RU2646435C2 - Composite material - Google Patents
Composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2646435C2 RU2646435C2 RU2016131724A RU2016131724A RU2646435C2 RU 2646435 C2 RU2646435 C2 RU 2646435C2 RU 2016131724 A RU2016131724 A RU 2016131724A RU 2016131724 A RU2016131724 A RU 2016131724A RU 2646435 C2 RU2646435 C2 RU 2646435C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- halloysite
- molecular weight
- weight polyethylene
- uhmwpe
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
-
- 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
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08L23/06—Polyethene
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения композиционного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и слоистосиликатного наполнителя, обладающего улучшенными физико-механическими характеристиками, предназначенного в качестве суперконструкционного полимерного материала.The invention relates to a method for producing a composite material based on ultra-high molecular weight polyethylene and a layered silicate filler having improved physical and mechanical characteristics, intended as a superstructural polymer material.
В последнее время широкое распространение получил новый класс композиционных материалов на основе полимерной матрицы и различных слоистосиликатных модификаторов, предназначенных в качестве суперконструкционных полимерных материалов. Среди слоистосиликатных частиц особенно примечателен галлуазит. За последнее время к нему значительно возрос интерес. Несмотря на то, что галлуазит известен в течение многих столетий, только в 1990-х ученые обнаружили, что частицы галлуазита имеют форму наноразмерных трубок и выявили возможность использовать структуру таких частиц для различных областей нанотехнологии. Галлуазит, в свою очередь, обладает рядом существенных преимуществ. Он выступает как нетоксичное вещество, биосовместим, обладает высокой удельной поверхностью (до 100 м2/г), имеет высокую ионообменную емкость, очень высокую химическую и термическую стабильность, способность прочно удерживать сорбированные на внутренней поверхности. Кроме того, структурные особенности галлуазит позволяют получать на их основе композиционные материалы, содержащие во внутреннем пространстве и внешней поверхности нанотрубок различные органические и неорганические соединения, обладающие разными функциональными особенностями. В процессе поиска патентной и научно-технической литературы были установлены закономерности влияния галлуазита на свойства пластиков, используемых в качестве суперконструкционных полимерных. В связи с этим, актуальным является разработка новых композитных материалов на основе отечественных полимеров, в частности сверхвысокомолекулярного полиэтилена и галлуазита.Recently, a new class of composite materials based on a polymer matrix and various layered silicate modifiers intended as superstructural polymer materials has become widespread. Among the layered silicate particles, halloysite is particularly noteworthy. Recently, interest in him has grown significantly. Despite the fact that halloysite has been known for many centuries, it was only in the 1990s that scientists discovered that halloysite particles are in the form of nanoscale tubes and revealed the possibility of using the structure of such particles for various fields of nanotechnology. Halloysite, in turn, has a number of significant advantages. It acts as a non-toxic substance, biocompatible, has a high specific surface (up to 100 m 2 / g), has a high ion exchange capacity, very high chemical and thermal stability, and the ability to firmly retain sorbed on the inner surface. In addition, the structural features of halloysite make it possible to obtain composite materials based on them that contain various organic and inorganic compounds with different functional features in the inner space and outer surface of nanotubes. In the process of searching for patent and scientific and technical literature, patterns of the influence of halloysite on the properties of plastics used as superstructural polymers were established. In this regard, the development of new composite materials based on domestic polymers, in particular ultra-high molecular weight polyethylene and halloysite, is relevant.
Известна заявка на изобретение США №20150191582 «Атмосферостойкий нанокомпозитный материал на основе полиэтилена низкой плотности, глины, кремнезема и оксида цинка». Как утверждают авторы изобретения, нанокомпозитный материал включает в себя полиэтилен низкой плотности, один наноразмерный наполнитель, оксид кремния и оксид цинка. В качестве наноразмерного наполнителя используется монтмориллонит, органомодифицированный четвертичной аммониевой солью. Нанокомпозитный материал получают путем экструзионного смешения. Переработка композиции столь высокой степени наполнения на современных высокоскоростных экструдерах затруднена и может привести к быстрому износу оборудования, кроме того, может привести к снижению механических характеристик.Known application for US invention No. 20150191582 "Weatherproof nanocomposite material based on low density polyethylene, clay, silica and zinc oxide." According to the inventors, the nanocomposite material includes low density polyethylene, one nanoscale filler, silicon oxide and zinc oxide. Montmorillonite, organically modified with a quaternary ammonium salt, is used as a nanoscale filler. Nanocomposite material is obtained by extrusion mixing. Processing a composition of such a high degree of filling on modern high-speed extruders is difficult and can lead to rapid wear of the equipment, in addition, can lead to a decrease in mechanical characteristics.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемой является заявка на изобретение ВОИС №2004026952, направленная на получение нанокомпозита с использованием органоглины. Нанокомпозит включает в себя полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) и органоглину при соотношении от 100:1 до 1:1. Способ основан на введении органоглины в ПЭВП, растворенный в органическом растворителе с последующим выпариванием растворителя из полимера. В качестве органического растворителя используется смесь ароматического и полярного растворителей при соотношении 50:50, выбранного из группы простых и сложных эфиров, гликолей, спиртов и кетонов. В качестве модификаторов глины используются соединения алкиламинов или четвертичных аминов.The closest in technical essence and the achieved effect of the proposed is the application for the invention of WIPO No. 20044026952, aimed at obtaining a nanocomposite using organoclay. The nanocomposite includes high density polyethylene (HDPE) and organoclay in a ratio of 100: 1 to 1: 1. The method is based on the introduction of organoclay in HDPE, dissolved in an organic solvent, followed by evaporation of the solvent from the polymer. As an organic solvent, a mixture of aromatic and polar solvents is used at a ratio of 50:50 selected from the group of ethers and esters, glycols, alcohols and ketones. As clay modifiers, alkylamine or quaternary amine compounds are used.
В качестве основного недостатка нанокомпозитного материала по настоящей заявке на изобретение можно указать трудности, связанные с предварительной органомодификацией слоистосиликатного материала, что приводит к дополнительной трудоемкости процесса.As the main disadvantage of the nanocomposite material according to the present application for the invention, it is possible to indicate the difficulties associated with the preliminary organomodification of the layered silicate material, which leads to additional complexity of the process.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание композиционного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного галлуазитом, обладающего улучшенными прочностными и физико-механическими характеристиками, а также равномерное распределение частиц модификатора в композиционном материале с использованием распылительной сушки, тем самым исключая агломерацию галлуазита, что приводит к улучшению характеристик композиционного материала.The technical result of the present invention is the creation of a composite material based on ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) modified with halloysite, having improved strength and physico-mechanical characteristics, as well as a uniform distribution of modifier particles in the composite material using spray drying, thereby eliminating the agglomeration of halloysite, which leads to to improve the performance of the composite material.
Указанный технический результат достигается путем введения в сверхвысокомолекулярный полиэтилен, предварительно растворенный в хлороформе, галлаузита, при следующем соотношении мас.ч.:The specified technical result is achieved by introducing into ultrahigh molecular weight polyethylene, previously dissolved in chloroform, gallausite, in the following ratio, parts by weight:
Для получения полимерных композитов в качестве матричного полимера использован сверхвысокомолекулярный полиэтилен марки GUR 4113 с молекулярной массой 3,2 млн, а в качестве модификатора выступал очищенный природный галлуазит, месторождения Кимперсайского района (Актюбинская область, Республика Казахстан), со следующими характеристиками:To obtain polymer composites, ultra-high molecular weight polyethylene of the GUR 4113 brand with a molecular weight of 3.2 million was used as a matrix polymer, and purified natural halloysite, deposits of the Kimmersaysky district (Aktobe region, Republic of Kazakhstan), acted as a modifier, with the following characteristics:
- удельная площадь поверхности - 65 м2 г;- specific surface area - 65 m 2 g;
- объем пор ~1,25 мл/г;- pore volume ~ 1.25 ml / g;
- удельный вес - 2,53 г/см3;- specific gravity - 2.53 g / cm 3 ;
- средний диаметр трубки - 20 нм;- the average diameter of the tube is 20 nm;
- внутренний диаметр просвета - 15 нм;- inner diameter of the lumen - 15 nm;
- длина трубки - 100 нм.- tube length - 100 nm.
Данное изобретение иллюстрируется следующим примером.The invention is illustrated by the following example.
СВМПЭ предварительно растворяется в органическом растворителе, предпочтительно в хлороформе, при соотношении 1:5, в полученный раствор полимера вводится галлуазит, предварительно очищенный от балластных веществ. Полученная смесь подвергается смешению с использованием механической мешалки, с последующей сушкой полученной суспензии в распылительной сушке. В результате сушки был получен сыпучий порошок с диаметром частиц 50-70 мкм. Полученный порошок пригоден для использования в 3D-печати методом послойного лазерного спекания, литья под давлением и для экструзии.UHMWPE is previously dissolved in an organic solvent, preferably in chloroform, at a ratio of 1: 5, halloysite, previously purified from ballast substances, is introduced into the obtained polymer solution. The resulting mixture is mixed using a mechanical stirrer, followed by drying the resulting suspension in spray drying. As a result of drying, a free-flowing powder with a particle diameter of 50-70 μm was obtained. The resulting powder is suitable for use in 3D printing by layer-by-layer laser sintering, injection molding and extrusion.
Вышеприведенный пример, носящий иллюстративный характер, демонстрирует возможность получения композиционного материала, обладающего улучшенными прочностными и физико-механическими характеристиками.The above example, which is illustrative in nature, demonstrates the possibility of obtaining a composite material having improved strength and physico-mechanical characteristics.
В таблицах 1-4 представлены характеристики образцов композиционного материала, полученных путем экструзии при оборотах шнека экструдера 200 об/мин и зонах нагрева 150°С, 160°С, 245°С, 260°С, 270°С, 280°С.Tables 1-4 show the characteristics of samples of composite material obtained by extrusion at extruder screw speeds of 200 rpm and heating zones of 150 ° C, 160 ° C, 245 ° C, 260 ° C, 270 ° C, 280 ° C.
В таблице 1 представлено количественное соотношение компонентов в композиционном материале.Table 1 presents the quantitative ratio of the components in the composite material.
В таблицах 2-4 представлены свойства полученных образцов.Tables 2-4 show the properties of the obtained samples.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016131724A RU2646435C2 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016131724A RU2646435C2 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Composite material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016131724A RU2016131724A (en) | 2018-02-07 |
| RU2646435C2 true RU2646435C2 (en) | 2018-03-05 |
Family
ID=61174173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016131724A RU2646435C2 (en) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | Composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2646435C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2773376C2 (en) * | 2020-03-10 | 2022-06-02 | Общество с ограниченной ответственностью "СМАРТ-ПРИНТИНГ" | Composite material |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004026952A1 (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-01 | Equistar Chemicals, Lp | Shear modification of hdpe-clay nanocomposites |
| US7495051B2 (en) * | 2004-09-27 | 2009-02-24 | 3M Innovative Properties Company | Nanocomposite and method of making the same |
| RU2513766C2 (en) * | 2012-02-27 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (КБГУ) | Superconcentrate and based on it composition materials |
| WO2016025388A1 (en) * | 2014-08-10 | 2016-02-18 | Louisiana Tech University Foundation; A Division Of Louisiana Tech University Foundation , Inc. | Methods and devices for three-dimensional printing or additive manufacturing of bioactive medical devices |
-
2016
- 2016-08-01 RU RU2016131724A patent/RU2646435C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004026952A1 (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-01 | Equistar Chemicals, Lp | Shear modification of hdpe-clay nanocomposites |
| US7495051B2 (en) * | 2004-09-27 | 2009-02-24 | 3M Innovative Properties Company | Nanocomposite and method of making the same |
| RU2513766C2 (en) * | 2012-02-27 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (КБГУ) | Superconcentrate and based on it composition materials |
| WO2016025388A1 (en) * | 2014-08-10 | 2016-02-18 | Louisiana Tech University Foundation; A Division Of Louisiana Tech University Foundation , Inc. | Methods and devices for three-dimensional printing or additive manufacturing of bioactive medical devices |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2773376C2 (en) * | 2020-03-10 | 2022-06-02 | Общество с ограниченной ответственностью "СМАРТ-ПРИНТИНГ" | Composite material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016131724A (en) | 2018-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11077487B2 (en) | Metal form containing dispersed aerogel particles impregnated with polymers and a method of producing the same | |
| Liu et al. | Recent advance in research on halloysite nanotubes-polymer nanocomposite | |
| CN104479205B (en) | A kind of injection molding forming method of graphene modified poly ethylene high-strength composite thin products | |
| Jin et al. | A review of the preparation and properties of carbon nanotubes-reinforced polymer compositess | |
| US10882215B2 (en) | Processes for producing polymer powders | |
| Song et al. | Porous organic polymers with defined morphologies: Synthesis, assembly, and emerging applications | |
| Lu et al. | Characterization and cytotoxicity study of nanofibrous mats incorporating rectorite and carbon nanotubes | |
| CN105504471B (en) | It is a kind of for environment-friendly antibacterial material of 3D printing and preparation method thereof | |
| CN101053778A (en) | Method for making poly-meta-fluoethylene hollow fibre porous membrane and products thereof | |
| Yang et al. | Constructing oriented two-dimensional large-sized modified graphene oxide barrier walls in brominated butyl rubber to achieve excellent gas barrier properties | |
| Beyli et al. | Synthesis, characterization and their antimicrobial activities of boron oxide/poly (acrylic acid) nanocomposites: thermal and antimicrobial properties | |
| CN106046709A (en) | Carbon nanotube modified PET antistatic thin film | |
| CN106280327A (en) | The antimicrobial form magnetic composite that a kind of Graphene is modified | |
| RU2646435C2 (en) | Composite material | |
| Wu et al. | Enhancing β-phase content and tensile properties in poly (vinylidene fluoride) by adding halloysite nanotubes and injecting water during extrusion | |
| Zhen et al. | Structure, properties and rheological behavior of thermoplastic poly (lactic acid)/quaternary fulvic acid-intercalated saponite nanocomposites | |
| JP7319926B2 (en) | Precipitated calcium carbonate to reduce emissions of volatile organic compounds | |
| TWI820344B (en) | Method for producing aggregates incorporating carbon nanotubes | |
| Gai et al. | Ultrahigh molecular weight polyethylene/polypropylene/organo‐montmorillonite nanocomposites: Phase morphology, rheological, and mechanical properties | |
| CN102764595A (en) | Polyvinylidene fluoride separation membrane and its preparation method | |
| Shao et al. | Synthesis and characterization of the microcellular injection molded PA6/flax and the PA6/graphene nanocomposites | |
| KR20130036114A (en) | A method for preparing carbon nano tube reinforced polypropylene | |
| EP2428597B1 (en) | All-polymer fibrillar nanocomposites and method for manufacture thereof | |
| Kausar | Polymer/silver nanoparticle nanocomposite as antimicrobial materials | |
| KR100840600B1 (en) | The manufacturing method of functional film using ultra-high molecular weight polyethylene containing nano-clay, and the functional film manufactured thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190802 |