Композиция для получения полиизоциануратов для конструкционных материалов

 

Использование: в шинной, обувной промышленности, для получения оптически чувствительных материалов. Сущность изобретения: при комнатной температуре смешивают 170-517 мас.ч. низкомолекулярного гибкоцепного полимера с 100 мас. ч. ароматического диизоцианата, добавляют 0,05-0,3 мас.ч. катализатора отверждения и О,5-6,0 мас.ч. альфа-окиси в качестве сокатализатора, заливают в форму и отверждают. Получают прозрачный упругий полимерный материал с изменением модуля упругости по высоте образца 3-2000 МПа с заданным градиентом и сохранением упругих свойств в диапазоне от -5О до +IOO^oC. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области получения полимерных конструкционных материалов, а точнее к получению материалов из композиций на основе полиизоциануратов.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при получении композиционных материалов, обладающих упругими свойствами в широком диапазоне модуля упругости, применяемых в шинной и обувной промышленности, при конструировании полимерных изделий, когда без сварки, склейки и других подобных операций, достигается получение бесшовной конструкции из резины и пластмассы с плавным переходом между ними и сохранением при этом упругих свойств. Кроме того, изобретение может быть использовано для получения оптически чувствительных материалов, применяемых при исследовании напряженно-деформированного состояния сложных конструкций методом фотоупругости.

Известна низкомодульная, оптически чувствительная полимерная композиция, включающая эпоксидную смолу, отвердитель петилтетрагидрофталевый ангидрид и пластификатор дибутилфталат (1). Материал на основе этой композиции обладает низким модулем упругости от 0,2 до 2,0 МПа в зависимости от количества пластификатора.

Однако при комнатной температуре этот материал находится в высокоэластическом состоянии и область его использования в качестве конструкционных материалов, работающих под нагрузкой, ограничена.

Известна композиция (2), выбранная в качестве прототипа, включающая кремнийорганический карбофункциональный диизоцианат и в качестве катализатора третичный амин в сочетании с сокатализатором, альфа-окисью при следующем соотношении компонентов, в мас.частях: кремнийорганический карбофункциональный диизоцианат 100 третичный амин 0,1-0,2 альфа-окись 1,0-1,5 Материалы на основе этой композиции обладают модулем упругости от 75 до 1700 МПа, причем при комнатной температуре они находятся в стеклообразном состоянии.

Композиция-прототип обладает следующими недостатками. Термодинамическая несовместимость кремнийорганического карбофункционального диизоцианата с ароматическими диизоцианатами приводит к фазовому расслоению композиции в процессе полимеризации, что обуславливает невозможность получения низкомодульных стеклообразных полимеров с градиентным изменением модуля упругости по одному из линейных размеров образца. Кроме того, при использовании композиции-прототипа исключена возможность получения прозрачных полимерных материалов, обладающих оптической чувствительностью.

Задачей данного изобретения является получение полимерных материалов, в которых изменение модуля упругости по одному из линейных размеров образца можно направленно изменять с заданным градиентом модуля упругости в диапазоне от 3 до 2000 МПа, с получением материалов, проявляющих упругость (а не вязкоупругость) в указанном диапазоне модулей, при сохранении этих свойств в интервале температур от -50 до +100^oС.

Подобные материалы придают качественно новые характеристики полимерным конструкционным материалам, что обуславливает возможность их применения в таких областях, как шинная, обувная промышленность и т.п.

Поставленная задача решается тем, что композиция содержит ароматический дииэоцианат, низкомолекулярный гибкоцепной полимер с Мп от 1000 до 2000, катализатор отверждения в сочетании с альфа-окисью в качестве сокатализатора, при следующем соотношении компонентов (мас.части): ароматический диизоцианат 100 низкомолекулярный гибкоцепной полимер 17-517 катализатор отверждения 0,05-0,3 сокатализатор 0,5-6,0 Дополнительно композиция может содержать волокнистый и/или порошкообразный минеральный наполнитель, при следующем соотношении компонентов (мас. части):
ароматический диизоцианат 100
низкомолекулярный каучук 17-517
катализатор 0,05-0,3
сокатализатор 0,5-6,0
наполнитель 1,3-10,0
Помимо этого на основе композиций могут быть получены пенополиматериалы по обычной технологии (как в наполненном, так и в ненаполненном виде).

В качестве низкомолекулярных гибкоцепных полимеров используют бутадиеновый каучук, сополимер бутадиена с акрилонитрилом, сополимер тетрагидрофурана с окисью пропилена, политетраметилендиол.

В качестве ароматического диизоцианата используют: 2,4-толуилендиизоцианат; смесь изомеров 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианат, взятых в соотношении 65: 35; смесь изомеров 2,4- и 2,6 ТДИ, взятых в соотношении 80:20; 4,4'-диизоцианатодифенилметан; термообработанный 4,4'-диизоцианатодифенилметан, содержащий 27-30% изоцианатных групп.

В качестве катализатора отверждения используют: N,N- диметилбензиламин; триэтиламин; 2-фенилимидазол; N-метилморфолин.

В качестве сокатализатора используют альфа-оксидное соединение: фенилглицедиловый эфир; диглицидный эфир; эпоксидные смолы на основе эпихлоргидрина.

В качестве наполнителя используют: волокна (например, полиамидные, стекловолокно), кварцевую муку, сажу, доломит и т.п.

В качестве пенообразователя может быть использован фреон.

Композицию готовят путем смешения компонентов при комнатной температуре в заданном соотношении (в зависимости от требуемых свойств) следующим образом. Низкомолекулярный полимер смешивают с 2,1-4,0-кратным мольным избытком ароматического диизоцианата и перемешивают в течение 1 часа при комнатной температуре; к ароматическому диизоцианату добавляют катализатор отверждения и сокатализатор и перемешивают; при заливке в форму в смеситель подают смеси 1 и 2 при регулируемом изменении их соотношения.

Далее композицию отверждают в течение 90-100 часов при комнатной температуре с последующим термостатированием при 80, 120 и 140^oС в течение 2 часов при каждой температуре. О полноте отверждения судят по степени конверсии изоцианатных групп, определяемой по данным ИК-спектра.

Градиент модуля упругости в полученном таким образом материале задается изменением соотношения смеси, содержащей низкомолекулярный каучук и ароматический диизоцианат.

В таблице приведены примеры конкретных составов заявляемых композиций и свойства получаемых материалов.

Использование композиций позволяет получить прозрачный упругий полимерный материал, модуль упругости которого по высоте образца изменяется в пределах от 3 до 2000 МПа с заданным градиентом и сохранением упругих свойств в диапазоне от -50 до +100^oС. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3 ТТТ4 ТТТ5 ТТТ6 ТТТ7 ТТТ8 ТТТ9 ТТТ10 ТТТ11

Формула изобретения

Композиция для получения полиизоциануратов для конструкционных материалов, включающая ароматический диизоцианат, катализатор отверждения в сочетании с α- окисью в качестве сокатализатора, отличающаяся тем, что дополнительно содержит низкомолекулярный гибкоцепной полимер с молекулярной массой 1000-2500 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Ароматический диизоцианат 100
Низкомолекулярный гибкоцепной полимер 17-517
Катализатор отверждения 0,05-0,3
Сокатализатор 0,5-6,0
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Ароматический диизоцианат 100
Низкомолекулярный гибкоцепной полимер 17-517
Катализатор отверждения 0,05-0,3
Сокатализатор 0,5-6,0
Наполнитель 1,3-10,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12