RU2814107C1 - Nanomodifier for epoxy self-levelling floor with antistatic effect - Google Patents

Abstract

FIELD: polymer composite materials.

SUBSTANCE: invention can be used as a modifier for self-levelling epoxy floors, the composition of which gives the floors an increased antistatic effect. A nanomodifier for epoxy self-levelling floor is proposed, which is a composition of the following components (wt.%): wetting and dispersing additive BYK-9077 (3.5); wetting and dispersing additive Antiterra-U (8.0); defoamer BYK-054 (2.0); plasticizer dibutyl phthalate (14.0); solvent diethylene glycol (50.0); single-walled carbon nanotubes (2.50); mechanical mixture of epoxy resin, fillers and functional additives without hardener component LEVL Coat 303 (20.0).

EFFECT: decrease in electrical surface resistance and increase in the antistatic properties of the self-levelling floor while simultaneously ensuring the required mechanical properties.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам и может быть использовано, преимущественно, в качестве модификатора для наливного эпоксидного пола, состав которого придает полам повышенный антистатический эффект.The invention relates to polymer composite materials and can be used mainly as a modifier for self-leveling epoxy floors, the composition of which gives the floors an increased antistatic effect.

Известен композиционный материал [RU 2223988, C1, C08L 63/00, 20.02.2004], выполненный из полимерного связующего и углеволокнистого наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас. %:A composite material is known [RU 2223988, C1, C08L 63/00, 02/20/2004], made of a polymer binder and carbon fiber filler in the following ratio of components, wt. %:

полимерное связующее 36-42;polymer binder 36-42;

углеволокнистый наполнитель 58-64,carbon fiber filler 58-64,

причем в качестве полимерного связующего используют полимерное связующее, включающее эпоксидный олигомер, отвердитель - 4,4'- диаминодифенилсульфон и фуллерен C_2n, где n не менее 30, в качестве эпоксидного олигомера оно содержит N,N,N',N'-тетраглицидилдиамино-3,3'-дихлордифенилметан и дополнительно - открытые углеродные нанотрубки и фуллероидный многослойный наномодификатор астрален при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:moreover, as a polymer binder, a polymer binder is used, including an epoxy oligomer, a hardener - 4,4'-diaminodiphenylsulfone and fullerene C _2n , where n is not less than 30, as an epoxy oligomer it contains N,N,N',N'-tetraglycidyldiamino- 3,3'-dichlorodiphenylmethane and additionally open carbon nanotubes and fulleroid multilayer nanomodifier astralen in the following ratio of components, parts by weight:

N,N,N',N'-тетраглицидилдиамино-3,3'-дихлордифенилметанN,N,N',N'-tetraglycidyldiamino-3,3'-dichlorodiphenylmethane 100100 4,4'-диаминодифенилсульфон4,4'-diaminodiphenylsulfone 44 44 Фуллерен C_2n, где n не менее 30Fullerene C _2n , where n is not less than 30 0,01-1,0 0.01-1.0 Открытые углеродные нанотрубки Exposed carbon nanotubes 0,1-1,50.1-1.5 Фуллероидный многослойный наномодификатор астраленFulleroid multilayer nanomodifier astralen 0,5-100.5-10

Недостатком композита является относительно невысокий предел прочности на растяжение при его применении и относительно высокое электрическое поверхностное сопротивлениеThe disadvantage of the composite is the relatively low tensile strength when used and the relatively high electrical surface resistance

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является теплоэлектропроводный полиолефиновый композит [RU 2637237, C1, C08L 23/00,01.12.2017], наполненный углеродными нанотрубками, содержащий полиолефиновый эластометр и смесь полисилоксанов, которая содержит полиметилсилоксан и маслорастворимую полиэтилсилоксановую жидкость, с углеродными нанотрубками при следующем соотношении компонентов, мас. %:The closest in technical essence to the proposed one is a thermally conductive polyolefin composite [RU 2637237, C1, C08L 23/00, 01.12.2017], filled with carbon nanotubes, containing a polyolefin elastomer and a mixture of polysiloxanes, which contains polymethylsiloxane and oil-soluble polyethylsiloxane liquid, with carbon nanotubes at the following ratio of components, wt. %:

углеродные нанотрубкиcarbon nanotubes 5-155-15 полиметилсилоксан polymethylsiloxane 0,1-1,5 0.1-1.5 маслорастворимая полиэтил сил оксановая жидкостьoil-soluble polyethyl seal oxane liquid 1-15 1-15 полиолефиновый эластомер polyolefin elastomer остальноеrest

Недостатком композита является относительно низкая эффективность применительно к приданию антистатического эффекта (снижение электрического поверхностного сопротивления) при его использовании для получения конечного продукта, например, наливного пола.The disadvantage of the composite is its relatively low efficiency in terms of imparting an antistatic effect (reducing electrical surface resistance) when used to obtain the final product, for example, a self-leveling floor.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая эффективность создания антистатического эффекта при его использовании для получения конечного продукта, например, наливного пола.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively low efficiency of creating an antistatic effect when used to obtain the final product, for example, a self-leveling floor.

Задача, которая решается в изобретении, направлена на разработку композиционного материала в виде обеспечивающего конечному продукту, например, наливному полу, повышенный антистатический эффект.The problem that is solved in the invention is aimed at developing a composite material in the form of providing the final product, for example, a self-leveling floor, with an increased antistatic effect.

Требуемый технический результат заключается в снижении электрического поверхностного сопротивления и повышении на этой основе антистатических свойств конечного продукта при его применении в качестве наномодификатора для наливного пола при одновременном обеспечении требуемых механических свойств.The required technical result is to reduce the electrical surface resistance and, on this basis, increase the antistatic properties of the final product when used as a nanomodifier for self-leveling floors while simultaneously ensuring the required mechanical properties.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, наномодификатор для эпоксидного наливного пола, включающий одностенные углеродные нанотрубки, согласно изобретению, содержит композицию из следующих компонентов при их соотношении масс. %.:The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that the nanomodifier for epoxy self-leveling floor, including single-walled carbon nanotubes, according to the invention, contains a composition of the following components at their mass ratio. %.:

смачивающая и диспергирующая добавка BYK-9077wetting and dispersing additive BYK-9077 3,53.5 смачивающая и диспергирующая добавка Antiterra-Uwetting and dispersing additive Antiterra-U 8,08.0 пеногаситель BYK-054defoamer BYK-054 2,02.0 пластификатор дибутилфталатplasticizer dibutyl phthalate 14,014.0 растворитель диэтиленгликольsolvent diethylene glycol 50,050.0 одностенные углеродные нанотрубкиsingle wall carbon nanotubes 2,502.50 механическая смесь эпоксидной смолы, наполнителейmechanical mixture of epoxy resin, fillers и функциональных добавок без отвердителяand functional additives without hardener компонент «LEVL Coat 303»component "LEVL Coat 303" 20,020.0

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что наномодификатор используют в виде 0,25%-ной добавки в эпоксидную смолу для наливного пола.In addition, the required technical result is achieved by using the nanomodifier in the form of a 0.25% additive to epoxy resin for self-leveling floors.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что наномодификатор используют для добавки в эпоксидную смолу ЭД-16.In addition, the required technical result is achieved by using the nanomodifier as an additive to ED-16 epoxy resin.

На чертеже представлен график зависимости удельного электрического сопротивления эпоксидного наливного пола Ом*м от мас. % наномодификатора в эпоксидной смоле при получении наливного пола.The drawing shows a graph of the dependence of the electrical resistivity of an epoxy self-leveling floor, Ohm*m, on the wt. % nanomodifier in epoxy resin when producing a self-leveling floor.

Наномодификатор для эпоксидного наливного пола с антистатическим эффектом (далее «наномодификатор») получают и используют следующим образом.A nanomodifier for an epoxy self-leveling floor with an antistatic effect (hereinafter referred to as the “nanomodifier”) is obtained and used as follows.

Подбор рецептуры наномодификатора ограничен следующими параметрами: эффективностью смачивания углеродных частиц (ОУНТ), стабильность и эффективность смачивателя (диспергатора) в среде эпоксидных смол, нежелательность загущения конечной смеси под влиянием диспергатора, среда-носитель не должна мигрировать из отвержденного состава, наномодификатор не должен создавать стабильную пену, желательно оптимальное введение мастербатча в отверждаемый состав с минимальным усложнением техпроцесса.The selection of a nanomodifier formulation is limited by the following parameters: the efficiency of wetting of carbon particles (SWNT), the stability and effectiveness of the wetting agent (dispersant) in the environment of epoxy resins, the undesirability of thickening of the final mixture under the influence of the dispersant, the carrier medium should not migrate from the cured composition, the nanomodifier should not create a stable foam, it is desirable to optimally introduce the masterbatch into the curing composition with minimal complication of the technical process.

По соответствию критериев были выбраны диспергатор -высокомолекулярный сополимер с аффинными группами - BYK-9077, т.к. его строение позволяет диспергировать углерод в эпоксидных средах с использованием растворителей и без использования растворителя не повышая вязкость смеси за счет самого диспергатора. Количество BYK-9077 заложено в рецептуру согласно рекомендациям производителя. Дополнительно испытывалась возможность при помощи диспергатора добиться максимально равномерного распределения ОУНТ в составе для уменьшения процентного соотношения ОУНТ и, как следствие, снижения себестоимости конечного состава. Пеногаситель BYK-054 использован по совместимости системы. В качестве среды-носителя с примерно одинаковой эффективностью подходят пластификаторы, а именно - фталаты. Нежелательны хлорированные углеводороды, поскольку велика вероятность их миграции из отвержденной системы, поэтому был использован дибутилфталат (ДБФ). Опыт применения наноуглеродных добавок показывает, что перед введением добавки наноуглеродный модификатор следует замешать в малом количестве смолы, или наливного пола, производимого на предприятии. Это позволяет эффективнее ввести добавку в наливной пол. Соответственно, имеет смысл включить в состав мастербатча главный компонент наливного пола (механическая смесь эпоксидной смолы, наполнителей и функциональных добавок без отвердителя), например, имеющуюся на рынке механическую смесь эпоксидной смолы, наполнителей и функциональных добавок без отвердителя - компонент «LEVL Coat 303». Этот главный компонент наливного пола позволяет лопастям смесителя легче захватывать смесь, плотность которой без данной модификации оказывается слишком малой для качественного перемешивания.According to the criteria, the dispersant was chosen - a high molecular weight copolymer with affinity groups - BYK-9077, because its structure allows carbon to be dispersed in epoxy media with and without the use of solvents without increasing the viscosity of the mixture due to the dispersant itself. The amount of BYK-9077 is included in the recipe according to the manufacturer’s recommendations. Additionally, the possibility of using a dispersant to achieve the most uniform distribution of SWCNTs in the composition was tested to reduce the percentage of SWCNTs and, as a consequence, reduce the cost of the final composition. Defoamer BYK-054 is used due to system compatibility. Plasticizers, namely phthalates, are suitable as carrier media with approximately equal efficiency. Chlorinated hydrocarbons are undesirable because they are likely to migrate from the cured system, so dibutyl phthalate (DBP) was used. Experience in the use of nanocarbon additives shows that before introducing the additive, the nanocarbon modifier should be mixed in a small amount of resin or self-leveling floor produced at the enterprise. This allows you to more effectively introduce the additive into the self-leveling floor. Accordingly, it makes sense to include in the masterbatch the main component of the self-leveling floor (a mechanical mixture of epoxy resin, fillers and functional additives without a hardener), for example, the mechanical mixture of epoxy resin, fillers and functional additives without a hardener available on the market - the “LEVL Coat 303” component. This main component of the self-leveling floor allows the mixer blades to more easily capture the mixture, the density of which, without this modification, is too low for quality mixing.

При смешивании указанных выше компонентов композиции согласно рецептуре по массовым частям получаем тиксотропную пасту однотонного черного цвета - добавку в наливной пол, которая придает наливному полу антистатические свойства.When mixing the above components of the composition according to the recipe by mass parts, we obtain a thixotropic paste of a monochromatic black color - an additive to the self-leveling floor, which gives the self-leveling floor antistatic properties.

Способ получения наномодификатора заключается в том, что компоненты смешивают на горизонтальном зет-образном перемешивающем устройстве при скорости вращения валов от 30 до 60 оборотов в минуту в течение 20 - 25 минут. При меньшем времени перемешивания визуально определяются жидкие фракции, при большем - паста поднимается валами из оптимальной зоны перемешивания наверх. При этом наблюдается полное впитывание наноуглеродом жидких фракций и качественное равномерное перемешивание.The method for producing the nanomodifier is that the components are mixed on a horizontal Z-shaped mixing device at a shaft rotation speed of 30 to 60 rpm for 20 to 25 minutes. With a shorter mixing time, liquid fractions are visually determined, with a longer time, the paste rises in shafts from the optimal mixing zone to the top. In this case, complete absorption of liquid fractions by nanocarbon and high-quality uniform mixing are observed.

Оптимальное рецептурное соотношение было выявлено по диспергируемости ОУНТ в мастербатч и мастербатча в наливной пол соответственно. В остальном количества ингредиентов диктуются экономической целесообразностью и рекомендациями производителя. Визуально качество диспергирования наноуглеродных частиц можно определить по равномерному, без вкраплений и видимых агломератов, серому цвету поверхности образцов наливного пола.The optimal formulation ratio was identified by the dispersibility of SWCNTs in the masterbatch and masterbatch in the self-leveling floor, respectively. Otherwise, the quantities of ingredients are dictated by economic feasibility and manufacturer’s recommendations. Visually, the quality of dispersion of nanocarbon particles can be determined by the uniform gray color of the surface of self-leveling floor samples, without inclusions or visible agglomerates.

Исходя из полученных результатов очевидно, концентрация наномодификатора в виде 0,25%-ной добавки в эпоксидную смолу для наливного пола является оптимальной.Based on the results obtained, it is obvious that the concentration of the nanomodifier in the form of a 0.25% additive in epoxy resin for self-leveling flooring is optimal.

Таким образом, благодаря предложенной рецептуре обеспечивается снижение электрического поверхностного сопротивления и повышение на этой основе антистатических свойств конечного продукта при его применении в качестве наномодификатора для наливного пола при одновременном обеспечении требуемых механических свойств, чем и достигается требуемый технический результат.Thus, thanks to the proposed formulation, a decrease in electrical surface resistance is ensured and, on this basis, an increase in the antistatic properties of the final product when used as a nanomodifier for self-leveling floors while simultaneously ensuring the required mechanical properties, which achieves the required technical result.

Claims (3)

1. Наномодификатор для эпоксидного наливного пола, включающий одностенные углеродные нанотрубки, отличающийся тем, что содержит композицию из следующих компонентов при их соотношении, мас.%:1. Nanomodifier for epoxy self-leveling floor, including single-wall carbon nanotubes, characterized in that it contains a composition of the following components in their ratio, wt.%: смачивающая и диспергирующая добавка BYK-9077wetting and dispersing additive BYK-9077 3,5 3.5 смачивающая и диспергирующая добавка Antiterra-Uwetting and dispersing additive Antiterra-U 8,0 8.0 пеногаситель BYK-054defoamer BYK-054 2,0 2.0 пластификатор дибутилфталатplasticizer dibutyl phthalate 14,0 14.0 растворитель диэтиленгликольsolvent diethylene glycol 50,0 50.0 одностенные углеродные нанотрубкиsingle wall carbon nanotubes 2,50 2.50 механическая смесь эпоксидной смолы, наполнителейmechanical mixture of epoxy resin, fillers и функциональных добавок без отвердителяand functional additives without hardener компонент «LEVL Coat 303» component "LEVL Coat 303" 20,020.0 2. Наномодификатор для эпоксидного наливного пола по п. 1, отличающийся тем, что его используют в виде 0,25%-ной добавки в эпоксидную смолу для наливного пола.2. Nanomodifier for epoxy self-leveling floor according to claim 1, characterized in that it is used in the form of a 0.25% additive to epoxy resin for self-leveling floor.

Images