно биостъкло съдържа следните компоненти в количество: СаО - 49-51 %, SiO2 - 39-41 %, P2O5 - 8 %, Ag2O - 0,1-4%. Съставът съгласно изобретението осигурява изключително добри вулканизационни, физикомеханични, динамични, диелектрични и термични свойства, както и по-добри показатели на обемно електрическо съпротивление и коефициент на топлопроводност. Доказано е наличието на антибактериални свойства на композитите по изобретението. Подобрена е термостабилността и някои от физикомеханичните показатели на биокомпозитите по изобретението. Обемното съпротивление се понижава, а коефициентите на топлопроводност се повишават. Диелектричните характеристики на биокомпозитите съгласно изобретението, доказват използването им като подложки и изолиращи слоеве в гъвкави антени за безжични комуникации на близки разстояния.

Description

(54) СЪСТАВ НА ЕЛАСТОМЕРЕН БИОКОМПОЗИТ ЗА ИЗОЛИРАЩИ СЛОЕВЕ И ПОДЛОЖКИ В ГЪВКАВИ АНТЕНИ
Област на техниката
Настоящото изобретение се отнася до състав на биокомпозит на базата на естествен каучук, съдържащ зол-гелно биостъкло, който намира приложение за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени, които могат да се носят в близост до човешкото тяло, без да оказват неблагоприятно въздействие върху него.
Предшестващо състояние на техниката
Известно е от публикация на Ehsan Zeimaran, Sara Pourshahrestani, Ivan Djordjevic, Belinda PingguanMurphy, Nahrizul Adib Kadri, Mark R. Towler, Bioactive glass reinforced elastomer composites for skeletalregeneration: A review, Materials Science and Engineering C 53 (2015) 175-188 възможностите за използване на усилени с биоактивни стъкла композити на еластомерна основа за скелетна регенерация. Установено е, че използването на биоактивни стъкла като пълнител може да подобри много от свойствата на еластомерите, но се счита, че има праг в степента на напълване на композитите с биостъклата, над който якостните свойства на композитите се влошават. Освен съдържанието на пълнителя, други параметри, такива като размер и форма на частиците и състава на стъклото също влияят върху крайните свойства на композита.
От публикация на М. J. Silva, V. О. Soares, G. С. Dias, R. J. Santos, • А. Е. Job, A. O. Sanches, J. A. Malmonge, Study of thermal and mechanical properties of a biocompositebased on natural rubber and 45S5 Bioglass particles, J Therm Anal Calorim (2018) 131:735-742 е известно, изследване на термичните и механични свойства на биокомпозити на базата на естествен каучук и частици от биостъкло със състав 24.3 % Na2O, 26,9 % СаО, 2,5 % Р2О5 и 46.3 % SiO2 при съотношения естествен каучук : биостъкло 90:10, 70:30, 50:50. Авторите установяват подобряване на термичната стабилност на композита с увеличаване на количеството на биостъклото, както и подобряване на механичните свойства, което според тях открива възможности за биомедицински приложения.
Известно е от публикация на Jiqiu Wen, Yubao Li, Yi Zuo, Gang Zhou, Junfeng Li, Liuyun Jiang, Wen Xu, Preparation and characterization of nano-hydroxyapatite/silicone rubber composite, Materials Letters 62 (2008) 3307-3309, охарактеризиране на композити на базата на силоксанов каучук и наночастици от хидроксиапатит (в количество от 30 до 60 wt. %) за медицински приложения. Те установяват, че частиците на хидроксиапатита са добре диспергирани в силоксановия каучук и механичните свойства на композита се подобряват значително.
От публикация на Abdullah Al-Sehemi „Design and performance of dual-band wearable compact lowprofile antenna for body-centric wireless communications“ в International Journal of Microwave and Wireless Technologies, 2018, е известна компактна нискочестотна антена с две ленти, която е лека и може да се носи и се използва за телекомуникационни безжични комуникации. Съставът на композита е на базата на бутадиенакрилонитрилов каучук /NBR/ и включва (на 100 мас. части каучук): бутадиенакрилонитрилов каучук - 100,0 цинков оксид - 3,0, стеаринова киселина - 1,0, изопропил-фенил-р-фенилендиамин - 1,0, Nтрет-бутил-2-бензотиазолсулфенамид - 0,7.
Техническа същност на изобретението
Цел на изобретението е да се създаде еластомерен биокомпозит, който да се използва за подложки и изолиращи слоеве в гъвкави антени, които да са леки, да могат да заемат желаната форма на обекта, да могат да следват движенията и промените във формата му и да имат антибактериални свойства. Едновременно с това тези еластомерни композити не трябва да променят характеристиките си при огъване или налягане, трябва да имат ниска относителна диелектрична проницаемост, за да понижават забавянето в разпространението на сигнала, нисък тангенс от ъгъла на диелектричните загуби, за да понижават затихването на сигнала, добро качество на сигнала, механична гъвкавост, висока стабилност на размерите, устойчивост на влагопоглъщане, висока топлопроводност, за да разсейват образуваната топлина.
Целта на настоящото изобретение се постига със състав на биокомпозит, използван за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени на база естествен каучук с пълнител зол-гелно биостъкло в количество от 8 до 50 мас. ч. на 100 мас. ч. каучук, а останалите ингредиенти са цинков оксид от 2,5 до 3,5, стеаринова киселина от 1 до 2,5, бис(триетоксисилилпропил)тетрасулфид от 4 до 6, третичен бутилбензотиазолил сулфенамид от 1 до 2,5, сяра от 1 до 3 и изопропил-фенил-р-фенилен диамин от 0,5 до 1,5.
Пълнителят от зол-гелно биостъкло съдържа следните компоненти в количество: СаО - 49-51%, SiO2 - 39-41%, Р2О5 - 8%, Ag2O - 0,1-4%.
Съставът на еластомерния биокомпозит, съгласно изобретението, за изолиращите слоеве и тези за подложки в гъвкави антени са идентични.
Приложените таблици и фигури илюстрират по-детайлно разработените състави, техните количествени и качествени варианти на изпълнение, както и постигнатите показатели.
Количествените стойности на състава на пълнителя - зол-гелни биостъкла, са посочени в таблица 1.
BG 67373 Bl
Таблица 1. Състав на зол-гелните биостъкла
Образец Химичен състав на гела (wt. %)
СаО SiO2 Р2О5 Ag2O
BGO 51 40,9 8 0,1
BG2 50 40 8 2
BG4 49 39 8 4
Съставите на еластомерните композити, съдържащи като пълнители биостъкла, са посочени в таблица 2 в мас. ч. на 100 мас. ч. каучук.
Таблица 2. Състави на еластомерните композити, съдържащи зол-гелно биостъкло
Ингредиенти BG0-10 BGO-20 BG0-45 BG2-10 BG2-20 BG2-45 BG4-10 BG4-20 BG4-45
Естествен каучук STR 10 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Цинков оксид 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
Стеаринова киселина 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
Пълнител-золгелно биостъкло 10 20 45 10 20 45 10 20 45
Бис(триетоксиси лилпропил)тетра сулфид 5 5 5 5 5 5 5 5 5
изопропилфенил-р-фенилен диамин/ 1 1 1 1 1 1 1 1 1
третичен бутилбензо-тиазолил сулфенамид / 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
Сяра 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Получените съгласно изобретението гел-золни биоактивни стъкла са с различен фазов състав в зависимост от съдържанието на Ag2O в тях.
SEM-EDX анализ е използван за качествено и количествено определяне състава на по-широки зони от изследваните зол-гелни биостъкла, както и състава на отделни точки в тези зони - фиг. 1, фиг. 2.
От фигура 1 е видно, че биостъклото е хомогенно. С изключение на среброто, другите елементи, респ. фази, са разпределени равномерно в него. EDX анализът в отделни точки от наблюдаваната широка зона на зол-гелното биостъкло със съдържание на 4% сребърен диоксид в състава му (фиг. 2) потвърждава наличието на точки с преобладаване в тях на въглерод, кислород, силиций, калций, фосфор (т.е. хидроксилапатит, калцит), както и такива с преобладаване на среброто в тях (фиг. 2, табл. 3).
Показаните на фиг. 2 SEM изображения на зол-гелни биостъкла със съдържание на 4% сребърен оксид, в отделни точки на които (означени на изображенията на фиг. 2 с кръстче) е проведен EDX-анализ, резултатите от който са показани в таблица 3.
BG 67373 Bl
Таблица 3. Елементен състав в избрани точки от наблюдаваната зона (означени на изображенията на фиг. 2 с кръстче) в съответствие с данните от EDX анализа
Element a b c d
О 20.58 18.94 38.19 4.77
Si 23.96 0.48 22.75 1.11
Са 26.75 - 34.51 •
Р 10.66 - 3.76 -
Na 3.47 - 0.20 -
С 1.70 2.66 - 4.88
С1 4.10 0.45 0.58 6.24
Mg 1.58 - - -
Ag 6.17 77.16 83.00
Al 1.02 - * -
Очевидно е от всички представени резултати, че сребърният оксид променя фазовия състав и структурата на биостъклата, като с увеличаване на концентрацията му тези изменения стават все позначими. Наличието на елементарно сребро в състава на биостъклото, респективно в биокомпозита (фиг. 2Ь, таблица ЗЬ) е гаранция за неговите антибактериални свойства.
Вулканизационни характеристики
Вулканизационните характеристики на състави на основата на естествен каучук, съдържащи золгелни стъкла, са показани в таблица 4.
Таблица 4. Вулканизационни характеристики при 150°С на еластомерните смеси, съдържащи золгелно биостъкло с различна концентрация на сребърен оксид в него.
Characteristics BG0-10 bgo-20 BGO-45 BG2-10 BG2-20 BG2-45 BG4-10 BG4-20 BG4-45
ML, dN.m 0,12 0,26 0,76 0,11 0,15 0,22 0,13 0,17 0,24
MH, dN.m 3,58 3,79 8,41 2,79 4,92 6,33 4,05 5,54 7,28
ΔΜ-ΜΗ-ML
tsi, m:s 7:41 7:39 5:29 6:45 6:07 5:34 5:52 5:41 5:36
tS2, tn:s 7:56 7:10 5:56 7:12 7:11 6:17 6:09 6:05 6:03
tand@ML 1.500 1.296 1.091 1.636 1.467 1.500 1.308 1.833 1.417
tand@MH 0.052 0.090 0.127 0.077 0.080 0.082 0.036 0.040 0.044
T50, m:s 7:51 7:51 6:22 6:51 7:17 7:34 6:08 6:31 6:58
tgo, ni:s 8:48 8:47 8:02 7:47 8:51 11:24 7:35 9:07 11:01
BG 67373 Bl
Означения:
ML (минимален въртящ момент), МН (максимален въртящ момент), ΔΜ = MH-ML (характеризира гъстотата на вулканизационната мрежа), Т50 (оптимално време за завършване на 50% от вулканизацията); Тдо (оптимално време за завършване на 90% от вулканизацията), tsi (устойчивост на преждевременна вулканизация, увеличаване на въртящия момент с едно деление), ts2 (устойчивост на преждевременна вулканизация, увеличаване на въртящия момент с две деления); tand @ ML (тангенс от ъгъла на механичните загуби при минимален въртящ момент); tand@MH (тангенс от ъгъла на механичните загуби при максимален въртящ момент).
Физикомеханични характеристики
Физикомеханичните характеристики на композити, съдържащи зол-гелни биостъкла са показани в таблица 5.
Таблица 5. Физикомеханични характеристики на биокомпозити на основа естествен каучук, съдържащи зол-гелни биостъкла с различна концентрация на сребърен оксид в тях
BG0-I0 BG0-20 BG0-45 BG2-10 BG2-20 BG2-45 BG4-10 BG4-20 BG4-45
Напрежение при 100% удължение, М!И, МРа 0.4 0.4 1.0 0.5 0.5 1.0 0.5 0.6 1,2
Напрежение при 300% удължение, Мзоо, МРа 1,3 1.3 5.0 1.3 1.3 5.3 1.3 2.1 5.7
Якост на опън, σ, МРа 10.0 9.2 8.2 13.2 10.2 8.7 15,0 13.6 12.0
Относително удължение, еь % 700 700 450 750 700 500 750 700 550
Остатъчно удължение, ε2, % 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Твърдост ШорА, отн. ед. 47 50 58 49 51 59 51 54 60
BG 67373 Bl
От таблицата е видно:
- с увеличаване на количеството на пълнителите и съдържанието на сребърен диоксид в тях, модулите при 100 и 300% удължение се подобряват;
- с увеличаване количеството на пълнителя якостта на опън се понижава, но с увеличаване количеството на сребърния оксид тя се повишава, същото се отнася и за относителното удължение;
- остатъчното удължение не се променя като остава в границите на 10%, тъй като всички образци са вулканизирани в оптимума на вулканизация, определен по вулканизационните изотерми. Определено може да се твърди, че композитите имат много добра еластичност, тъй като при относително удължение в границите на 500-750% запазват остатъчно удължение около 10%;
- твърдостта по Шор нараства, както с нарастването на количеството на пълнителя, така и с нарастването на концентрацията на сребърния оксид в неговия състав.
Видно е от охарактеризирането на пълнителите, че в най-добрия случай те съдържат една аморфна и две кристални фази, а след включването в състава и на сребърния оксид - една аморфна и три кристални фази. Променянето на количеството на сребърния оксид води до промени в съотношенията между фазите вътре в самия пълнител, т.е. до структурни промени в него. Тези промени от своя страна водят до промени в силата на взаимодействието „каучукова матрица-пълнител“ и дебелината на междуфазовия слой между матрицата и пълнителя. Тези промени пък водят до промени във всички изследвани свойства на композитните материали. Съществуването на самостоятелните кристални фази оказва специфично влияние върху редица свойства на композитния материал, в т.ч. и на физикомеханичните.
Изменението на специфичното обемно съпротивление на композитите съгласно изобретението е показано в таблица 6.
Таблица 6. Специфично обемно електрично съпротивление на вулканизати на базата на естествен каучук, напълнени с биостъкло с различна концентрация на сребърния оксид
Проби pv, °.m
NR-BG 0-10 2,84. 1014
NR-BG 0 -20 1,67. 1014
NR-BG 0 -45 5,65. 10и
NR-BG2-10 1,57. 10'4
NR-BG 2 -20 1,07.1014
NR-BG 2 -45 2,54. 10н
NR-BG4-10 1,13. 10'4
NR-BG 4 -20 2,80. 10и
NR-BG 4 -45 1,30. 10и
От таблицата се вижда, че с увеличаване на количеството на зол-гелното биоактивно стъкло, специфичното обемно съпротивление се понижава. С увеличаване на количеството на сребърния оксид в него, специфичното обемно съпротивление също се понижава, най-вече поради отделянето на елементарно сребро в системата, доказано от EDX изследванията на стъклата (фиг. 1-2, табл. 3) и постепенното увеличаване на неговото количество.
Динамични характеристики
Таблица 7 и фигура 3 показват резултатите от изследванията на динамичните свойства на композитите на база естествен каучук, съдържащи зол-гелни биостъкла.
BG 67373 Bl
Таблица 7. По-важни динамични характеристики на изследваните композити
Тапб @ 60°С Тапб @ 0°С Тй,°с Тапб max
BG0-10 0.09 0.10 -35.8 1.89
BG0-20 0.12 0.14 -34.4 1.71
BG0-45 0.16 0.17 -34.0 1.41
BG2-10 0.11 0.11 -36.7 1.94
BG2-20 0.13 0.12 -36.1 1.88
BG2-45 0.15 0.18 -34.7 1,55
BG4-10 0.12 0.10 -36.3 2.06
BG4-20 0.15 0.12 -35.7 1.88
BG4-45 0.21 0.19 -35.3 1.70
На фиг. 3 е показана зависимостта на модула на съхранение (а) и тангенса от ъгъла на механичните загуби (Ь) от температурата за композити, съдържащи биостъкла (с NR0 е означен композит, несъдържащ пълнител)
Анализът на резултатите показва следното:
- с увеличаване количеството на пълнителя стойностите на tanδ@60°C нарастват, както и с увеличаване на съдържанието на сребърен оксид. Стойностите за този параметър на напълнените композити са по-високи от ненапълнените;
- същата тенденция се забелязва и при tanδ@0°C. Спрямо ненапълненият композит са по-високи обаче само стойностите на композитите, съдържащи 45 phr пълнител, останалите са по-ниски;
- Tg /температура на встъкляване, температура на прехода от стъклообразно във високоеластично състояние/: с повишаване количеството на пълнителя тази температура се понижава, а с повишаване на съдържанието на сребърен оксид се повишава при една и съща степен на напълване;
- Tanδ max - c увеличаване количеството на пълнителя, стойностите на този показател намаляват, а с увеличаване на съдържанието на сребърен оксид при една и съща степен на напълване се увеличават. По-ниската стойност на Таnδ max означава, че в присъствието на съответния по вид и количество пълнител се ограничава подвижността на макромолекулите, вероятно поради адсорбция по повърхността на частиците и по-силно взаимодействие с тях. В този смисъл е логично, че най-ниските стойности се наблюдават при най-високите степени на напълване, където е най-голяма и вероятността за адсорбиране на макромолекули върху повърхност на частици. Очевидно с увеличаване на количеството на сребърния оксид тази вероятност намалява, затова стойността на Tanδ max нараства в този случай.
Фигура 3 показва температурната зависимост на модула на съхранение (а) и тангенса от ъгъла на диелектричните загуби (b) за някои от композитите. Под -50°С всички композити показват плато, стойността на Е' се увеличава с напълването, но с увеличаване количеството на сребърния оксид при еднакво напълване намалява. Това поведение показва, че частиците на биостъклото увеличават способността на матрицата от естествен каучук да поддържа механични напрежения with recoverable deformation [33]. Както се вижда от фиг. 6b, релаксационният пик за ненапълнения композит има повисока стойност от тези на биокомпозитите, което се дължи на по-високата му еластичност и по-ясно изразената му тенденция да разсейва енергията по време на деформация в сравнение с биокомпозитите. По-ниската стойност за Tanδ max на биокомпозитите в сравнение с ненапълнения композит може да се свърже с ограничената подвижност на макромолекулите в присъствие на пълнителите от биостъкло.
Диелектрични характеристики
Диелектрични характеристики на композити BG0, BG2 и BG4 при напълване 10, 20 и 45 масови части на 100 масови части каучук при честота fr=2565,33 MHz са систематизирани в таблица 8. Тази честота е избрана с оглед оценка на възможностите за потенциални антенни приложения на изследваните композити.
Таблица 8. Диелектрични характеристики на композити на базата на естествен каучук, съдържащи зол-гелно биостъкло
Означение ε' ε σ, S/m tan6e
NR-0 2.250802 0.007568 0.001079 0.003362
BG0-10 2.382024 0.00466 0.000665 0.001956
BG0-20 2.419216 0.034865 0.002373 0.014412
BG0-45 2.661398 0.016598 0.003968 0.006237
BG2-1O 2.472523 0.028047 0.001001 0.011343
BG2-2O 2.567453 0.011519 0.003643 0.004487
BG2-45 2.762088 0.022375 0.004192 0.008100
BG4-10 2.455436 0.032138 0.004084 0.013089
BG4-20 2.600936 0.028737 0.004599 0.011048
BG4-45 2.880128 0.031755 0.00473 0.011026
BG 67373 Bl
Резултатите в таблицата показват силното влияние на химичната природа и структурата на използваните пълнители върху изследваните характеристики. Вижда се от таблицата, че с увеличаване на количеството на пълнителя, както и с нарастване на концентрацията на сребърния оксид в него, стойностите на реалната и на имагинерната част на диелектричната проницаемост нарастват. При всички случаи те са по-високи от стойността на ненапълнения композит, с единствено изключение стойността за ε за композита, съдържащ 10 phr зол-гелно стъкло без сребърен оксид в него, която е по-ниска. Наблюдаваните промени в изменението на реалната и имагинерната част на диелектричната проницаемост с напълването, обясняват и измененията в стойностите на тангенса от ъгъла на диелектричните загуби (tan6e ε/ε'), където с увеличаване на напълването и концентрацията на сребърния оксид в него се забелязва тенденция към нарастване на стойността му, като в 2-3 единични случая при напълване с 20 и 45 phr се забелязват отклонения от тази тенденция. Прави впечатление, че стойността на tan5E за композитите BG0-10, BGO-45, BG2-20 съгласно изобретението е твърде ниска и открива възможности за техни антенни приложения, по-специално като подложки и/или изолиращи слоеве в гъвкави антени за безжични комуникации. Въпреки че най-често използваните сега твърди антени осигуряват възможности за редица техни приложения, разработването на гъвкави антени и интересът към тях през последните години.
Съгласно настоящото изобретение изненадващо бе констатирано, че концентрацията на сребърния оксид в биостъкла от системата CaO-SiO2-P2O5-Ag2O има съществено влияние върху значителен комплекс от свойства на биокомпозити на базата на естествен каучук и определяне на конкретното количество на пълнителя осигурява композит с изключително добри свойства за приложение при гъвкави антени.
Естественият каучук е използван в настоящото изобретение поради следните предимства: сравнително ниска цена, лесно се преработва, има висока еластичност и водоустойчивост, има стабилни електрични свойства и което е особено важно той е продукт, който се получава от възобновяеми източници и е екологичен. Свойствата на композитите на база еластомери могат да бъдат променени в значителна степен чрез въвеждане в каучуковата матрица на функционални пълнители. Стойността на имагинерната част на диелектричната проницаемост /наричана още диелектрични загуби/ в един многокомпонентен композит зависи от голям брой сложни явления, такива като естествен резонанс, диполна релаксация, междуфазова поляризация. Важни фактори за формиране реалната и имагинерна част на диелектричната проницаемост са също така степента на напълване, морфологията и структурата на използваните пълнители, разликите в размера и формата на частиците им, а така също разликите в морфологията, структурата и елементния състав на композита.
Термични характеристики на композитите
Термичните характеристики на изследваните композити са показани в таблица 9.
Таблица 9. Термични характеристики на биокомпозити на базата на естествен каучук, съдържащи като пълнител биостъкло с различна концентрация на сребърен оксид в него.
Tst, °C Tend, °C AT, °C Am Tmax
NR0 213.3 459.1 245.8 18.27 360.6
BG0-10 270.7 427.1 156.4 16.50 359.3
BG0-20 1 240.1 423.3 183.2 15.40 357.7
BG0-45 234.6 420.7 186.1 12.23 358.1
BG2-10 278.0 461.3 183.3 16.76 360.1
BG2-20 265.1 449.8 184.7 15.72 353.2
BG2-45 241.4 429.6 188.2 12.62 358.9
BG4-10 287.0 464.2 177.2 16.8 361.1
BG4-20 273.2 458.7 185.5 15.58 358.6
BG4-45 247.7 439.3 191.0 12.67 362.6
Означения в таблицата:
Тй - начало на реакцията на термична деструкция на композита;
Tmd - край на реакцията на термична деструкция на композита;
ΔΤ - температурна разлика между началото и края на реакцията на деструкция;
Ат - загуба на маса за целия процес на деструкция, mg;
Тщах - температура на максимална скорост на деструкция, °C
NR 0 - ненапълнен композит.
BG 67373 Bl
От таблицата е видно, че:
- с увеличаване количеството на пълнителя, температурата на начало на реакцията на термична деструкция на композита се понижава, а с увеличаване на количеството на сребърния оксид в биостъклото се повишава. Тази температура остава значително (30-70°С) над температурата на ненапълнения композит, т.е. използването на биостъклото като пълнител увеличава значително термичната устойчивост на деструкция. Причината за този ефект е значително по-високата термостабилност на биостъклото в сравнение с тази на матрицата от естествен каучук;
- с увеличаване количеството на пълнителя, температурата на край на реакцията на термична деструкция се понижава, а с увеличаване на количеството на сребърния оксид се повишава;
- композитите BG2-10 и BG4-10 са с най-висока термична стабилност;
- с увеличаване на степента на напълване, всички напълнени композити започват да деструктират при доста по-високи температури от ненапълнените, температурната разлика между началото и края на реакцията на деструкция нараства, с увеличаването на количеството на сребърния оксид - също. Тази разлика остава по-малко в сравнение с ненапълнения композит именно поради по-високата температура на началото на реакцията на деструкция;
- загубите в маса за процеса на деструкция като цяло намаляват с увеличаването на количеството на пълнителя, с увеличаване на количеството на сребърния оксид практически не се променят /нарастват незабележимо/. Загубите в маса намаляват най-вече поради неорганичната природа на използвания пълнител и неговата термична стабилност;
- температурите на максимална скорост на деструкция показва тенденция към леко понижаване с нарастване на степента на напълване и леко повишаване с увеличаване на количеството на сребърния оксид, но като цяло остават близки до температурата на максимална скорост на деструкция на ненапълнения композит, което показва, че природата на еластомера е лимитираща в деструкционния процес, а не пълнителя. Прибавянето на пълнителя променя механизма на протичане на деструкционния процес от едноетапен /при ненапълнения композит/ с максимална скорост на деструкция при 360.6°С в четириетапен (температура на I-ви етап - 328.7°С, температура на втори етап - 355.2°С, температура на трети етап, най-силно изразен - 362.6°С, температура на четвърти етап - 380.9°С/при силно напълнените композити.
Коефициент на топлопроводност
Коефициентът на топлопроводност на изследваните композити съгласно изобретението е показан в таблица 10.
BG 67373 Bl
Таблица 10. Коефициенти на топлопроводност на биокомпозити на базата на естествен каучук, съдържащи като пълнител биостъкло с различна концентрация на сребърен оксид в него
Проби λ, W/m.K
NR-0 0.130
BG0-10 0,154
BG 0 -20 0.169
BG 0 -45 0.185
BG2-10 0.175
BG 2 -20 0.190
BG 2 -45 0.210
BG4-10 0.207
BG 4 -20 0.225
BG 4 -45 0.295
Предимствата, които осигурява състава по заявката са:
Наличието на пълнителя CaO-SiO2-P2O5-Ag2O оказва съществено влияние на свойствата на биокомпозити на базата на естествен каучук.
Доказано е положителното влияние, както на степента на напълване с биостъклото, така и на концентрацията на сребърния оксид в него върху всички изследвани свойства на композитите вулканизационни, физикомеханични, динамични, диелектрични, термични, обемно електрическо съпротивление, коефициент на топлопроводност. Доказано е наличието на антибактериални свойства на композитите по изобретението. Неочаквано е подобряването на термостабилността и някои от физикомеханичните показатели на композитите. Обемното съпротивление се понижава, а коефициентите на топлопроводност се повишават.
Диелектричните характеристики на биокомпозитите съгласно изобретението, доказват използването им като подложки и изолиращи слоеве в гъвкави антени за безжични комуникации на близки разстояния.
Пояснение на приложените фигури
На фиг. 1а и фиг. 1b е показано SEM изображение на наблюдавана широка зона на зол-гелно биостъкло с 4 % включен в състава му сребърен оксид(а) и качествено и количествено разпределение на елементите в нея (b).
На фиг. 2а, фиг. 2b, фиг. 2с и фиг. 2d е показано SEM изображение на зол-гелни биостъкла със съдържание на 4 % сребърен оксид, в отделни точки на които (означени на изображенията на фиг. 2 с кръстче) е проведен EDX-анализ.
На фиг. 3а и фиг. 3b е показана зависимостта на модула на съхранение (а) и тангенса от ъгъла на механичните загуби (b) от температурата за композити, съдържащи биостъкла (с NR0 е означен композит, несъдържащ пълнител).
Примери за изпълнение на изобретението
Изобретението се илюстрира със следните примери, без да го ограничават.
Пример 1.
Съставът на биокомпозита, съгласно изобретението, включва в тегл. части, както следва:
Естествен каучук STR 10 - 100
Цинков оксид - 2,5
Стеаринова киселина - 1,0
Зол-гелно стъкло пълнител - 8,00 /Силан Si 69/ Бис(триетоксисилилпропил)тетрасулфид - 4,00
IPPD /изопропил-фенил-р-фенилен диамин/противостарител - 0,5
Третичен бутил-бензотиазолил сулфенамид /ускорител на вулканизацията/ - 1,00
Сяра - 1,00
Зол-гелното стъкло е със състав СаО - 49,00, SiO2 - 39,00, P2O5 - 8,00, Ag2O - 0,1.
Зол-гелното стъкло се получава предварително по специално разработена за целта методика, включваща нагряване до 600°С, след което се смесва с еластомера по време на изработването на каучуковата смес заедно с останалите ингредиенти, посочени по -горе.
Сместа се изработва на открит лабораторен каучуков смесител /тип валци/ с размер на валовете L/D 320x160 mm, фрикция 1.27 и скорост на по-бавния вал - 25 min-1. Вулканизацията на каучуковата смес се провежда на електрическа хидравлична вулканизационна преса c плочи 400x400 mm при температура 150°С, налягане 10 МРа и време, определено от вулканизационните изотерми на смесите, снети на вулкаметър MDR 2000, производство на фирма AlphaTechnology.
Пример 2.
Съставът на биокомпозита включва:
Естествен каучук STR 10 - 100
Цинков оксид - 3,5
Стеаринова киселина - 2,5
Пълнител - 50 /Силан Si 69/ Бис(триетоксисилилпропил)тетрасулфид - 6
IPPD /изопропил-фенил-р-фенилен диамин/противостарител - 1,5
TBBS /третичен бутил-бензотиазолил сулфенамид/ - /ускорител на вулканизацията/ - 2,5
Сяра - 3
Съставът на зол-гелното стъкло е СаО - 51, SiO2 - 41%, Р2О5 - 8%, Ag2O - 4,00 и се получава както в пример 1.
Съставът на еластомерния биокомпозит се получава по същата технология, както в пример 1.
Пример 3.
Съставът на биокомпозита включва:
Естествен каучук STR 10 - 100
Цинков оксид - 3
Стеаринова киселина - 2
Пълнител - 20 /Силан Si 69/ Бис(триетоксисилилпропил)тетрасулфид - 5
IPPD /изопропил-фенил-р-фенилен диамин/противостарител - 1
TBBS /третичен бутил-бензотиазолил сулфенамид/ - /ускорител на вулканизацията/ - 1,5
Сяра - 2
Съставът на зол-гелното стъкло е както в пример 2.
Съставът на еластомерния биокомпозит се получава по същата технология, както в пример 1.

Claims (1)

  1. Състав на еластомерен биокомпозит за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени, съдържащ каучук, цинков оксид, стеаринова киселина, изопропил-фенил-р-фенилендиамин, характеризиращ се с това, че каучукът е естествен каучук, пълнителят е зол-гелно стъкло и ингредиентите на 100 мас. части естествен каучук са в следните количества: зол-гелно стъкло от 8 до 50, цинков оксид от 2,5 до 3,5, стеаринова киселина от 1 до 2,5, бис(триетоксисилилпропил)тетрасулфид от 4 до 6, третичен бутилбензотиазолил сулфенамид от 1 до 2,5, сяра от 1 до 3 и изопропил-фенил-р-фенилен диамин от 0,5 до 1,5
BG112988A 2019-08-23 2019-08-23 Състав на еластомерен биокомпозит за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени BG67373B1 (bg)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG112988A BG67373B1 (bg) 2019-08-23 2019-08-23 Състав на еластомерен биокомпозит за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени
US16/858,771 US11359076B2 (en) 2019-08-23 2020-04-27 Construction of elastomeric biocomposite intended for insulating layers and pads with regard to flexible antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG112988A BG67373B1 (bg) 2019-08-23 2019-08-23 Състав на еластомерен биокомпозит за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG112988A BG112988A (bg) 2021-02-26
BG67373B1 true BG67373B1 (bg) 2021-09-15

Family

ID=74647495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG112988A BG67373B1 (bg) 2019-08-23 2019-08-23 Състав на еластомерен биокомпозит за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11359076B2 (bg)
BG (1) BG67373B1 (bg)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU5485200A (en) * 1999-06-14 2001-01-02 Imperial College Innovations Silver-containing, sol-gel derived bioglass compositions
US10294349B2 (en) * 2014-03-26 2019-05-21 Sumitomo Rubber Industries, Ltd. Rubber composition for tire, pneumatic tire, and method for manufacturing rubber composition for tire
BG67321B1 (bg) * 2017-10-06 2021-05-17 The Research Center for Advanced Materials Science King Khalid University (KKU) Еластомерен състав за вграждане на компактна антена

Also Published As

Publication number Publication date
US11359076B2 (en) 2022-06-14
BG112988A (bg) 2021-02-26
US20210054175A1 (en) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Carretero-González et al. Effect of nanoclay on natural rubber microstructure
Kanking et al. Use of bagasse fiber ash as secondary filler in silica or carbon black filled natural rubber compound
BR112013016177B1 (pt) composição de vidro, fibra de vidro, processo para fornecer fibras contínuas, manufaturáveis, de alto módulo de elasticidade em um forno de fundição de vidro e artigo de fibra de vidro reforçado
Thabet et al. A review of nano-fillers effects on industrial polymers and their characteristics
EP1900767A1 (de) Mikrowellenschaum
Bansod et al. Controlled growth of in situ silica in a NR/CR blend by a solution sol–gel method and the studies of its composite properties
Kim et al. Melt‐compounded butadiene rubber nanocomposites with improved mechanical properties and abrasion resistance
Yang et al. Fabrication and characterization of poly (lactic acid) biocomposites reinforced by calcium sulfate whisker
Ikeda et al. Effect of catalyst onin situ silica reinforcement ofstyrene–butadiene rubber vulcanizate by the sol–gel reactionof tetraethoxysilane
DE102011001658A1 (de) Kautschukmischung
BG67373B1 (bg) Състав на еластомерен биокомпозит за изолиращи слоеве и подложки в гъвкави антени
CA1111179A (en) Polymeric casts
ITTO20090966A1 (it) Metodo per la realizzazione di uno strato impermeabile di gomma
JP3190146B2 (ja) 耐水性が改善された新規なゴム組成物
CN112266558A (zh) 一种高强度pvc地板耐磨层及其制备方法
US4100122A (en) Trans-polyisoprene compositions
KR100319988B1 (ko) 전기화학적 표면처리에 의한 고무 조성물의 제조방법
CN102992688A (zh) 一种菱镁改性剂
Al‐Sehemi et al. Natural rubber–based composites filled with bioglasses from a CaO‐SiO2‐P2O5‐Ag2O system. Effect of Ag2O concentration in the filler on composite properties
KR20040087705A (ko) 고분자 나노복합체를 적용한 타이어용 인너라이너고무조성물
Taptim et al. Effect of organoclay and silver‐substituted zeolite on the mechanical and antibacterial properties of a silicone rubber filled with 2‐hydroxypropyl‐3‐piperazinyl‐quinoline carboxylic acid methacrylate
CN111056768A (zh) 耐低温沥青混凝土及其制备方法
Al-Sehemi et al. Rubber-ceramic composites applicable in flexible antennas
Midhun Dominic et al. Coral derived nano calcium carbonate incorporated acrylonitrile butadiene rubber composites: Green look at properties
CN107337816A (zh) 一种保温隔热的鞋底及其制备方法