RUS ENG

НАМ 20 ЛЕТ!

ГРУППА AMT&C - ФИНАЛИСТ РЕЙТИНГА «ТЕХНОУСПЕХ»


 

 


Адгезивная полимерная композиция с магнитными свойствами



Изобретение относится к технологии получения различных адгезивных композиций (клеев, герметиков, компаундов, составов для покрытий), которые обладают магнитными свойствами и могут найти широкое применение в электронной и радиоэлектронной   промышленности, приборостроении,     авиации,     строительстве, при изготовлении и ремонте бытовой техники.

В частности, адгезивная композиция с магнитными свойствами может быть использована при ремонте и монтаже устройств энергоснабжения, электрических машин, аппаратов управления, например, для склеивания сердечников катушек, дросселей, трансформаторов, электромагнитов и акустических систем, при изготовлении магнитопроводов, а также в качестве материалов (клеев, компаундов, покрытий), поглощающих электромагнитное излучение и т.д.

Известен ферромагнитный клей, содержащий эпоксидную    диановую    смолу, отвердитель   (триэтаноламин), дибутилфталат     и      карбонильное     железо [Хрулев В.М. Синтетические клеи и мастики. -М.: Высшая школа, 1970, с.350]. Однако ввиду того  что  частицы входящего  в  его  состав наполнителя  (карбонильного железа) имеют достаточно большой размер (около 3-4 мкм), данный клей имеет недостаточную магнитную проницаемость и      не удовлетворяет повышенным требованиям к материалам такого назначения. Известна ферромагнитная краска, содержащая   олифу   или   лак   на основе     синтетического     полимера     (30-40 мас.%) и керамическое карбонильное железо или феррит помола от 30 до 80 мкм (60-70 мас.%)  [RU  2090585,  20.09.97]. Однако эта ферромагнитная краска предназначена только для покрытия   ученических   досок. Известен   клеящий   компаунд   специального назначения, применяемый, в частности,   в тепло- и электронной       технике       при изготовлении пленочных  микросхем, содержащий эпоксидную смолу диановую (20-60 мас.%), канифоль (13-45 мас.%) и остальное – порошкообразный теплопроводный           наполнитель (медь, вольфрам, алюминий, окись бериллия, окись алюминия) с размером частиц 0,2-35 мкм [SU 763427,   С   09   J   9/00,    15.09.1980].   Однако данный   клеящий   компаунд  хотя   и   имеет хорошую теплопроводность и электропроводность, не обладает всем необходимым комплексом магнитных свойств, определяющих возможность его использования     в     качестве     магнитных материалов  широкого  назначения.   Известен способ склеивания ферромагнитных пластин (при изготовлении      магнитопроводов) с помощью различных клеев (фенольно-поливинил-ацетатные, эпоксидные), при котором после нанесения клея на склеиваемые поверхности осуществляют последующую   обработку    в постоянном магнитном поле 1100-1350 Э [SU 594157,   С   09   J   5/08,   25.02.1978].   Однако этот способ технологически  сложен  и  имеет ограниченное назначение.  Известен  адгезив, поглощающий микроволновое излучение, содержащий      рассеивающие частицы с размером 0,1-150 мкм (в виде волокон, чешуек и т.д.), диспергированные в полимерном     диэлектрическом материале, например термореактивном               или термопластичном адгезиве (полиамидном, этилен-винилацетатном).           В           качестве рассеивающих частиц адгезив содержит материал, выбранный из группы, включающей в себя хром, алюминий, медь, титан, нитрид титана, железо, никель, углерод, магнитные металлические волокна [ЕР 0424132. С 09 J 9/00, 24.04.1991]. Адгезив поглощает излучение >0,252 ккал при частоте -2-20 ГГц.

Наиболее      близким      по      технической сущности     к     заявленному     изобретению является    адгезионная    композиция, содержащая клеевое связующее (полиамидное,   полиакрилаты, полиметакрилаты, полиуретаны, полиэфиры сложные,   полиэтилен,   сополимер  этилена  с винилацетатом)  и магнитные наночастицы  с размером       1-1000       нм.      Адгезионная композиция может быть в виде органической или        водной дисперсии и может дополнительно содержать различные целевые добавки, такие как стабилизаторы и антиоксиданты,       пигменты,       эмульгаторы. Наночастицы могут состоять из парамагнитных             и ферромагнитных материалов:   Fe,   Co,   Ni,   Cr,   Mo,  W,  V,   Nb, Та, Се, Рг, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu; ферритов типа MeOFe303 (Me= Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Mg или Cd), и     содержаться     в     адгезионной композиции в количестве 0,1-40 мае. % [WO 00/34404, С 09 J 9/00,  15.06.2000]. В заявке не     содержится     каких-либо     конкретных сведений   (например,   в   виде   примеров)   о получении этой композиции и ее свойствах, что могло бы позволить оценить возможность ее   использования   в   качестве   магнитного материала   широкого   спектра  назначения   и действия. Данный патент практически представляет собой        теоретическую разработку, касающуюся клеевых композиций           (адгезивов), содержащих магнитные наночастицы.

Технической задачей заявленного изобретения является получение адгезивной композиции с повышенной жизнеспособностью и          стабильностью, высокой магнитной проницаемостью и индукцией насыщения, обладающей также способностью поглощать     высокочастотное электромагнитное   излучение.

Поставленная техническая задача достигается тем, что адгезивная полимерная композиция   с   магнитными   свойствами   в качестве полимерного связующего содержит термопластичный или       термореактивный адгезив,  включающий основу,  выбранную из группы, состоящей из эпоксидной смолы, фенол-формальдегидной смолы, кремнийорганической   смолы, перхлорвиниловой   смолы, бутадиенакрилонитрильного каучука, акриловой смолы;      частицы магнитного материала размером 1-1000 нм,

стабилизированные   поверхностно-активным веществом,   а  также  технический  углерод   с размером частиц 0,2-0,3 мкм при следующем соотношении компонентов, мае. ч.:

-     вышеуказанный термоактивированный или термопластичный адгезив 100; вышеуказанные стабилизированные наночастицы магинтного материала 100-800;

-  технический углерод 1-200. Композиция дополнительно      может

содержать различные целевые добавки, такие как пигменты и пластификаторы (дибутилфталат  или  диоктилфталат).

В  качестве частиц магнитного материала композиция содержит  частицы   с   размером 1-1000 нм, состоящие, например, из Fe,  Co, Ni,   Cr,   редкоземельных  и  других  металлов, различных    ферритов,    таких    как   ферриты MFe304 (M=Mn,   Fe,   Ni,  Cu),   Ni-Zn  и  Mn-Zn ферриты,   гексаферрит   бария   и   стронция, другие ферриты, сплавы Fe-Ni,  Fe-Co,  Fe-Pt, сплавы на основе редкоземельных металлов Nd-Fe-B      и      Sm-Co;      Fe-B-Co-R      (R редкоземельный элемент) и т.д.

Указанные частицы могут быть получены различными            известными            методами:

распылением и испарением металлов и их сплавов в вакууме, измельчением больших частиц металлов или их сплавов с помощью соответствующих устройств (коллоидные мельницы, ультразвуковые генераторы и т.д.), химическими методами: восстановлением в растворе ионов металлов до атомов в условиях, благоприятных последующему формированию малых металлических кластеров или агрегатов (химические восстановители - гидразин, борогидриды, водород;                     радиационные и электрохимические    восстановители); синтезом       в      мицеллах      в      растворах сополимеров;        термическим        разложение металлсодержащих соединений (карбонилов,   формиатов,   ацетатов  и  т.д.)  в расплавах    и    растворах    полимеров.     При использовании      химических      методов      в качестве      поверхностно-активных      веществ используют        как       низкомолекулярные вещества,   например жирные  кислоты,  такие как олеиновая кислота, стеариновая кислота, в       виде       0,1-0,5%-ного       раствора       в углеводородном      растворителе,      а     также высокомолекулярные соединения, такие как белки,    карбоксиметилцеллюлоза, поливинилпирролидон, блок-сополимеры, например, состоящие из блоков полиэтиленоксида,    поли(4-винилпиридина), полистирола,    полиэтиленимина,    в    любом сочетании,   как   в   растворе,   так   и   в   сухом состоянии.        Перечисленные методы получения   частиц   известны   и   описаны   в литературных источниках [Топорко А.В. и др. - Журнал физической химии, 1996, т. 70, 10, 1894;    Пилени    М.    и    др.    Наноразмерные частицы  в коллоидных системах.  - Лангмюр, 1997,  т.   13,  3266;   Бутенко Л.В.  и др.  Цайт. Физ. Д. Атомы, молекулы и кластеры, 1990, т. 17,   с.283;   Помогайло  А.Д.,   Розенберг А.С., Уфлянд    И.Е.    Наночастицы    полимеров    в металлах.    -    М.          Химия,    2000,    672с; Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications (Eds.: Edelstein A.S. and Cammarata R. C). - Institute of Physics Publishing (Bristol and Philadelphia, 1998)].              Например, наночастицы металлического железа получают восстановлением соединения железа водородом (при 250-400°С) с последующей стабилизацией в 0,1-0,5%-ном растворе олеиновой или стеариновой кислоты в углеводородном растворителе (например, гексане, ксилоле, бензоле, ацетоне, метаноле), фильтрацией, промывкой и сушкой конечного продукта.

В качестве термореактивных или термопластичных    адгезивов   предлагаемая композиция содержит эпоксидные клеи (жидкие и порошкообразные), преимущественно  горячего отверждения  на основе эпоксидных смол, отверждаемые дициандиамидом              или фталевым, малеиновым   ангидридами,   растворенными  в этилцеллозольве с возможной добавкой пластификаторов (клеи Д-15, Д-23. ВК-32-ЭМ и др.) [Хрулев В.М. Синтетические клеи и мастики. - М., Высшая школа, 1970, с. 58] ; однокомпонентные     компаунды     горячего 5 отверждения (УП-503А, УП 503 Б, УП-528с -по ВТУ 5-250-68); компаунды холодного отверждения УП-584У (ТУ 6-05-241-72) на основе эпоксидной модификаторной смолы и имидозолиновых отвердителей И-6М, И-5М, а также различные лаки эпоксидные.

             В      качестве      адгезивов      на      основе фенол-формальдегидных смол (резольных и новолачных) предлагаемая композиция содержит, например, клеи БФ-2, БФ-4, на основе фенол-формальдегидных смол, модифицированных поливинилбутиралем; фенол-каучуковые клеи (ВК-3 и ВК-4, ВК-32-200), которые содержат фенол-формальдегидные  смолы   и   растворы синтетического кучука (бутадиенакрилонитрильные   каучуки); фенол-формальдегидные   клеи, модифицированные    кремнийорганическими соединениями, например    алкоксисиланом (клеи      ВС-10Т,      ВС-350)      [Хрулев      В.М. Синтетические клеи и мастики. - М.: Высшая школа, 1970, с. 65-70] ; кремнийорганические клеи, например ВКТ-2 и ВКТ-3, ВК-2 и П-9, на основе кремнийорганической смолы (полиорганосилоксаны) и сополимера БМК-5 (бутилметакрилата с метакриловой смолой) или в смеси с эпоксидной смолой [Хрулев В.М. Синтетические клеи и мастики. - М.: Высшая        школа,          1970,        с.87-89];

перхлорвиниловые клеи [Хрулев В.М. Синтетические клеи и мастики. - М.: Высшая школа, 1970, с.97-98].

В   качестве  пигмента  композиция   может содержать двуокись титана, окись цинка и др. Композицию готовят последовательным смешиванием исходных компонентов, например, в клеемешалках, смесителях и т.д. до    получения    однородного    состава.     В результате экспериментально подобранного качественно-количественного состава адгезионной композиции              частицы

осаждаются      на      поверхности      частиц технического углерода,   который  приобретает магнитные свойства, что в целом способствует повышению стабильности композиции и улучшению магнитных свойств конечного материала (увеличивается магнитная    проницаемость    и    способность поглощать электромагнитное излучение)  при небольшой толщине слоя композиции порядка   1-5   мкм.   Адгезивную   композицию наносят на различные       подложки (поверхности): металл, стекло, керамику, пластмассу, бетон, известными способами (распылением, поливом, кистью и т.д.), предпочтительно на предварительно подогретые  поверхности.

Представленные ниже примеры иллюстрируют, но не ограничивают существо предлагаемого изобретения.

Пример 1. В 100 мае. ч. клея на основе эпоксидной диановой смолы ЭД-6 и дициандиамида, растворенных в этилцеллозольве,    вводят    частицы    Ni-Zn феррита, стабилизированные в 0,3%-ном растворе олеиновой кислоты, имеющие средний размер 10 нм, в количестве 100 мае. ч. и 10 мае. ч. технического углерода с размером частиц 0,2-0,3 мкм. Перемешивают в клеемешалке до получения однородного состава   (2-5   часов).   Получают   стабильную композицию с жизнеспособностью 120 часов. Данной композицией склеивают разрезные сердечники катушек и дросселей, нанося на предварительно нагретые до 120-130°С поверхности слой клея толщиной 2-3 мкм. Относительная магнитная проницаемость композиции  250.

Пример 2.  Смешивают  100 мае. ч.  клея ВС-10Т (раствор           полиацеталя, фенол-формальдегидной  смолы и алкоксисилана в смеси органических растворителей; содержание сухого вещества 15-30%, вязкость 120 сек по ВЗ-1), 200 мае. ч. частиц железа размером 200 нм (стабилизированы 0,5%-ным раствором стеариновой кислоты) и 20 мае. ч. технического углерода с размером частиц 0,2-0,3 мкм. Состав стабилен, жизнеспособность       6 мес. Склеивают шлихтованные   магнитопроводы,   набираемые из   круглых   пластин,    материал   пластин    -электротехнический   сплав пермаллой марки 45 Н, сердечники электромагнитов. Прочность склеивания  (предел  прочности  при  отрыве) 190-195   кг/см2,   относительная   начальная магнитная   проницаемость   композиции   800, магнитная индукция насыщения 0,8 Т.

Пример 3. В резольный лак Р-300К (МРТУ 6-05-1290-70),      представляющий собой раствор смолы в этиловом спирте, взятом в количестве   100   мае.   ч.,   вводят   частицы магнитного  материала  Sm-Co  размером  200 нм,   стабилизированные  олеиновой   кислотой (0,2%-ный   раствор  в  декане)   в  количестве 200 мае. ч. и 10 мае. ч. технического углерода. Смесь       перемешивают до получения однородного состава. Состав стабилен,    жизнеспособность    2-3    месяца. Клей     может     быть     использован     для склеивания   изделий   из   фарфора,   стекла, металлов,   пластмасс.   Магнитная  индукция насыщения 0,8 Т.

Пример    4.    В    клей    БФ-2    (на    основе фенол-формальдегидной смолы, модифицированной     поливинилбутиралем), взятым  в  количестве  100  мае.  ч.,   вводят частицы  магнитного материала  размером  30 нм на основе смесей окислов Ni, Zn, Co и Fe (стабилизированы 0,3%-ным раствором олеиновой кислоты) в количестве 300 мае. ч. и технический углерод в количестве 10 мае. ч. Перемешивают до получения однородного состава. Наносят на различные поверхности (стекло, фарфор,         дерево, металл, пластмассы) тонким слоем; склеивание осуществляют при 100-150 °С в течение 1,5-2 часов или при комнатной температуре с выдержкой (в скрепленном состоянии) 3-4 суток. Прочность склеивания (сопротивление сдвигу стальных пластин) 200-350 кГ/см2.

Пример 5. Поступают аналогично примеру 4,   только   в   качестве   адгезива   используют кремнийорганические     клеи     ВКТ-2,     ВКТ-3 (смесь модифицированной кремнийорганической                 смолы полиметилфенилсилоксановой – и сополимера               бутилметакрилата с метакриловой      кислотой     в     органическом растворителе), в качестве магнитного наполнителя  используют стабилизированные 0,5%-ным   раствором   в   гексане   олеиновой кислотой   наночастицы   гексаферрита   бария или   сплава   Nd-Fe-B   с   размером   20   нм   и технический       углерод.       Жизнеспособность композиции 6 месяцев и более. Композиция может быть использована для склеивания металлов с  пластмассами,   стекловолокнами и другими           теплоизоляционными материалами. Отверждается 3 суток при комнатной температуре. Магнитная индукция насыщения 0,8 Т.

Пример 6. Поступают так же, как в примерах 1-5, только в качестве адгезива используют перхлорвиниловые клеи (раствор перхлорвиниловой смолы в растворителе (ацетон, дихлорэтан, толуол, этилацетат и др.),           добавляют           пластификатор

(дибутилфталат) в количестве 20-30% от веса сухой смолы (например, клей ПВ-6); в качестве наночастиц магнитного материала используют частицы магнитного материала Fe-B-Co-R (R - редкоземельный металл), стабилизированные 0,2%-ным раствором олеиновой кислоты в гексане, с размером частиц 300 нм, а также технический углерод. Жизнеспособность состава 1-2 месяца. Таким клеем можно склеивать светопрозрачные пластики при нормальной температуре в течение 4 часов под давлением 1-2 кГ/см2.

Пример    7.    Поступают    так   же,    как    в примерах  1   - 6,  только в качестве адгезива используют    каучуковые    клеи    (на    основе бутадиенакрилонитрильного   каучука   -   клей ВДУ-3,   клей   ГЭН-150/В   -   на   основе   смеси бутадиеннитрильного     каучука     СКН-40     и смолы  ВДУ),  в качестве магнитных частиц -частицы    из    смеси    оксидов    Ni,    Co,    Fe (стабилизированные     0,1%-ным      раствором олеиновой кислоты в декане) с размером 100 нм.      Жизнеспособность      композиции      не ограничена.   Клей   можно   использовать  для крепления       различных       облицовочных материалов  и  термоакустической  изоляции, для   крепления   керамических  плиток,   для склеивания   резин   с   металлами,   стеклом, бетоном,   для   приклеивания   полистирола, слоистых пластиков.

Пример   8.    Поступают   так   же,    как   в примерах  1-6,  только в качестве магнитного наполнителя    используют    частицы    Fe-Co феррита размерами  10 нм, стабилизированные блок-сополимерами полистирола и поли(4-винилпиридина),   а   в качестве адгезива -        любые из вышеупомянутых клеевых основ. Наивысшая жизнеспособность в бутадиеновых каучуковых   основах   (свыше   6 месяцев), наименьшая - в фенол-формальдегидных и перхлорвиниловых (около 1 месяца). Клей обладает           относительной начальной магнитной проницаемостью 250 и может быть использован для специальных приложений, в частности    для    склеивания    сердечников катушек индуктивности.

Пример      9.       В      анаэробный клей Анатерм-110 (100 мае. ч.)     на основе диметакриловых эфиров полиалкиленгликолей с монофункциональными акрилатами (акриловая кислота,     метакриламид) в сочетании с акриловым загустителем, инициатор - перекись бензоила,  активатор хлористая медь, ингибитор - фенол, вводят частицы Мn-Zn феррита, стабилизированные поливиниловым   спиртом,   в   количестве  200 мае.  ч.   и  углерод  в  количестве   10  мае.  ч. Смесь  перемешивается,   в  результате чего получается состав, стабильный при хранении на воздухе не      менее     года.      Состав отверждается      при      самопроизвольной полимеризации  без доступа воздуха.  Состав имеет   хорошую   адгезию к металлическим поверхностям и имеет  работоспособность в интервале   температур   от   -200   до   +300°С.

Начальная   относительная   проницаемость композиции  500.

Полученные на основе предлагаемой адгезивной             композиции магнитные материалы     (клеи,     компаунды,     герметики) обладают высокой начальной относительной магнитной     проницаемостью     (до     850)     и индукцией   насыщения   (до   1    Т)   и   могут обеспечивать     коэффициент     поглощения электромагнитного  поля  не  менее  30 дБ  в диапазоне частот от 100 кГц до 2 ГГц для слоя толщиной 6 мм.


Страница 1 - 5 из 5
Начало | Пред. | 1 | След. | Конец По стр.

Возврат к списку патентов