CS239961B1

CS239961B1 - Pojivo pro kompozity

Info

Publication number: CS239961B1
Application number: CS842207A
Authority: CS
Inventors: Ivo Wiesner; Ludmila Wiesnerova; Zdenek Horak; Premysl Jarolimek; Jiri Novak
Original assignee: Ivo Wiesner; Ludmila Wiesnerova; Zdenek Horak; Premysl Jarolimek; Jiri Novak
Priority date: 1984-03-28
Filing date: 1984-03-28
Publication date: 1986-01-16
Also published as: CS220784A1

Abstract

Je řešen technický problém přípravy kvalitních pojiv kompozitů se sníženou toxicitou v nevytvrzeném stavu a s delší dobou zpracování. Podstatou řešení je pojivo vznikající vytvrzováním epoxidových pryskyřic modifikovaných akryláty, aminoamidovými tvrdidly. Řešení může být využito při výrobě kompozitů ve všech oborech techniky

Description

Vynález se týká pojivá pro kompozity na bázi epoxidových pryskyřic modifikovaných estery kyseliny akrylové.

Pojiv pro kompozity je známo ijinoho druhů, ale prakticky se nejvíce používají pojivá na bázi epoxidových pryskyřic, která mají dobrou chemickou a mechanickou odolnost a jsou přijatelným způsobem průmyslově zpracovatelná. Vzhledem k tomu, že pojivá v nevytvrzeném stavu musí mít pro aplikace co nejnižší viskozitu a dostatečný rozliv, používají se pro přípravu pojiv nízkomolekulárni epoxidové pryskyřice o střední molekulové hmotnosti nejvýše 400, které se dále upravují nereaktivními a reaktivními ředidly, flexibilizátory nebe platifikátory. Nejčastěji se používají epoxidové pryskyřice modifikované estery kyseliny ftalové, citrónové, fosforečné neb© fosforité, glycidyletery alifatických alkoholů, gly cidy laminy, glycidylestery alifatických a aromatických kyselin, styren, laktony,láktémy, alkylenkarbonáty, °4 * °25 alkylfenoly a další látky. Relativně nejúčinnější jsou glycidyletery alifatických nebo cykloalifatickýéh alkoholů nebo polyalkoholů, které poskytují nejen vysoký efekt snížení viskozity, ale též dostatečnou flexibilizaci polymérní sítě. Jejich závažnou závadou je obtížná příprava a značná toxicita, zejména při působení par i kapaliny na sliznice dýchacích cest, pokožku a oči. Poměrně nižší toxicitou jsou zatíženy estery kyseliny ftalové a fosforité. Pojivá obsahující tyto nereaktivní plafcifikátory věak mají poměrně často tendenci k vypocovéní plastifikátoru a mají nepatrnou odolnost vůči působení většiny chemických látek, zejména rozpouštědel. Nové výzkumy daly impulz k vývoji pojiv na bázi

239 961 epoxidových pryskyřic modifikovaných kyseliny akarylpvč, vytvrzovaných polyaminy nebo jejich aďSi^-t^ js epoxidy a^krýlaty.

-< Γ1 J' ^Λ |

Takto vzniklá pojivá mají vynikající trne ojíní oké^parametpy, přn. velmi dobrém stárnutí· Doba zpracovatelnosti a rychlůšfpseáteč:-* ní ho stádia tvrzení kompozice pro taková pojivá však pjpo některá průmyslová aplikace nevyhovuje. Známými způsoby nelze při vytvrzo vání kompozice dosáhnout snížení rekční rychlosti, a tím i prodloužit dobu zpracovatelnosti, mají-li být zachovány příznivé mechnické parametry vytvrzeného pojivá.

Na základě rozsáhlých výzkumných prací jsme nalezli takové složení kompozice, poskytující po zreagování pojivo pro kompozity s velmi dobrými mechaniokými parametry. Pojivo pro kompozity dle vynálezu je připravitelné zreagováním kompozice o složení až 85 hmotnostních dílů epoxidové pryskyřioe na bázi dianu o střední molekulové hmotnosti 430 až 600 a střední epoxidové funkčnosti 2,0, až 30 dílů hmotnostních až Cg esterů kyseliny akrylové, až 60 hmotnostních dílů aminoatnidového tvrdidla o aminovém čísle 350 až 550 mg KOH/g a ekvivalentní hmotnosti 60 až 140, připravíteIného reakoí dietylentrlaminu nebo dipropylentriaminu se směsí monomerníoh a polymerních mastných kyselin o složení

0,1 až 20 % monokarboxylových mastných kyselin, až 98 % dimerních mastných kyselin o střední molekulové hmotnosti 55Ο až 580 a střední funkčnosti 2,0,

1,99 až 25 % polyraerních mastných kyselin o střední molekulové hmotnosti 830 až 870 a střední funkčnosti 3,0.

Pojivo vzniklé chemickou reakcí složek kompozice při te(3otě až 60°C, výjimečně maximálně při 120°C, má pevnost v tahu až 50 MPa, tažnost 15 až 40 % a rázovou houževnatost 20 až o

100 kj/m . Doba zpracovatelnosti se oproti kompozici, obsahující adukty dietylentriaminu s akryláty, prodloužila 1,5 až 3 krát a počáteční stadium vytvrzení se zpomalilo asi 2 až 3 krát. Nižší viskozita aminoamidového tvrdidla se příznivě projevuje i v lupaich zpracovatelských parametrech kompozice /lepší a ryohlejší rozliv, větší plnivost, lepší oddělování vzduchových bublin aj,/. Vytvrzené pojivo je zdravotně nezávadné.

239 961

Výchozí epoxidové pryskyřice se připravují známými způsoby alkalickou kondenzací dianu a epichlorhydrinetn, Z esterů kyseliny akrylové se používají zejména n-buty1-akrylát, izobutylakrylát, sec. buty lakry lát, amylakryláty, n-okty1-akrylát, 2-ety.lhexy lakry lát, benzylakrylát a další,

V případě potřeby lze kompozici upravit přídavkem 1 až 10 hmotnostních dílů plastifikátoru, zejména esterů kyseliny ftalové, oitronové, fosforečné, fosforité, maleinové, fumarové, butylšterů epoxidových mastných kyselin, směsí těchto látek a podobně.

Reakci složek kompozioe pro získání pojivá lze dle potřeby urychlovat, zejména při teplotách pod 15 °C, přídavkem až 5 hmotnostních dílů fenolů nebo fenoliokých sloučenin a podobně.

Je-li to účelné, lze kompozici před reakcí barvit, pigmentovat, popřípadě plnit různými minerálními nebo polymerními látkami. Je nezbytné, aby tyto látky byly suché a reagovaly neutrálně. Pojivo dle vynálezu je vhodné zejména pro výrobu mecSaicky silně exponovaných vrstvených hmot, lze jej však použít i pro přípr. plastmalt, plastbetonů, plastických omítek, podlahovin, tmelů, penetračníoh nátěrů a podobně.

Aminoamidové tvrdidlo se připravuje amidaoí při teplotě I50 až 200°C za současného oddestilování reakční vody. Hotové aminoamidové tvrdidlo má viskozitu 1500 až 80 000 mPa.s/25 °C a může obsahovat 0,1 až 20 % volného dietylentriaminu nebo dipropylentriaminu.

Příklad 1

Složka A: 75 S epoxidové pryskyřice na bázi dianu o střední mol. hmotnosti 600 a epoxidové funkčnosti 2,o se vyhřeje na 100 °C a mísí s 22 g 2-ethylhexylakrylátu a 3 g butylesteru ^epoxid„ sojových mastných kyselin. Získaná kompozice má viskozitu 2 650 mPa.s/25 °C a obsahuje 0,3676 mol/lOOg reaktivních skupin.

Složka B: do sulfurační baňky objemu 5 00 ml se předloží 171 S technických pólyměrních mastných kyselin o složení

0,11 % monomerních mastných kyselin,

80,5 % dimerních mastných kyselin o střední mol,hmot. 579»

19.39% trimemích mastných kyselin o stř. mol. hmot, 830 a 100 g dietylentriaminu. Směs se za míchání zahřívá na 150 °C, kde se udržuje 30 minut, načež se pozvolna zvyšuje teplota na I90 °C /během oca 60 minut/ a reakční vmda se oddestiluje sestupným ohladičem, PO dosaženi čísla kyselosti pod 5 mg KOH/g se

239 961

- 4 reakční směs se chladí a filtruje , Produktem je kapalné ami.noamidové tvrdidlo o viskozitě 3 65Ο mPa.e/25 °C, čísle kyselosti 3,2 mg KOH/g, aminovém čísle 511 mg KOH/g, ekvivalentní hmotnosti 78,3, obsahující 17,8 % volného dietylentriaminu.

100 g složky A se mísí s různým množstvím složky B a nechá se proběhnout vytvrzovaoí reakce. Parametry pojivá udává tabulka.

Složka B	Parametry pojivá
e	teorie (%)	pevnost v tahu tažnost	rázová houževnatost (kj/m²)
(MPa)	(£)
25,9	90	18,1	20,1	32,3
28,8	100	22,5	27,9	68,2
31,7	110	33,2	39,3	76,1
34,5	120	25,7	47,8	88,9
Příklad 2
	Složka Až	smísí se 70 g	epoxidové pryskyřice na bázi dianu

o střední molekulové hmotnosti 440 a střední epoxidové funkčnosti 2,0 s 30 g n-butylakrylátu. Připravená kompozice má viskozitu 543 mPa.s/25 °C a obsahuje 0,5521 mol/100 g reaktivních skupin.

Složka B: do sulfurační baňky objemu 1000 ml, vybavené míchadlem, sestupným chladičem a přívodem inertu, se předloží 252 g dipropylentrlaminu a 342 teohniokýoh polymerníoh mastných kyselin talových o složení $ monomerníoh mastných kyselin, dimerních mastných kyselin o stř. mol. hmotnosti 550, % trimerních mastných kyselin o stř. mol. hmotnosti 869.

Směs se za míohání (inertní atmosféra) během 1 hodiny vyhřívá na 170 °C a po ukončení prudkého vývoje reakční vody se dále zvyšuje teplota na 195 °C,'která se udržuje, pokud reakční směs má číslo kyselosti vyšší jak 5 mg KOH/g. Hotové aminoamidové tvrdidlo má viskozitu 2 020 mPa,s/25 °C, číslo kyselosti 3,3 mg KOH/g, aminové číslo 430 mg KOH/g a ekvivalentní hmotnost 99,7· 100 g složky A se mísí s 55 g složky B a nechá se 7 dnů reagovat. Vytvrzené pojivo má pevnost v tahu 37,1 MPa, tažnost 22,1 a rázovou houževnatost 42,3 kj/m ,

- 5 Příklad 3 239 961

Složka A: smísí se 85 g epoxidové pryskyřice na bázi dianu o střední molekulové hmotnosti 430 a střední epoxidové funkčnosti 2,0 s 15 g benzylakrylátu, Kompozice má viskozitu 1 060 mPa,s/25°C a obsahuje 0,4878 mol/lOOg reaktivních skupin.

Složka B: do aparatury popsané v příkladu 2 se předloží 200 s dietylentrlaminu a 342g polymerních mastných kyselin o složení

0,l/o monomerníob mastných kyselin,

75,9 % dimemích mastných kyselin o stř. mol. hmotnosti 565,

24,0 # trimerních mastných kyselin o stř. mol. hmotnosti 831, načež se provede amidace postupem podle příkladu 2. Produktem je aminoamidové tvrdidlo o viskozitě 78 560 mPa.s/25 °C, čísle kyselosti 2,8 mg KOH/g, aminovém Čísle 215 KOH/g a ekvivalentní hmotnosti 136,7·

100 g složky A se mísí se 66,7 6 složky B a nechá se 10 dnů reagovat. Vytvrzenó pojivo má pevnost v tahu 32,9 MPa, tažnost 2

28,5 % a rázovou houževnatost 43 kj/m »

Claims

Pojivo pro kompozity připravitelné zreagováním kompozice o hmotnostním složení

70 až 85 dílů epoxidové pryskyřice na bázi dianu o střední molekulové hmotnosti 430 až 600 a střední epoxidové funkčnosti 2,0,

15 až 30 dílů C^až Cg esterů kyseliny akrylové,

20 až 60 dílů aminoamidového tvrdidla a aminovém čísle 350 až

55Ο mg KOH/g a ekvivalentní hmotnosti 60 až 140, připra vitelného reakcí dietylentriaminu nebo dipropylentriaminu se směsí monomerníoh a polymerních mastných kyselin o složení

0,1 až 20% monomerníoh mastných kyselin C^^ až nebo jejich směsí,

75 až 98 % dimerních mastných kyselin o střední molekulové hmotnosti 550 až 58Ο a střední funkčnosti 2,0,

1,99 ⁸Ž 25 % polymerních mastných kyselin o střední molekulové hmotnosti 830 až 870 a střední funkčnosti 3*0·