RU2810051C2 - Method of producing modified fibrous materials based on basalt thread - Google Patents
Method of producing modified fibrous materials based on basalt thread Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810051C2 RU2810051C2 RU2022114965A RU2022114965A RU2810051C2 RU 2810051 C2 RU2810051 C2 RU 2810051C2 RU 2022114965 A RU2022114965 A RU 2022114965A RU 2022114965 A RU2022114965 A RU 2022114965A RU 2810051 C2 RU2810051 C2 RU 2810051C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibrous materials
- glycidoxypropyltrimethoxysilane
- temperature
- basalt
- minutes
- Prior art date
Links
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N trimethoxy-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOCC1CO1 BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 5
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 4
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 3
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910020175 SiOH Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000012765 fibrous filler Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 150000003014 phosphoric acid esters Chemical class 0.000 description 2
- 125000005372 silanol group Chemical group 0.000 description 2
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002808 Si–O–Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к химической области получения армирующих наполнителей и может быть использовано для увеличения прочности в технологии получения базальтовой нити.The invention relates to the chemical field of producing reinforcing fillers and can be used to increase strength in the technology of producing basalt thread.
Известен способ (Ж. Composites: Part А, V. 42,I. 1, Р. 22-29) модификации поверхности базальтовых волокон эпоксидным гибридным покрытием, содержащим 3-аминопропилтриэтоксисилан и наноразмерные частицы SiO2, основанный на реакции взаимодействия наноразмерных частиц SiO2 с гидроксильными группами базальтовых нитей и образовании новой связи Si-O-Si, увеличивая прочность на растяжение базальтовой нити.There is a known method (J. Composites: Part A, V. 42, I. 1, R. 22-29) of modifying the surface of basalt fibers with an epoxy hybrid coating containing 3-aminopropyltriethoxysilane and nano-sized SiO 2 particles, based on the interaction reaction of nano-sized SiO 2 particles with hydroxyl groups of basalt threads and the formation of a new Si-O-Si bond, increasing the tensile strength of the basalt thread.
Недостатками указанного способа являются многостадийность и длительность процесса получения эпоксидного гибридного покрытия.The disadvantages of this method are the multi-stage nature and duration of the process of obtaining an epoxy hybrid coating.
Наиболее близким способом к заявленному изобретению является принятый за прототип способ аппретирования базальтового волокна замасливателем, содержащим уксусную кислоту (масс.) 0,05%, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан (масс.) 1,0%, водную эпоксидную дисперсию марки ВЭП-74Е (масс.) 9,4%, ди(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты калиевую соль (масс.) 1,1% и воду, приведенный в патенте 2641360 МПК С03С 25/40, опубл. 17.01.2018. Способ получения заключается в приготовлении замасливателя путем предварительного проведения гидролиза 3-глицидоксипропилтриметоксисилана в слабокислой среде раствора уксусной кислоты, смешения полученного раствора с раствором из водной дисперсии эпоксидной смолы и пластификатора ди(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты калиевой соли, аппретирования базальтового волокна замасливателем и сушки комплексных нитей.The closest method to the claimed invention is the prototype method of finishing basalt fiber with a lubricant containing acetic acid (wt.) 0.05%, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (wt.) 1.0%, aqueous epoxy dispersion brand VEP-74E (wt. ) 9.4%, di(alkylpolyethylene glycol) ester of phosphoric acid, potassium salt (wt.) 1.1% and water, given in patent 2641360 IPC CO3C 25/40, publ. 01/17/2018. The production method involves preparing a lubricant by first hydrolyzing 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane in a weakly acidic solution of acetic acid, mixing the resulting solution with a solution of an aqueous dispersion of epoxy resin and the plasticizer di(alkylpolyethylene glycol) phosphoric acid ester of potassium salt, sizing the basalt fiber with a lubricant and drying the filament threads .
Недостатком прототипа являются низкая прочность аппретированного волокнистого материала - 742 мН/текс.The disadvantage of the prototype is the low strength of the finished fibrous material - 742 mN/tex.
Технический результат направлен на повышение прочности волокнистых материалов при получении модифицированных волокнистых материалов на основе базальтовой нити за счет физико-химического взаимодействия функциональных групп 3-глицидоксипропилтриметоксисилана с гидроксильными группами волокнистого материала и с образованием связи Si-О-наполнитель, так как в водных растворах 3-глицидоксипропилтриметоксисилан гидролизуется с образованием силанольных групп -SiOH, активно реагирующих с ОН-группами волокнистого наполнителя.The technical result is aimed at increasing the strength of fibrous materials when producing modified fibrous materials based on basalt thread due to the physicochemical interaction of the functional groups of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane with the hydroxyl groups of the fibrous material and with the formation of a Si-O-filler bond, since in aqueous solutions 3- glycidoxypropyltrimethoxysilane hydrolyzes to form silanol groups -SiOH, which actively react with OH groups of the fibrous filler.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения модифицированных волокнистых материалов на основе базальтовой нити, проводят модификацию волокнистых материалов с последующей сушкой и термообработкой, в качестве модификатора используют 3-глицидоксипропилтриметоксисилан. Процесс модификации базальтовой нити проводят водными растворами 3-глицидоксипропилтриметоксисилана при следующих условиях:The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for producing modified fibrous materials based on basalt thread, the fibrous materials are modified, followed by drying and heat treatment; 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane is used as a modifier. The modification process of basalt thread is carried out with aqueous solutions of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane under the following conditions:
с последующей сушкой пропитанных волокнистых материалов при температуре 48-52°С в течение 38-42 минут и термообработкой при температуре 98-102°С в течение 14-16 минут.followed by drying of the impregnated fibrous materials at a temperature of 48-52°C for 38-42 minutes and heat treatment at a temperature of 98-102°C for 14-16 minutes.
Ниже приведены примеры реализации предложенного способа.Below are examples of implementation of the proposed method.
Пример 1.Example 1.
В водный раствор, содержащий (масс.) 2% 3-глицидоксипропилтриметоксисилана и (масс.) 0,1% уксусной кислоты, погружали базальтовую нить и выдерживали в течение 60 секунд. После завершения процесса модификации базальтовую нить отжимали, сушили при температуре 50°С в течение 40 минут и проводили термообработку при температуре 100°С в течение 15 минут для осуществления процесса поликонденсации 3-глицидоксипропилтриметоксисилана.A basalt thread was immersed in an aqueous solution containing (wt.) 2% 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and (wt.) 0.1% acetic acid and kept for 60 seconds. After completion of the modification process, the basalt thread was squeezed out, dried at a temperature of 50°C for 40 minutes and heat treated at a temperature of 100°C for 15 minutes to carry out the polycondensation process of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane.
Пример 2.Example 2.
В водный раствор, содержащий (масс.) 5% 3-глицидоксипропилтриметоксисилана и (масс.) 0,3% уксусной кислоты, погружали базальтовую нить и выдерживали в течение 60 секунд. После завершения процесса модификации базальтовую нить отжимали, сушили при температуре 50°С в течение 40 минут и проводили термообработку при температуре 100°С в течение 15 минут для осуществления процесса поликонденсации 3-глицидоксипропилтриметоксисилана.A basalt thread was immersed in an aqueous solution containing (wt.) 5% 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and (wt.) 0.3% acetic acid and kept for 60 seconds. After completion of the modification process, the basalt thread was squeezed out, dried at a temperature of 50°C for 40 minutes and heat treated at a temperature of 100°C for 15 minutes to carry out the polycondensation process of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane.
Пример 3.Example 3.
В водный раствор, содержащий (масс.) 10% 3-глицидоксипропилтриметоксисилана и (масс.) 0,5% уксусной кислоты, погружали базальтовую нить и выдерживали в течение 60 секунд. После завершения процесса модификации базальтовую нить отжимали, сушили при температуре 50°С в течение 40 минут и проводили термообработку при температуре 100°С в течение 15 минут для осуществления процесса поликонденсации 3-глицидоксипропилтриметоксисилана.A basalt thread was immersed in an aqueous solution containing (wt.) 10% 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and (wt.) 0.5% acetic acid and kept for 60 seconds. After completion of the modification process, the basalt thread was squeezed out, dried at a temperature of 50°C for 40 minutes and heat treated at a temperature of 100°C for 15 minutes to carry out the polycondensation process of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane.
В табл. 1 представлены составы для модификации базальтовой нити.In table 1 presents compositions for modifying basalt thread.
Прочность модифицированных волокнистых материалов исследовали на разрывной машине FM 27. В табл. 2 приведена прочность модифицированной базальтовой нити.The strength of modified fibrous materials was studied using an FM 27 tensile testing machine. Table. Figure 2 shows the strength of the modified basalt thread.
В результате проведенных экспериментов были выбраны пределы модификации базальтовой нити предлагаемым способом, что позволило значительно увеличить прочность волокнистых материалов - 1740-2590 мН/текс (пример 1-3) по сравнению с прототипом, в качестве которого было выбрано базальтовое волокно, аппретированное замасливателем, содержащим уксусную кислоту (масс.) 0,05%, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан (масс.) 1,0%, водную эпоксидную дисперсию марки ВЭП-74Е (масс.) 9,4%, ди(алкилполиэтиленгликолевого) эфира фосфорной кислоты калиевую соль (масс.) 1,1% и воду.As a result of the experiments, the limits of modification of the basalt thread using the proposed method were chosen, which made it possible to significantly increase the strength of fibrous materials - 1740-2590 mN/tex (example 1-3) compared to the prototype, for which basalt fiber was chosen, dressed with a lubricant containing acetic acid (wt.) 0.05%, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (wt.) 1.0%, aqueous epoxy dispersion brand VEP-74E (wt.) 9.4%, di(alkylpolyethylene glycol) phosphoric acid ester potassium salt (wt.) .) 1.1% and water.
При модификации базальтовой нити 3-глицидоксипропилтриметоксисиланом, с последующей сушкой пропитанных волокнистых материалов при температуре 48-52°С в течение 38-42 минут и термообработкой при температуре 98-102°С в течение 14-16 минут, фиксация 3-глицидоксипропилтриметоксисилана протекает в результате физико-химического взаимодействия функциональных групп 3-глицидоксипропилтриметоксисилана с гидроксильными группами волокнистого материала и с образованием связи Si-O-наполнитель, так как в водных растворах 3-глицидоксипропилтриметоксисилан гидролизуется с образованием силанольных групп -SiOH, активно реагирующих с ОН-группами волокнистого наполнителя.When modifying a basalt thread with 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, followed by drying the impregnated fibrous materials at a temperature of 48-52°C for 38-42 minutes and heat treatment at a temperature of 98-102°C for 14-16 minutes, the fixation of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane occurs as a result physico-chemical interaction of the functional groups of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane with the hydroxyl groups of the fibrous material and with the formation of the Si-O-filler bond, since in aqueous solutions 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane is hydrolyzed to form silanol groups -SiOH, which actively react with the OH groups of the fibrous filler.
Таким образом, изобретение позволяет повысить прочность волокнистых материалов и может найти применение в качестве армирующих наполнителей в полимерных композиционных материалах.Thus, the invention makes it possible to increase the strength of fibrous materials and can find application as reinforcing fillers in polymer composite materials.
Claims (8)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022114965A RU2022114965A (en) | 2023-12-01 |
| RU2810051C2 true RU2810051C2 (en) | 2023-12-21 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2389698C1 (en) * | 2008-10-23 | 2010-05-20 | Елена Рудольфовна Курашова | Lubricating agent for glass and basalt fibre |
| WO2016202359A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-22 | Bison International B.V. | High strength and moisture resistant adhesive |
| RU2629934C2 (en) * | 2012-03-20 | 2017-09-05 | 3Б Фибрегласс СПРЛ | Two-component lubricate composition for coating of fiberglass and composite material reinforced with indicated fiberglass |
| RU2641360C1 (en) * | 2017-04-25 | 2018-01-17 | Общество с ограниченной ответственностью "БАЗАЛЬТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ" | Lubricant for basalt fibre |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2389698C1 (en) * | 2008-10-23 | 2010-05-20 | Елена Рудольфовна Курашова | Lubricating agent for glass and basalt fibre |
| RU2629934C2 (en) * | 2012-03-20 | 2017-09-05 | 3Б Фибрегласс СПРЛ | Two-component lubricate composition for coating of fiberglass and composite material reinforced with indicated fiberglass |
| WO2016202359A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-22 | Bison International B.V. | High strength and moisture resistant adhesive |
| RU2641360C1 (en) * | 2017-04-25 | 2018-01-17 | Общество с ограниченной ответственностью "БАЗАЛЬТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ" | Lubricant for basalt fibre |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Asim et al. | Effect of alkali and silane treatments on mechanical and fibre-matrix bond strength of kenaf and pineapple leaf fibres | |
| Kang et al. | Improvement in the mechanical properties of polylactide and bamboo fiber biocomposites by fiber surface modification | |
| CN104073907B (en) | A kind of polyester fiber and preparation method thereof | |
| EA018422B1 (en) | Sizing composition for mineral wool based on a hydrogenated sugar and insulating products obtained | |
| CN110258120B (en) | Production method of electronic-grade glass fiber cloth | |
| US20230220119A1 (en) | Nanofibrillated Cellulose Fibers | |
| RU2810051C2 (en) | Method of producing modified fibrous materials based on basalt thread | |
| KR101350949B1 (en) | Hemp fiber for plastic reinforcement and preparation method thereof | |
| CN104562636B (en) | Continuous flax fiber bundle surface grafted with nano titanium dioxide as well as preparation method thereof | |
| CN109402774B (en) | Anti-fibrillation cellulose fiber and preparation method thereof | |
| CN107118528A (en) | A kind of tossa strengthens the preparation method of lactic acid composite material | |
| CN113603972A (en) | Novel preparation method of rigid particle/plant fiber/polypropylene composite material | |
| JPH07509434A (en) | Glass sizing agent composition and glass fiber coated therewith | |
| JP2015093882A (en) | Method of producing composite material | |
| KR20160004331A (en) | Process for the treatment of cellulose fibers | |
| CN1055567A (en) | Textile treatment | |
| JP2022514417A (en) | Method of treating fiber material containing nanocellulose with organic acid or organic acid salt | |
| CN107354532A (en) | A kind of preparation method of polyurethane-modified Fanglun slurry cake | |
| RU2816360C1 (en) | Method for obtaining modified fibrous materials based on hydrated cellulose technical thread | |
| KR101742962B1 (en) | Preparation method of surface-coated filler for paper manufacture and paper containing the same | |
| CN107955352A (en) | A kind of lactic acid composite material and preparation method thereof | |
| Sun et al. | Effect of Alkali and Silane Treatments on Properties of Green Composites Based on Ramie Fibers and Cellulose Acetate Resin. | |
| RU2791047C2 (en) | Method for producing modified fibrous materials based on a pan-precursor | |
| Aref et al. | Effect of fibre treatment using fluorosilane on Sansevieria trifasciata/polypropylene composite | |
| CN114525686A (en) | Auxiliary agent for manufacturing water-repellent cotton fibers and preparation method and application thereof |