CZ293927B6

CZ293927B6 - Kompozitní materiál a použití nanokompozitu pro potahování a@nebo zpevňování substrátů

Info

Publication number: CZ293927B6
Application number: CZ19991711A
Authority: CZ
Inventors: Jonschkerágerhard; Mennigámartin; Schmidtáhelmut; Angenendtárainer
Original assignee: Institutáfüráneueámaterialienágemeinnützigeágmbh; Pfleidererádämmstofftechnikáinternationalágmbhá@Ác
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2004-08-18
Also published as: ID21779A; PL333416A1; CA2271308A1; AU5653398A; PL193895B1; DE59702378D1; GR3035009T3; CZ171199A3; EP0842967B1; JP2001504403A; HUP0000341A2; DK0842967T3; US6187426B1; DE19647369A1; EP0842967A3; WO1998021266A1; KR20000052733A; TR199901064T2; YU22199A; ES2150731T3

Abstract

Kompozitní materiál obsahující substrát založený na skleněných vláknechŹ minerálních vláknech nebo je odvozen od dřevěných materiálůŹ a nanokompozitŹ který je ve funkčním kontaktu s uvedeným substrátem a je připravitelný povrchovou modifikací a@ koloidních anorganických částic s b@ jedním nebo více silany obecného vzorce @I@ R@sub@x@n@Si@A@sub@x@n@Ź kde radikály A jsou identické nebo odlišné a jsou to hydroxylové skupiny nebo skupinyŹ které mohou být hydrolyticky odstraněnyŹ kromě methoxy skupinyŹ radikály R jsou identické nebo odlišné a jsou to skupinyŹ které nemohou být odstraněny hydrolytickyŹ a x je @Ź �Ź @ nebo @Ź kde x @ � v alespoň Q@ @ mol silanůY při podmínkách sol@gel procesu s nižším než stechiometrickým množstvím vodyŹ založeném na hydrolýze přítomných skupinŹ s tvorbou nanokompozitního soluŹ další hydrolýzou a kondenzací nanokompozitního soluŹ je@li požadovánaŹ před přivedením do kontaktu se substrátemŹ po kterém následuje vytvrzeníŕ

Description

Kompozitní materiál a použití nanokompozitu pro potahování a/nebo zpevňování substrátů

Oblast techniky

Vynález se týká kompozitního materiálu a použití dále charakterizovaného nanokompozitu pro potahování a/nebo zpevňování substrátů.

Dosavadní stav techniky

Kompozity obsahující skleněná vlákna, minerální vlákna nebo produkty ze dřeva ve spojení s pojivovou základní hmotou (matricí) jsou rozšířené na trhu, a proto má rozhodující důležitost jejich cena, která vylučuje možnost použití nákladných pojivových materiálů. Díky vynikajícímu poměru mezi náklady a užitnou hodnotou se tradičně jako přednostních pryskyřic používá fenolformaldehydových pryskyřic. Tyto pryskyřice se mohou ekonomicky vyrábět a před použitím jako pojiv se mohou nastavovat močovinou. Fenolformaldehydové a fenolformaldehyd-močovinové systémy však vyvolávají zdravotní problémy, v důsledku emisí formaldehydu a amoniaku.

Snaha minimalizovat emise VOC, tj. těkavých organických sloučenin (VOC - volatile organic compounds), vyvolaná existujícími a navrhovanými zákony, zaměřenými na snížení nebo eliminaci formaldehydu, vedla k rozsáhlému výzkumu, který byl orientován nejen na snížení emisí zběžných pojiv na bázi formaldehydu, nýbrž i na vyvinutí nových pojiv, která by formaldehyd vůbec neobsahovala.

Dlouhou dobu jsou již také známy kompozitní materiály používající anorganická pojivá, jako jsou kondenzáty kyseliny křemičité a polysiloxany. Tyto anorganické pojivové systémy však obecně vykazují neuspokojivé mechanické vlastnosti, jako například špatnou ohebnost.

Úkolem tohoto vynálezu bylo vyvinout kompozitní materiály obsahující substrát založený na skleněných vláknech, minerálních vláknech nebo produktech zpracování dřeva ve funkčním kontaktu s matricí, které by nevyvolávaly ekologické problémy spojené s pojivý podle dosavadního stavu techniky, a které by vykazovaly uspokojivé aplikační vlastnosti, například pokud se týče mechanických vlastností nebo odolnosti proti hoření.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je kompozitní materiál jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje substrát, který je založen na skleněných vláknech, minerálních vláknech neboje odvozen od materiálů ze dřeva a nanokompozit, který je ve funkčním kontaktu s uvedeným substrátem a je připravitelný povrchovou modifikací

a) koloidních anorganických částic s

b) jedním nebo více silany obecného vzorce (I)

R_x-Si-A₄__x (I) kde zbytky A jsou identické nebo odlišné a jsou to hydroxylové skupiny nebo skupiny, které mohou být hydrolyticky odstraněny, kromě methoxy skupiny: zbytky R jsou identické nebo odlišné a jsou to skupiny, které nemohou být odstraněny hydrolyticky a x je 0, 1, 2 nebo 3, kde x > 1 v alespoň 50 % mol silanů;

-1 ♦ při podmínkách sol-gel procesu s nižším než stechiometrickým množstvím vody, vzhledem k přítomným hydrolyzovatelným skupinám, za vzniku nanokompozitového sólu, další hydrolýzou a kondenzací nenokompozitového sólu, je-li vyžadována, před přivedením do kontaktu se substrátem, po kterém následuje vytvrzení.

Výhodná provedení kompozitu podle vynálezu zahrnují mj. následující aspekty:

- povrchová modifikace byla provedena v přítomnosti kyselého kondenzačního katalyzátoru při pH od 1 do 2;

- nanokompozitní sol byl podroben další reakci při teplotě od teploty místnosti do 120 °C po dobu od několika hodin do několika dní;

- koloidní anorganické částice (a) jsou vybrány ze solů dispergovatelných prášků o nanorozměrech z SiO₂, TiO₂, ZrO₂, A1₂O₃, Y2O₃, CeO₂, SnO₂, ZnO, oxidů železa nebo uhlíku;

- pro přípravu nanokompozitního sólu bylo použito dalších aditiv (c), například vytvrzovacích katalyzátorů, organických pojiv, pigmentů, barviv, zpomalovačů hoření, sloučenin prvků tvořících skla, antikorozních činidel a/nebo pomocných potahovacích činidel;

- pro přípravu nanokompozitu bylo použito od 5 do 60% hmotn.; přednostně 10 až 40 % hmotn.; a zejména od 10 do 20 % hmotn.; složky (a);

- pro přípravu nanokompozitu bylo použito od 20 do 95 % hmotn.;, přednostně od 40 do 90 % hmotn.; a zejména od 70 do 90 % hmotn.; komponenty (b), vyjádřené jako polysifoxan vzorce: R_xSiO₍₂_o,_5x);

- pro přípravu nanokompozitu bylo použito ne více než 20 % hmotn.;, přednostně ne více než 10 % hmotn.; a zejména ne více než 5 % hmotn., jiných aditiv (c);

- zbytky A ve vzorci (I) jsou C₂_4~alkoxy skupiny, přednostně pak ethoxy skupiny;

- R ve vzorci (I) je nesubstituované nebo substituovaná Ci_4-alkylová skupina a/nebo nesubstituované C^^-arylová skupina, přednostně methyl, ethyl a/nebo fenyl skupina;

x ve vzorci (I) je 0, 1 nebo 2, přednostně 0 nebo 1;

- alespoň 60 % mol a přednostně alespoň 70 % mol složky (b) je silan vzorce (I), kde x > 1 a přednostně x = 1;

- modifikace povrchu je provedena za použití 0,1 až 0,9 mol, přednostně 0,25 až 0,75 mol vody na mol přítomné hydrolyzovatelné skupiny;

- hmotnostní podíl nanokompozitu je od 0,1 do 80 % hmotn.; přednostně od 1 do 40 % hmotn.; a zejména 1 až 20 % hmotn.;

- vytvrzení je provedeno termicky, přednostně při teplotách od 50 °C do 300 °C;

- kompozitní materiál je ve formě substrátu potaženého nanokompozitem, tkaniny impregnované nanokompozitem a tvarovaného předmětu obsahujícího substrát zpevněný nanokompozitem.

Předmětem vynálezu je dále také použití nanokompozitu popsaného výše pro potahování a/nebo zpevňování substrátů na bázi sklených vláken, minerálních vláken nebo produktů odvozených ze dřeva.

-2CZ 293927 B6

Substrát může být rozdílnou fyzikální formu a nanokompozit může být také přítomen v rozdílných formách distribuce. Nanokompozit může například pokiývat substrát částečně nebo zcela ve formě kontinuálního potahu nebo povlaku nebo může být přímen mezi množstvím substrátů v lamelové formě. Specifickými příklady kompozitních materiálů tohoto typu jsou vlákna, motouzy, příze a částečně dokončené produkty, jako jsou tkaniny, pleteniny, stuhy a netkaniny produkované s termicky stabilní impregnací.

Nanokompozity mohou alternativně tvořit diskontinuální nebo dokonce bodově tvarovaná místa kontaktu mezi množstvím substrátů a mohou, například, vázat částicový, vločkový nebo vlákninový substrát způsobem podobným matrici. Specifickým příkladem kompozitních materiálů posledního typu jsou izolační materiály, založené na skelných nebo minerálních vláknech a materiály vyrobené ze dřeva, jako jsou desky ze dřevných vláken, třískových desek, překližky s dřevěným jádrem, překližky a desky s dřevnou vlnou. Pro speciální účely mohou být použity směsi sklených vláken a dřevných materiálů, například pro třískové desky s ohnivzdornými vlastnostmi.

Příkladem vhodných materiálů jsou skelná vlákna, přírodní nebo vyrobená minerální vlákna jako jsou azbesty, minerální vlna, strusková vlna, vlákna keramických materiálů zahrnující vlákna oxidové keramiky; materiály odvozené od dřeva ve formě celulózy, dřevné vlny, dřevité moučky, dřevěných třísek, papíru, lepenky, dřevěných desek, dřevěných okrajů a dřevěných laminátů.

Pojem vláknitý substrát znamená buď jednotlivá vlákna, kam patří samotná vlákna, nebo odpovídající vláknité svazky, nitě, provazy, motouzy, příze, nebo částečně dokončené produkty, jako jsou tkaniny, pleteniny, stuhy, textilie, netkaniny, plsti, sítě, plachty a matrace. Konkrétními příklady těchto substrátů jsou skelná vlna, matrace ze skelné vlny, minerální vlna, například stuhová vlna, škvárová vlna, minerální vlna a balast ní vlákna.

Nanokompozitní sol použitý podle předmětného vynálezu je připraven povrchovou modifikací koloidních anorganických částic (a) s jedním nebo více sílaný (b), je-li požadováno v přítomnosti dalších aditiv (c) při podmínkách sol-gel procesu.

Detaily sol-gel procesu jsou popsány v C. J. Brinker, G. W. Scherer: „Sol-Gel Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel-Processing“, Acedemic Press, Boston, San Diego, New York, Sydney (1990) a v DE 1941191, DE 3719339, DE 4020916 a DE 4217432.

Zde jsou podány příklady silanů (b), které mohou být použity podle předmětného vynálezu, a jejich radikálů A, které jsou hydrolyticky odstranitelné, a radikálů R, které nejsou hydrolyticky odstranitelné.

Preferovanými příklady radikálů ze skupiny A, které jsou hydrolyticky odstranitelné, jsou vodík, halogen (F, Cl, Br a I, zvláště Cl a Br), alkoxy (zvláště C₂_4-alkoxy, jako je ethoxy, n-propoxy, izopropoxy a butoxy), aryloxy (zvláště C6_io-aryloxy, jako je fenoxy), alkarylový (např. benzyloxy), acyloxy (zvláště C]_4-acyloxy, jako je acetoxy a propyonyloxy) a alkylkarbonyl (např. acetyl) skupiny. Radikály A, které jsou podobně vhodné, jsou amino skupiny (např. mononebo dialkyl—, aryl- a -arylalkylamino skupiny, které mají výše zmíněné alkyl, aryl a arylalkyl radikály), amidové skupiny (např. benzamido) a aldoximové a ketoximové skupiny. Dva nebo tři radikály A mohou také společně tvořit skupinu, která komplexuje Si atom, jako je tomu například c Si-polyolových komplexech odvozených od glykolu, glycerolu nebo pyrokatecholu. Zvláště preferovanými radikály A jsou C₂_4-alkoxy skupiny, zvláště ethoxy skupina. Methoxy skupiny jsou méně vhodné pro účely předmětného vynálezu, protože mají příliš vysokou reaktivitu (krátký procesní čas nanokompozitového sólu) a mohou poskytnout nanokompozitní a/nebo kompozitní materiály s nedostatečnou flexibilitou.

Výše uvedené hydrolyzovatelné skupiny A mohou, je-li to požadováno, nést jeden nebo více obvyklých substituentů, například halogen nebo alkoxy skupinu.

Radikály R, které nejsou hydrolyticky odstranitelné, jsou přednostně vybrány ze skupiny obsahující alkyl (zejména C^-alkyl, jako je methyl, ethyl, propyl a butyl), alkenyl (zejména C₂^-alkenyl, jako je vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl a butenyl), alkynyl (zejména C₂_4-alkynyl, jako je acetylenyl a propargyl), aryl (zejména C^io-aryl, jako je fenyl a naítyl) a odpovídající alkylaryl skupiny. Tyto skupiny mohou také, je-li to vyžadováno, mít jeden nebo více obvyklých substituentů, například halogen, alkoxy, hydroxy, amino nebo epoxy skupiny.

Výše uvedené alkyl, alkenyl a alkynyl skupiny zahrnují odpovídající cyklické radikály, jako jsou cyklopropyl, cyklopentyl a cyklohexyl.

Zvláště preferovanými radikály R jsou substituované nebo nesubstituované C]_i₄-alkyl skupiny, zejména methyl nebo ethyl a substituované nebo nesubstituované Có-io-alkyl skupiny, zejména fenyl.

Je také preferováno, aby x ve výše uvedeném vzorci (I) bylo 0,1 nebo 2, zvláště preferováno je x = 0 nebo 1. Je také preferováno, aby bylo x = 1 v alespoň 60 % mol, zejména v alespoň 70 % mol silanů vzorce (I). Ve speciálních případech může být dokonce výhodnější, je-li x = 1 ve více než 80 % mol nebo dokonce ve více než 90 % mol (např. 100 % mol silanů vzorce (I).

Kompozitní materiály podle předmětného vynálezu mohou být připraveny například z čistého methyltriethoxysilanu (MTEOS) nebo ze směsi MTEOS a tetraethoxysilanu (TEOS) jako komponenty (b).

Konkrétní příklady silanů obecného vzorce (I) jsou sloučeniny následujících struktur:

Si(OC₂Hj)₄, Si(O—n— nebo izo—¢3^)4, Si(OC₄H9)₄, SiCI₄, Si(OOCCH₃)₄, CH₃—SiCl₃, CH₃—Si(OC₂H₅)₃, C₂H5-SíC1₃, C₂H₅-Sí(OC₂H₅)₃, C₃H7-Sí(OC₂H₅)₃, C₆H5-Sí-(OC2H_s)₃, C₆H₅-Si(OC₂Hj)₃, (C₂H₅O)₃-Si-C₃H₆-Cl, (CH₃)₂SiCl₂, (CH₃)₂Si(OC₂H₅)₂, (CH₃)₂Si(OH)₂, (C6H₅)₂SiCl₂, (C₆H₅)₂Sí(OC₂H₅)₂, (C₆H₅)₂Sí(OC₂H₅)₂, (izo-C₃H₇)₃SiOH, CH₂=CH-Sí(OOCCH₃)₃,

CH₂=CH-SíC1₃, CH₂=CH-Si(OC₂H₅)₃, HSíC1₃, CH₂=CH-Sí(OC₂H4OCH₃)₃, CH₂=CH-CH₂-Sí(OC₂H₅)₃, CH₂=CH-CH₂-Sí(OOCCH₃)₃, CH₂=C(CH₃)COO-C₃H^Sí-(OC₂H₅)₃, CH₂=C(CH₃)COO-C₃Ht-Sí(OC₂H₅)₃, n-C₆H₁₃-CH₂-CH₂-Si(OC₂H₅)3, n-C₈H₁₇-CH₂-CH₂-Si(OC₂H₅)₃, (C2H5O) ₃SÍ- (CH₂) ₃-o-ch₂-ch-ch₂.

Tyto silany mohou být připraveny známou metodou; W. Noll, „Chemie und Technologie der Silikone [Chemistry and Technology of Silicones], Verlag Chemie GmbH, Weinhem/Bergstrasse, Germany (1968).

Podíl komponenty (b) je obvykle od 20 do 95 hmotn. %, přednostně od 40 do 90 hmotn. %, a zejména od 70 do 90 hmotn. %, vyjádřeno jako polysiloxan vzorce: R_xSiO(₂-o.5_X), který vzniká kondenzací (založeno na výše uvedených komponentách (a), (b) a (c)).

Silany obecného vzorce (I) použité podle předmětného vynálezu mohou být použity zcela nebo částečně ve formě prekondenzátů, tj. sloučenin produkovaných částečnou hydrolýzou silanů vzorce (I), buď samostatně nebo ve směsi s jinými hydrolyzovatelnými sloučeninami. Takovéto oligomeiy, preferovaně rozpustné v reakčním médiu, mohou být kondenzáty s rovným řetězcem nebo cyklické nízkomolekulární kondenzáty (polyorganosiloxany) s vysokým stupněm kondenzace, např. od 2 do 100, zejména od 2 do 6.

-4CZ 293927 B6

Množství vody použité pro hydrolýzu a kondenzaci silanů vzorce (I) je preferovaně od 0,1 do 0,9 mol, a zvláště preferovaně od 0,25 do 0,75 mol vody na mol přítomných hydrolyzovatelných skupin. Zvláště dobrých výsledků je často dosaženo s 0,35 až 0,45 mol vody na mol přítomných hydrolyzovatelných skupin.

Specifickými příklady koloidních anorganických částic (a) jsou soli a prášky dispergovatelné na nano úrovni (velikost částice preferovaně až do 300 nm, zejména až do 100 nm a nejpreferovaněji až do 50 nm) SiO₂, TiO₂, ZrO₂, A1₂O₃, Y₂O₃, CeO₂, SnO₂, ZnO, oxidy železa nebo uhlík (saze a grafit), zejména SiO₂.

Podíl složky (a), založené na obsahu složek (a), (b) a (c), je obvykle od 5 do 60 hmotn. %, přednostně od 10 do 40 hmotn. % a zejména od 10 do 20 hmotn. %.

Pro přípravu nanokompozitů mohou být použita podle volby další aditiva v množství až do 20 hmotn. %, přednostně do 10 hmotn. % a zejména do 5 hmotn. %, například tvrdící katalyzátory, jako jsou soli kovů, alkoxidy kovů (například alkoxidy odvozené od hliníku, titanu a zirkonu), organická pojivá, jako je polyvinylacetát, škrob, polyethylen glykol a arabská guma, pigmenty, barviva, zpomalovače hoření, sloučeniny prvků tvořících skla (např. kyselina boritá, estery kyseliny borité, methoxid sodný, octan sodný, sek.-butoxid hlinitý, atd.), antikorozivní činidla a pomocná povlakovací činidla. Podle předmětného vynálezu je méně preferováno použití pojiv.

Hydrolýza a kondenzace je uskutečněna za podmínek sol-gel v přítomnosti kyselých kondenzačních katalyzátorů (např. kyseliny chlorovodíkové) při pH přednostně od 1 do 2, dokud vzniká viskózní sol.

Je preferováno nepoužívat další rozpouštědlo, kromě rozpouštědla vznikajícího při hydrolýze alkoxy skupin. Je-li to však vyžadováno, mohou být použita například alkoholová rozpouštědla, jako je ethanol, další polární, protická nebo aprotická rozpouštědla, jako je tetrahydrofuran, dioxan, dimethylformamid nebo butylglykol.

Aby bylo dosaženo příznivé morfologie částic sólu a viskozity sólu, vznikající nanokompozitní sol je preferovaně podroben speciálnímu po-reakčnímu kroku, ve kterém je reakční směs zahřívána na teplotu od 40 do 120 °C po dobu od několika hodin do několika dní. Zvláště je preferováno skladování při pokojové teplotě po dobu jednoho dne nebo zahřívání při 60 až 80 °C po dobu několika hodin. Takto je získán nanokompozitní sol s viskozitou přednostně od 5 do 500mPas, zvláště preferovaně od 10 do 50 mPas. Viskozita sólu může být také samozřejmě nastaven na vhodné hodnoty pro specifické aplikace přidáváním rozpouštědel nebo odstraněním vedlejších produktů reakce (například alkoholů). Po-reakční krok může být přednostně spojen s redukcí obsahu rozpouštědla.

Hmotnostní podíl nanokompozitů v kompozitním materiálu je přednostně od 0,1 do 80 hmotn. %, zvláště od 1 do 40 hmotn. % a zejména od 1 do 20 hmotn. %.

Substrát a nanokompozit nebo nanokompozitní sol jsou kombinovány alespoň po počáteční hydrolýze komponenty (b) a v každém případě před konečným vytvrzením. Před přivedením nanokompozitního sólu do kontaktu se substrátem je kompozitní sol aktivován přidáním dalšího množství vody.

Zmíněný kontakt může být realizován jakýmkoli způsobem známým osobě obeznámené s danou technikou a považovaným za užitečný v daném případě, například jednoduchým smícháním substrátu a nanokompozitního sólu, namáčením, nastřikováním nebo sprchováním, nanášením nožem nebo litím, naléváním, roztíráním, nanášením štětcem atd. na nanokompozitní sol nebo s nanokompozitním sólem. Aby se zvýšila adheze mezi substrátem a nanokompozitem, může být v mnoha případech výhodné před kontaktem s nanokompozitem nebo jeho prekurzorem zpracovat konvenční povrch, například koránovou výbojkou, odstraněním tuků, zpracováním

-5CZ 293927 B6 s příměry jako jsou aminosilany, apoxisilany, škrobová nebo silikonová lepidla, komplexační činidla, povrchová činidla atd.

Před závěrečným vytvrzením se může provést sušení při mírně zvýšené teplotě (např. do 50 °C).

Vlastní vytvrzování nebo přípravné tvrzení může být provedeno při pokojové teplotě, ale přednostně tepelným zpracováním při teplotách nad 50 °C, přednostněji nad 100 °C a zejména při 150 °C nebo výše. Maximální vytvrzovací teplota závisí, kromě jiného, na teplotě tání a/nebo tepelné odolnosti substrátu, obecně je však od 250 °C do 300 °C. významně vyšší vytvrzovací teploty jsou možné s minerálními substráty, například od 400 °C do 500 °C a výše. Doba vytvrzování je obecně v rozsahu od minut do hodin, například od 2 do 30 minut.

Kromě běžného vytvrzování teplem (například v cirkulační vzduchové peci) mohou být použity jiné vytvrzovací metody, například vytvrzování pomocí infračervených paprsků nebo laserem. Je-li to požadováno, může být připravený kompozit před vytvrzením tvarován.

Předmětný vynález se také vztahuje k použití výše uvedeného nanokompozitu pro potahování a/nebo zpevnění výše uvedených substrátů. Pojem „zpevnění“ je zde uváděn tak, že zahrnuje jakékoli opatření poskytující substrát v konsolidované a/nebo kompaktní formě a zahrnuje tak, například, impregnaci substrátu s nanokompozitem, zasazení substrátu do matrice nanokompozitu nebo cementaci nebo lepení nebo vázání substrátů nebo částic substrátů s nanokompozitem. Pojem „povlak“ znamená zejména částečné nebo kompletní opouzdření substrátu nanokompozitem, aby poskytl substrátu nebo jeho částem specifické vlastnosti, například odolnost vůči oxidaci, odolnost k hoření, hydrofobní nebo oleofobní charakter, tvrdost, nerozpustnost nebo schopnost elektrické nebo termické izolace.

Příklady provedení vynálezu

Následující příklady dále ilustrují předmětný vynález. Silikasol, používaný v následujících příkladech, je vodný silikasol produkovaný firmou BAYER („Levasil 300/30“) s obsahem tuhého podílu 30 hmotn. % a velikostí částic od 7 do 10 nm. Následující zkratky jsou dále používány v příkladech:

MTEOS - Methyltriethoxysilan TEOS =Tetraethoxysilan PTEOS = Fenyltriethoxysilan

Příklad 1

Směs 65 % mol MTEOS, 15% mol PTEOS a 20% mol TEOS (nebo případně 80% mol MTEOS a 20 % TEOS) je silně míchána se silikasolem a kyselinou chlorovodíkovou jako katalyzátorem, aby hydrolýzou a kondenzací silanů vznikl nanokompozitní sol. Množství vody vnesené pomocí silikasolu je takové, že je přítomno 0,8 mol vody na mol hydrolyzovatelné skupiny. Přibližně 5 minut po připravení sólu je přidána výše uvedení směs silanů, takže celkový obsah vody ve vzniklé směsi je 0,4 mol vody na mol alkoxylových skupin. Silikasol tvoří přibližně 14 hmotn. % celkového obsahu tuhé hmoty.

Po 12 hodinovém dodatečném zpracování při laboratorní teplotě je přidána k výše uvedené směsi voda v množství, které vede k celkovému obsahu vody v sólu 0,5 mol vody na mol alkoxylových skupin. Po přibližně 5 minutách je směs připravena k použití.

-6CZ 293927 B6

Směs připravená k použití je nastřikována na zvlhčenou skelnou vlnu přes atomizující kruh avytvrzena v cirkulační vzduchové peci při 200 °C po dobu 5 až 10 minut. Takto je získán elastický materiál s vysoce zlepšenými plamennými vlastnostmi ve srovnání se sklenou vlnou pokrytou fenolickou pryskyřicí.

Příklad 2

Bylo smícháno 68,7 ml MTEOS (odpovídá 80 %) a 19,2 ml TEOS (odpovídá 20 %) a polovina této směsi je intenzivně míchána společně s 11,7 ml silikasolu (odpovídá podílu 14,3 hmotn. % silikasolu) a 0,386 ml koncentrované kyseliny chlorovodíkové. Po 5 minutách byla přidána druhá polovina silanové směsi a v míchání bylo pokračováno dalších 5 minut. Následně byl vzniklý sol podroben po-reakčnímu zpracování (směs byla ponechána stát při laboratorní teplotě 2 hodiny). Tak byl připraven skladovatelný prekondenzát s obsahem tuhého SiO₂ přibližně 300 g/1 a 0,4 mol vody na mol hydrolyzovatelné skupiny. Koncentrováním na rotační odparce byl obsah tuhé látky upraven na 60 hmotn. %.

Před aplikováním pojivá byly přidány 3,0 ml izopropylátu titaničitého a přibližně 2,5 ml vody, aby bylo dosaženo obsahu vody 0,5 mol vody na mol hydrolyzovatelné skupiny. Takto připravená směs je smíchána s dřevěnými třískami v množství, které vede k obsahu 15 % kompozice obsahující SiO₂. Následně je kompozice spojena v horkém lisu při 180 °C po dobu 10 minut za vzniku vytvarovaného tělesa. Tak je získáno těleso podobné leštěné izolační lisované desce, která je však připravena bez organického pojivá. Plamenové vlastnosti odpovídající desky jsou podstatně zlepšeny ve srovnání s vlastnostmi konvenční leštěné izolační lisované desky.

Příklad 3

1. Příprava sólu

172 ml MTEOS je smícháno se 48 ml TEOS. Do této směsi je přidáno 29 ml silikasolu a 2 ml kyseliny sírové (35%) za silného míchání. Po 5 minutách vzniká neprůhledný sol, který je po-reakčně zpracováván po dobu 4 hodin při laboratorní teplotě. Po přidání 3 ml vody za míchání je směs připravena pro použití za přibližně 5 minut.

2. Aplikace

2.1.

100 g dřevěných třísek je smícháno s 60 ml sólu a lisováno za tlaku 7,1 mPa v tlakovém lisu s průměrem 12 cm po dobu 10 minut. Následně je výlisek stlačen ve vyhřívaném lisu (horní a dolní část listu je vyhřívána) za tlaku 2,6 mPa a teplotě 160 °C během 3 hodin. Tím je získán mechanicky stálý tvar s obsahem dřevěných třísek 82 % hmotn.

2.2.

300 g granulátu minerální vlny je smícháno s 10 ml výše uvedeného sólu a lisováno při 4,4 mPa v tlakovém lisu s průměrem 12 cm po dobu 5 minut. Následně je výlisek vystaven teplotě 80 °C po dobu 8 hodin v sušárně s cirkulujícím vzduchem. Tak je získán mechanicky stálý tvar s obsahem pojivá 1 % hmotn.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kompozitní materiál, vyznačující se tím, že obsahuje substrát, který je založen na skleněných vláknech, minerálních vláknech nebo je odvozen od materiálů ze dřeva, a nanokompozit, který je ve funkčním kontaktu s uvedeným substrátem a je připravitelný povrchovou modifikací

a) koloidních anorganických částic s

b) jedním nebo více silany obecného vzorce I

R_x-Si-A4__x (I) kde zbytky A jsou identické nebo odlišné a jsou to hydroxylové skupiny nebo skupiny, které mohou být hydrolyticky odstraněny, kromě methoxy skupiny; zbytky R jsou identické nebo odlišné a jsou to skupiny, které nemohou být odstraněny hydrolyticky a x je 0,1,2 nebo 3, kde x > 1 v alespoň 50 % mol silanů;

při podmínkách sol-gel procesu s nižším než stechiometrickým množstvím vody, vzhledem k přítomným hydrolyzovatelným skupinám, za vzniku nanokompozitového sólu, další hydrolýzou a kondenzací nanokompozitového sólu, je-li vyžadována, před přivedením do kontaktu se substrátem, po kterém následuje vytvrzení.
2. Kompozitní materiál podle nároku 1,vyznačující se tím, že povrchová modifikace byla provedena v přítomnosti kyselého kondenzačního katalyzátoru při pH od 1 do 2.
3. Kompozitní materiál podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nano-

30 kompozitní sol byl podroben další reakci při teplotě od teploty místnosti do 120 °C po dobu od několika hodin do několika dní.
4. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že koloidní anorganické částice (a) jsou vybrány ze solů dispergovatelných prášků o nanorozměrech

35 z SiO₂, TiO₂, ZrO₂, A1₂O₃, Y₂O₃, CeO₂, SnO₂, ZnO, oxidů železa nebo uhlíku.
5. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků laž 4, vyznačující se tím, že pro přípravu nanokompozitního sólu bylo použito dalších aditiv (c), například vytvrzovacích katalyzátorů, organických pojiv, pigmentů, barviv, zpomalovačů hoření, sloučenin prvků tvořících skla,

40 antikorozních činidel a/nebo pomocných potahovacích činidel.
6. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků laž 5, vyznačující se tím, že pro přípravu nanokompozitu bylo použito od 5 do 60%hmotn., přednostně 10 až 40% hmotn. a zejména od 10 do 20 % hmotn. složky (a).
7. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků laž 5, vyznačující se tím, že pro přípravu nanokompozitu bylo použito od 20 do 95 % hmotn., přednostně od 40 do 90 % hmotn. a zejména od 70 do 90 % hmotn. komponenty (b), vyjádřené jako polysiloxan vzorce:

50 RxSÍO(₂_o,5_x).
8. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že pro přípravu nanokompozitu bylo použito ne více než 20 % hmotn., přednostně ne více než 10 % hmotn. a zejména ne více než 5 % hmotn. jiných aditiv (c).
9. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že zbytky A ve vzorci I jsou C₂^-alkoxy skupiny, přednostně pak ethoxy skupiny.
10. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že

5 R ve vzorci I je nesubstituovaná nebo substituovaná Ci__]4-alkylová skupina a/nebo substituovaná nebo nesubstituovaná Ce-io-arylová skupina, přednostně methyl, ethyl a/nebo fenyl skupina.
11. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že x ve vzorci Ije 0, 1 nebo 2, přednostně 0 nebo 1.
12. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků 1 až 11,vyznačující se tím, že alespoň 60 % mol a přednostně alespoň 70 % mol složky (b) je silan vzorce I, kde x > 1 a přednostně x = 1.

15
13. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků 1 až 12, v y z n a č u j í c í se t í m, že modifikace povrchu je provedena za použití 0,1 až 0,9 mol, přednostně 0,25 až 0,75 mol vody na mol přítomné hydrolyzovatelné skupiny.
14. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že 20 hmotnostní podíl nanokompozitu je od 0,1 do 80 % hmotn., přednostně od 1 do 40%hmotn.

a zejména 1 až 20 % hmotn.
15. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že vytvrzení je provedeno termicky, přednostně při teplotách od 50 °C do 300 °C.
16. Kompozitní materiál podle kteréhokoli z nároků 1 až 15,vyznačující se tím, že je ve formě substrátu potaženého nanokompozitem, tkaniny impregnované nanokompozitem a tvarovaného předmětu obsahujícího substrát zpevněný nanokompozitem.

30 17. Použití nanokompozitu definovaného v nárocích 1 až 13 pro potahování a/nebo zpevnění substrátů na bázi skelných vláken, minerálních vláken nebo produktů odvozených ze dřeva.