Теплостойкий пеногерметик
Владельцы патента RU 2263130:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Описывается теплостойкий пеногерметик, включающий полиорганосилоксановый каучук, оксид цинка, олигогидридсилоксан, аминосоединение и катализатор вулканизации, отличающийся тем, что в качестве полиорганосилоксанового каучука он содержит полидиметилметилфенилсилоксандиол, в качестве олигогидридсилоксана - олигометилгидридсилоксан, в качестве аминосоединения - аминосилан, а в качестве катализатора - полиорганоэлементосилазановую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полидиметилметилфенилсилоксандиол 100; оксид цинка 40-80; олигометилгидридсилоксан 2,5-4,8; аминосилан 0,1-0,3; полиорганоэлементосилазановая смола 1,5-3,5. Техническим результатом является разработка технологичного пеногерметика, имеющего достаточно длительную жизнеспособность для заливки герметизируемых изделий (не менее 30 мин), нетоксичного, обладающего собственной адгезией к различным подложкам, сохраняющего эластичность при температурах от -100 до +300°С и вулканизующегося при комнатной температуре. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области вспенивающихся кремнийорганических композиций, которые могут быть использованы для электроизоляции и защиты различных приборов и агрегатов, например электросоединителей в авиатехнике, приборостроении и других отраслях промышленности.
Известны вспенивающиеся композиции на основе кремнийорганических каучуков, в которых вспенивание происходит за счет выделения газообразных продуктов в процессе реакций между компонентами композиций: например, двуокиси углерода (патент РФ №2115676) или водорода при использовании органогидридсилоксанов, содержащих не менее двух групп - Si-H в молекуле (патенты США №5238967, 5356940). В качестве катализаторов в композициях используют органические перекиси (авт. свид. СССР №726139), соединения платины или олова (патенты США №5238967, 5356940).
Недостатком известных решений является низкая технологичность композиций - после смешения компонентов быстро нарастает вязкость, время жизнеспособности составляет 2-10 мин, в случае использования платиновых и перекисных катализаторов вулканизация происходит только при повышенных температурах (от 80°С до 220°С).
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является теплостойкая пенорезина, включающая, вес.ч.: полидиметилсилоксановый каучук СКТН с молекулярным весом 40-80 тыс. - 100, наполнитель - оксид цинка и оксид титана - 20-40, кремнийорганическую гидридсилоксановую жидкость ГКЖ-94 - 20, полиэтиленполиамин - 1 и катализатор вулканизации - диэтилдикаприлат олова - 1-4 (авт. свид. СССР №309029).
Недостатками прототипа являются малая жизнеспособность композиции (5-10 мин), высокая токсичность катализатора (диэтилдикаприлат олова относится к 1 классу опасности), а также отсутствие адгезии пенорезины к подложкам и ее ограниченная до 250°С теплостойкость. Пенорезина становится хрупкой также в области температур (-55)-(-60)°С.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка технологичного пеногерметика, имеющего достаточно длительную жизнеспособность для заливки герметизируемых изделий (не менее 30 мин), нетоксичного, обладающего собственной адгезией к различным подложкам, сохраняющего эластичность при температурах от - 100 до +300°С и вулканизующегося при комнатной температуре.
Для решения поставленной технической задачи предлагается теплостойкий пеногерметик, включающий полиорганосилоксановый каучук, оксид цинка, олигогидридсилоксан, аминосоединение и катализатор вулканизации, отличающийся тем, что в качестве полиорганосилоксанового каучука он содержит полидиметилметилфенилсилоксандиол, в качестве олигогидридсилоксана - олигометилгидридсилоксан, в качестве аминосоединения - аминосилан, а в качестве катализатора - полиорганоэлементосилазановую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| полидиметилметилфенилсилоксандиол | 100 |
| оксид цинка | 40-80 |
| олигометилгидридсилоксан | 2,5-4,8 |
| аминосилан | 0,1-0,3 |
| полиорганоэлементосилазановая смола | 1,5-3,5 |
В качестве аминосилана пеногерметик содержит аминосилан, выбранный из группы, включающей: γ-аминопропилтриэтоксисилан или его смесь с β-аминоизопропилтриэтоксисиланом, диэтиламинометилтриэтоксисилан или 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилан.
С целью регулирования вязкости пеногерметик дополнительно может содержать полидиметилсилоксандиол в количестве 1,0-20,0 мас.ч., а также олигоалкилсилоксан в количестве 1,0-4,0 мас.ч.
В качестве олигоалкилсилоксана пеногерметик может содержать олигометилсилоксан или олигоэтилсилоксан.
Правильный подбор аминосоединения с оптимальной для процесса получения пеногерметика активностью аминогрупп объясняет достаточно длительный индукционный период реакции вспенивания, что обеспечивает необходимую жизнеспособность композиций, а выделяющиеся в процессе реакции продукты являются автокатализаторами процесса, что приводит к образованию через несколько часов вспененных нелипких вулканизатов. Совокупность активных групп пеногерметика позволяет получить материал с самостоятельной адгезией к различным подложкам.
В предлагаемом изобретении был использован полидиметилметилфенилсилоксандиол по ТУ 38 108129-77.
В качестве аминосилана могут быть использованы различные представители этого класса соединений, но наиболее предпочтительно использовать γ-амино-пропилтриэтоксисилан или его смесь с β-аминоизопропилтриэтоксисиланом (ТУ 6-02-724-73), диэтиламинометилтриэтоксисилан (ТУ 6-02-573-77) или 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилан (ТУ 6-02-586-86). В качестве олигогидридсилоксана в предлагаемом изобретении наиболее предпочтительно использовать олигометилгидридсилоксан (ТУ 2229-013-40245042-00). В качестве полиорганоэлементосилазановой смолы наиболее предпочтительно использовать смолы по ТУ 6-02-1003-75 с массовым содержанием азота 9-25%, кремния - 15-28% и титана - 0,3-5,0%. В качестве регуляторов вязкости целесообразно использовать олигоалкилсилоксаны, в качестве которых предпочтительнее использовать олигоэтилсилоксан (ГОСТ 25149-82) или олигометилсилоксан (ТУ 2416-54), а также полидиметилсилоксандиол (ГОСТ 13835-73).
Примеры составов теплостойкого пеногерметика приведены в таблице 1, сравнительные свойства предлагаемого герметика и прототипа - в таблице 2.
Примеры осуществления
Пример 1.
100 мас.ч. полидиметилметилфенилсилоксандиола смешивают с 80 мас.ч. оксида цинка, 4,8 мас.ч. олигометилгидридсилоксана, 0,3 мас.ч. γ-аминопропил-триэтоксисилана и 2,0 мас.ч. полиэлементосилазановой смолы. Смесь перемешивают в течение 5 минут и затем используют для заливки подготовленных (очищенных и обезжиренных растворителем) изделий и контрольного образца для исследования свойств пеногерметика (плотности, теплостойкости и морозостойкости вулканизата). Испытания проводят через трое суток выдержки образцов при нормальной температуре.
Пеногерметик по примерам 2-5 готовят аналогичным образом.
Изобретение не ограничивается данными примерами.
Из представленных в таблице 2 данных видно, что предлагаемый состав теплостойкого пеногерметика обладает существенными преимуществами как по технологическим показателям - не содержит токсичных компонентов, имеет длительную жизнеспособность от 30 до 90 минут вместо 5-10 минут у прототипа, так и по эксплуатационным свойствам - обладает собственной адгезией к металлам и пластмассам, сохраняет эластичность в широком диапазоне температур от -100°С до +300°С по сравнению с прототипом, сохраняющим эластичность в диапазоне температур от -60°С до +250°С. Применение предлагаемого изобретения позволяет осуществлять надежную герметизацию и электроизоляцию различных приборных устройств, в том числе изделий, эксплуатирующихся как при высоких (до +300°С), так и при отрицательных температурах (до -100°С). Пеногерметик может использоваться также в качестве виброзвукоизоляционного материала в широком диапазоне температур.Высокие технологические свойства, нетоксичность, простота применения, не требующая специального крепления герметика к подложкам и использования высоких температур для вулканизации, существенно уменьшают трудоемкость и энергоемкость процесса герметизации приборов и обеспечивают его экологическую безопасность.
| Таблица 1 | ||||||
| Наименование компонентов | Состав по примерам, мас.ч. | Прототип | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Полидиметилметилфенилсилоксандиол | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | - |
| Оксид цинка | 80 | 60 | 40 | 50 | 60 | 40 |
| Олигометилгидридсилоксан | 4,8 | 3,0 | 2,5 | 3,2 | 3,5 | - |
| γ-аминопропилтриэтоксисилан | 0,3 | - | - | 0,2 | - | - |
| Диэтиламинометилтриэтоксисилан | - | - | 0,3 | - | - | - |
| Смесь γ-аминопропилтриэтоксисилана с β-аминоизопропилтриэтоксисиланом | - | 0,1 | - | - | - | - |
| 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилан | - | - | - | - | 0,16 | - |
| Полиорганоэлементосилазановая смола | 2,0 | 2,3 | 3,5 | 1,5 | 1,8 | - |
| Полидиметилсилоксандиол | - | - | 20 | 12 | 1,0 | - |
| Олигоэтилсилоксан | - | 1,0 | - | 4,0 | - | - |
| Олигометилсилоксан | - | - | 4,0 | - | 2,0 | - |
| Полидиметилсилоксановый каучук | - | - | - | - | - | 100 |
| Кремнийорганическая гидридсилоксановая жидкость ГКЖ-94 | - | - | - | - | - | 20 |
| Полиэтиленполиамин | - | - | - | - | - | 1,0 |
| Диэтилдикаприлат олова | - | - | - | - | - | 4,0 |
| Таблица 2 | ||||||
| Наименование свойств | Примеры по изобретению | Прототип | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Жизнеспособность, мин | 90 | 50 | 30 | 40 | 60 | 10 |
| Токсичность | нетоксичен | нетоксичен | нетоксичен | нетоксичен | нетоксичен | 1 класс опасности |
| Плотность, г/см3 | 0,7 | 0,65 | 0,48 | 0,50 | 0,64 | 0,5 |
| Эластичность после выдержки в течение 50 ч при 300°С | сохранил эластичность | сохранил эластичность | сохранил эластичность | сохранил эластичность | сохранил эластичность | хрупкий |
| Эластичность после выдержки в течение 1 ч при -70°С | сохранил эластичность | сохранил эластичность | сохранил эластичность | сохранил эластичность | сохранил эластичность | твердый стеклоподобный |
| Адгезия к алюминиевому сплаву Д-16 | хорошая | хорошая | хорошая | хорошая | хорошая | отсутствует |
| Адгезия к стеклопластику ЭДТ-10П | хорошая | хорошая | хорошая | хорошая | хорошая | отсутствует |
| Температура вулканизации | комнатная | комнатная | комнатная | комнатная | комнатная | комнатная |
1. Теплостойкий пеногерметик, включающий полиорганосилоксановый каучук, оксид цинка, олигогидридсилоксан, аминосоединение и катализатор вулканизации, отличающийся тем, что в качестве полиорганосилоксанового каучука он содержит полидиметилметилфенилсилоксандиол, в качестве олигогидридсилоксана - олигометилгидридсилоксан, в качестве аминосоединения - аминосилан, а в качестве катализатора - полиорганоэлементосилазановую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Полидиметилметилфенилсилоксандиол | 100 |
| Оксид цинка | 40-80 |
| Олигометилгидридсилоксан | 2,5-4,8 |
| Аминосилан | 0,1-0,3 |
| Полиорганоэлементосилазановая смола | 1,5-3,5 |
2. Теплостойкий пеногерметик по п.1, отличающийся тем, что в качестве аминосилана он содержит аминосилан, выбранный из группы, включающей γ-аминопропилтриэтоксисилан или его смесь с β-аминоизопропилтриэтоксисиланом, диэтиламинометилтриэтоксисилан или 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилан.
3. Теплостойкий пеногерметик по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полидиметилсилоксандиол в количестве 1-20 мас.ч.
4. Теплостойкий пеногерметик по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олигоалкилсилоксан в количестве 1-4 мас.ч.
5. Теплостойкий пеногерметик по п.4, отличающийся тем, что в качестве олигоалкилсилоксана он содержит олигометилсилоксан или олигоэтилсилоксан.
