Композиция для полимерного материала с заданным модулем упругости

Изобретение относится к способу получения окрашенных монолитных конструкционных материалов на основе полиизоциануратов. Описывается композиция для получения полимерного материала с заданным модулем упругости, включающая 100 мас.ч. полипропиленгликоля с молекулярной массой 2200, 21,5-117,5 мас.ч. ароматического диизоцианата и 3,2-6,0 мас.ч. красителя Судана синего Г в качестве катализатора. Материал, получаемый на основе заявляемой композиции, обладает модулем упругости на уровне 1505 МПа, что позволяет использовать его в обувной и шинной промышленностях. 1 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Композиция полиизоциануратная для получения окрашенного полимерного материала с заданным модулем упругости.

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

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при получении окрашенных композиционных материалов в блоке, обладающих упругими свойствами, применяемых в шинной и обувной промышленности, при конструировании полимерных изделий из резины и пластмассы без применения сварки, склейки и других подобных операций, с плавным переходом между ними и сохранении при этом упругих свойств. Полученные материалы предназначены для изготовления различных по форме окрашенных изделий. Они могут быть использованы в производстве различных валиков и шестеренок, в обувной промышленности для создания комфортной обуви, в которой растягивающие нагрузки воспринимает резиноподобная часть градиентного материала, а сжимающие - пластиковая, т.е. жесткая часть. Градиентные полимерные материалы могут работать как амортизаторы, мембраны, прокладки, могут найти применение в радиопромышленности, приборостроении, заменив существующие опоры различной конструкции.

Известна композиция (Авторское свидетельство №1558941 (1990), опубл. БИ №15, 1990 г., «Композиция полиизоциануратов», авторы: Аскадский А.А, Панкратов В.А., Френкель Ц.М. и др.), выбранная в качестве аналога, включающая кремнийорганический карбофункциональный диизоцианат и катализатор - третичный амин в сочетании с сокатализатором - альфа-окисью при следующих соотношениях компонентов, в мас.ч.:

кремнийорганический карбофункциональный диизоцианат	100
третичный амин	0,1-0,2
альфа-окись	1,0-1,5

Материалы, полученные на основе этой композиции методом блочной термической полимеризации, обладают модулем упругости от 75 до 1700 МПа. Регулирование модуля упругости в этих композициях достигается путем изменения молекулярного веса кремнийорганического диизоцианата, получаемого из мономерных продуктов при многоступенчатом синтезе, включающем в себя обязательные обработки промежуточных и конечных продуктов различными методами. При комнатной температуре эти материалы находятся в стеклообразном состоянии.

Однако данная композиция обладает следующими недостатками.

Термодинамическая несовместимость кремнийорганического карбофункционального диизоцианата с ароматическими диизоцианатами приводит к фазовому расслоению композиции в процессе полимеризации, что обуславливает невозможность получения упругих низкомодульных полимеров (с модулем упругости менее 75 МПа) и с непрерывным градиентом модуля упругости по одному из линейных размеров.

Известна композиция (Патент №2061708 (1993 г.). Опубл. Бюл. Изоб. №16 от 10.06.96 г. «Композиция полиизоциануратов для полимерного материала с заданным модулем упругости», авторы: Аскадский А.А, Панкратов В.А, Шворак В.А, Бычко К.А. и др.), выбранная в качестве прототипа, включающая низкомолекулярный каучук с молекулярной массой (ММ) от 1000 до 2500, ароматический диизоцианат, катализатор третичный амин в сочетании с сокатализатором альфа-оксидным соединением при следующем соотношении компонентов в мас.ч.:

п.1. ароматический диизоцианат	100
низкомолекулярный каучук	17-517
катализатор отверждения	0,05-0,3
сокатализатор	0,5-6

Дополнительно по п.1 композиция может содержать волокнистый и/или порошкообразный минеральный наполнитель при следующем соотношении компонентов (мас.ч.):

ароматический диизоцианат	100
низкомолекулярный каучук	17-517
катализатор отверждения	0,05-0,3
сокатализатор	0,5-6
наполнитель	1,3-10,0

Материалы на основе этой композиции обладают модулем упругости от 3 МПа до 186-2500 МПа.

Композиция-прототип обладает следующими недостатками.

В качестве катализатора отверждения используется комплексный аминный катализатор, который требует дополнительного времени на его приготовление, что не технологично ввиду лишней стадии в технологии получения градиентных полимерных материалов. Кроме того, катализатор необходимо сразу вводить в композицию после его приготовления. Композиция по прототипу была прозрачной и не могла быть окрашена.

Задачей данного изобретения является получение более технологичным путем окрашенного в синий цвет на основе заявленной композиции полимерного материала, в котором значения модуля упругости можно направленно изменять по длине образца в диапазоне от 7,0 до 1500 МПа.

Поставленная задача решается тем, что композиция содержит ароматический диизоцианат, низкомолекулярный каучук полипропиленгликоль (ППГ), катализатор судан синий Г при следующем соотношении компонентов (мас.ч.)

полипропиленгликоль	100
ароматический диизоцианат	21,5-117,5
судан синий Г	3,2-6

В качестве низкомолекулярного каучука с концевыми гидроксильными группами используют полипропиленгликоль с ММ 2200, гидроксильным числом 56,7 мг КОН/г, n₃₀=1,4500 и содержанием влаги не более 0,03%.

В качестве ароматического диизоцианата используют 2,4-толуилендиизоцианат (2,4-ТДИ).

В качестве катализатора отверждения, одновременно выполняющего роль красителя используют жирорастворимый синий краситель - судан синий Г, с содержанием основного вещества 99,5%.

Композицию для получения окрашенного градиентного материала, с непрерывным и плавно меняющимся модулем упругости в диапазоне от 3 до 2500 МПа, готовят следующим образом:

1) низкомолекулярный каучук с концевыми гидроксильными группами смешивают с 2,2 кратным мольным избытком ароматического диизоцианата и перемешивают в течение 2 часов при 70°С;

2) затем готовят композиции, так называемую «жесткую» и «эластичную», в которые при комнатной температуре вводит различные количества диизоцианата и катализатора отверждения;

3) композиции помещают в дозаторы, из дозаторов с различной скоростью подают композиции в смеситель, а затем в форму. При этом состав суммарной композиции плавно меняется по высоте от «жесткой», с избыточным содержанием диизоцианата до «эластичной», с избыточным содержанием низкомолекулярного полимера;

4) далее композицию в форме отверждают в течение 48 часов при комнатной температуре, с последующим термостатированием при 40, 60, 80, 100, 120, 140 и 160°С в течение пяти часов при каждой температуре. Кинетику отверждения оценивают методом ИК-спектроскопии по изменению оптической плотности полос 2280 см^-1, отвечающей валентным колебаниям связи C=N в изоцианатной группе. В качестве внутреннего стандарта используют полосу поглощения алкильных групп (2870 см^-1).

Примеры конкретных составов заявляемой композиции и свойства полученных материалов в сравнении с прототипом представлены в таблице.

Использование заявляемой композиции позволяет получить окрашенный упругий полимерный материал, модуль упругости которого по длине образца изменяется в пределах от 7,0 до 1500 МПа (прототип 186 МПа) с заданным градиентом и сохранением упругих свойств в диапазоне от -50 до+100°С.

На основе заявляемой композиции градиентный полимерный материал получают более технологичным путем за счет применения катализатора отверждения - судана синего Г, который не требует дополнительного времени на его приготовление и тем самым сокращает технология получения полимерного материала на одну стадию - стадию приготовления комплексного катализатора, при этом получают образцы, окрашенные в синий цвет.

Подобные материалы обладают высокими физико-механическими свойствами, такими как эластичность и упругость, что обуславливает возможность их применения в таких областях, как шинная, обувная промышленность и т.д.

Состав композиции (в масс.частях)	Модуль упругости,
№	ППГ	2,4-ТДИ	Kat	Сокатали-	Е МПа
				затор
1.	100	117,5	6	-	7,0
2.	100	67,5	4,5	-	287
3.	100	21,5	3,2	-	1505
4.	100	17,5	3,0	-	Образец находится в
					вязкоупругом
					состоянии (свойства
					упругости не
					обнаружены)
5.	100	167,5	7,5	-	Монолитный образец
					не образуется,
					происходит
					растрескивание.
6.	Сополимер	Изомеры	N,N-	Эпоксидная	Модуль упругости
	тетрогидро-	2,4/2,6-	диметил	смола	композиции по
	фурана с	ТДИ	бензил-		прототипу, Е МПа
	окисью про-		амин
	пилена с
	ММ 1700
102	100	0,2	5	186

Примеры 4, 5 имеют состав за пределами заявляемых соотношений, 6 - композиция по прототипу.

Композиция для полимерного материала с заданным модулем упругости, включающая ароматический диизоцианат, низкомолекулярный каучук и катализатор отверждения, отличающаяся тем, что в качестве низкомолекулярного каучука используют полипропиленгликоль с молекулярной массой 2200, а в качестве катализатора отверждения - жирорастворимый краситель-судан синий Г при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полипропиленгликоль	100
Ароматический диизоцианат	21,5-117,5
Судан синий Г	3,2-6.