Жидкий отвердитель для полиуретановых систем

Изобретение относится к получению жидкого отвердителя, предназначенного для отверждения форполимеров с концевыми изоцианатными группами для полиуретановых композиций различного назначения, в частности для получения по литьевой технологии крупногабаритных изделий и изделий сложного профиля, эксплуатируемых при больших нагрузках и в режиме циклического нагружения при высокой степени деформирования. Жидкий отвердитель включает следующее содержание компонентов, в мас.%: 40-59 ароматического диамина 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана и 41-60 пластификатора. В качестве пластификатора используют смесь ди-(2-этилгексил)фталата и трибутилфосфата в массовом соотношении 0,5-0,7:0,3-0,5. Изобретение позволяет повысить жизнеспособность реакционной массы, снизить модуль растяжения полиуретановых эластомеров при одновременном улучшении прочностных и деформационных характеристик, а также повысить устойчивость полиуретанов к циклическому нагружению при высоком уровне деформации. 4 табл.

 

Изобретение относится к рецептурам жидких отвердителей, предназначенных для отверждения форполимеров с концевыми изоцианатными группами полиуретановых композиций различного назначения, в частности для получения по литьевой технологии крупногабаритных изделий и изделий сложного профиля, эксплуатируемых при больших нагрузках и в режиме циклического нагружения при высокой степени деформирования (мембраны и диафрагмы, подушки для штамповки эластичной средой и т.д.).

Широко используемый в качестве отвердителя форполимеров с концевыми изоцианатными группами ароматический диамин 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан (торговое наименование Диамет X) обеспечивает высокий уровень свойств полиуретановых эластомеров. [Райт П., Кимминг А. Полиуретановые эластомеры. - Ленинград: Химия, 1973 г.]. Однако он представляет собой кристаллическое вещество с высокой температурой плавления (105°С), что создает трудности при его переработке. Пары Диамета Х при температуре выше 100°С над расплавом имеют высокую токсичность. Для перевода Диамета Х в жидкое состояние при температуре ниже 100°С могут быть использованы полиэфиры, низкомолекулярные диолы, пластификаторы.

Известен жидкий отвердитель для форполимеров с концевыми изоцианатными группами, включающий ароматический диамин 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан и нелетучий растворитель политетраметилен-оксиддиол с молекулярной массой 1000 при следующем соотношении компонентов (мас.ч.):

3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан50-97,4
Политетраметиленоксиддиол2,6-50

[Патент US 3718624, С 08 G 22/14, 28.02.73]. Недостатком жидкого отвердителя данного состава является то, что полиуретановые изделия с его содержанием, эксплуатирующиеся в режиме циклического нагружения при значительной деформации, имеют невысокий ресурс - количество циклов нагружения до разрушения материала. Кроме того, такой отвердитель плохо смешивается с форполимерами на основе неполярных олигодиендиолов, что ограничивает возможности его применения.

Известен жидкий отвердитель для полиуретановых систем, включающий, мас.%:

3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан38-42
Смесь полиэтиленгликольадипината с
Полиокситетраметиленгликолем58-62

[Патент RU 2043369, С 08 G 18/32. Жидкий отвердитель для полиуретановых систем, опубл. 10.09.95]. Данный отвердитель обеспечивает возможность получения полиуретановых эластомеров с высокими прочностными свойствами. Однако из-за наличия в нелетучем растворителе более 40% сложного полиэфира - полиэтиленгликольадипината, температура стеклования которого ниже 40°С, получаемые полиуретаны заведомо будут иметь невысокую морозостойкость. Кроме того, как и вышеописанный жидкий отвердитель, он не смешивается с форполимерами олигодиендиолов, что также ограничивает возможности его практического применения.

Известен жидкий отвердитель, используемый для синтеза полиуретановых эластомеров, в состав которого входит ароматический диамин 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан и дибутилфталат в качестве его растворителя и пластификатора полиуретанового материала при их молярном соотношении, равном (0,25-0,85):1 соответственно. [Авт.свид. SU 1500654, С 08 L 75/08. Способ получения литьевых уретановых эластомеров, 19.08.86]. Однако данный пластификатор обладает заметной летучестью, что резко ограничивает возможности его применения в изделиях, эксплуатирующихся на открытом воздухе при положительных температурах. Испарение пластификатора приводит к нестабильности и неоднородности свойств материала по толщине изделия.

Известно также использование в качестве жидкого отвердителя форполимера с концевыми NCO-группами раствора Диамета Х в диоктилсебацинате или раствора данного ароматического диамина в трибутилфосфате (ТБФ). [Терешатов В.В., Терешатова Э.Н., Бегишев В.П. Формирование сетчатой структуры и свойств сегментированной полибутадиенуретанмочевины в присутствии химически инертных акцепторов протонов // Высокомол. соединения. А.1994. Т.36, №12. с.1988-1994]. Однако реакционная масса, содержащая раствор Диамета Х в диоктилсебацинате (ДОС), имеет низкую жизнеспособность, а полиуретан имеет повышенный модуль растяжения, что отрицательно сказывается на работоспособности изделий, подвергающихся большим деформациям. (Под жизнеспособностью понимается время достижения динамической вязкости реакционной массы 300 Па·с, выше которой она становится непригодной для получения бездефектных изделий сложной конфигурации и больших габаритов по литьевой технологии, используемой для производства таких изделий). Полиуретановые композиции, при получении которых используется раствор Диамета Х в трибутилфосфате, имеют низкую прочность, поскольку этот пластификатор отрицательно влияет на микрофазовое разделение в материале.

Наиболее близким к заявляемому составу по технической сущности является жидкий отвердитель для полиуретановых систем (взятый за прототип), включающий, мас.%:

3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан40-60
Ди-(2-этилгексилфталат)40-60

[Терешатов В.В., Макарова М.А., Терешатова Э.Н. Аномалии термического и механического поведения пластифицированных полиуретанмочевин // Высокомол. соединения. А., 2004. Т.46. №12. с.2019-2027].

Основными недостатками данного жидкого отвердителя, как и раствора Диамета Х в ДОС, является пониженная жизнеспособность содержащей его реакционной массы, повышенный модуль растяжения при имеющемся уровне прочности полиуретановых эластомеров, полученных с использованием этого жидкого отвердителя, невысокая их работоспособность в условиях циклического нагружения при больших деформациях.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение жизнеспособности реакционной массы, повышение прочности при снижении модуля растяжения полиуретановых эластомеров, повышение устойчивости полиуретанов к циклическому нагружению при высоком уровне деформации.

Поставленная задача решается за счет того, что жидкий отвердитель, включающий ароматический диамин 3,3'-дихлор-4,4'диаминодифенил-метан и пластификатор, содержит в качестве пластификатора смесь ди(2-этилгексил)фталата и трибутилфосфата в массовом соотношении (0,5-0,7):(0,3-0,5) соответственно при следующем содержании компонентов жидкого отвердителя, мас.%:

Ароматический диамин 3,3'-дихлор-4,4'диаминодифенилметан40-59
Смесь ди(2-этилгексил)фталата и трибутилфосфата при их
массовом соотношении (0,5-0,7):(0,3-0,5) соответственно41-60

В составе жидкого отвердителя используется ароматический диамин 3,3'-дихлор-4,4'диаминодифенил-метан (Диамет X) (ТУ 6-14-980-84), ди-(2-этилгексил)фталат (ГОСТ 8728-88) и трибутилфосфат (ТУ 6-02-733-84).

Технический эффект достигается за счет того, что жидкий отвердитель содержит бинарный пластификатор, компоненты которого - трибутилфосфат и ди-(2-этилгексил)фталат оказывают разное влияние на формирование структуры полиуретана. Ди-(2-этилгексил)фталат не оказывает существенного влияния на микрофазовое разделение гибких и жестких блоков или является "осадителем" жестких блоков в полиуретане в зависимости от химического строения форполимера, используемого для получения материала. В присутствии ТБФ - сильного акцептора протонов - наоборот, повышается растворимость жестких блоков в гибкой фазе микрогетерогенных полиуретанов, значительно повышается гибкость полимерных цепей и возможность их ориентации при растяжении эластомера. При заявленных соотношениях компонентов бинарного пластификатора структура материала становится оптимальной для решения поставленной задачи.

Заявляемые пределы соотношений между 3,3'-дихлор-4,4'диамино-дифенилметаном и бинарным пластификатором и соотношения между его компонентами трибутилфосфатом и ди-(2-этилгексил)фталатом определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения формирования структуры полиуретановой системы, обеспечивающей достижение требуемых технологических характеристик и комплекса физико-механических показателей полиуретанового материала.

Технический эффект, достигнутый в результате использования предложенного жидкого отвердителя, не является очевидным, так как анализ известных решений не дает основания утверждать, что влияние компонентов бинарного пластификатора на свойства полиуретановых композиций должно быть аддитивным. При пластификации полиуретана одним ТБФ падает как модуль растяжения, так и прочность материала. Нельзя заранее предсказать эффект синергизма в действии компонентов смеси ТБФ с ди-(2-этилгексил)фталатом на прочностные свойства материала, да еще и при снижении модуля растяжения полиуретана. Нельзя заранее предсказать и то, что применение вместо индивидуальных пластификаторов их смеси приведет к значительному повышению устойчивости полиуретана к циклическому нагружению.

Повышение прочности материала при снижении его модуля является важным для работоспособности полиуретановых изделий, подвергающихся большим деформациям при их эксплуатации. При одной и той же степени деформирования полиуретан с меньшим модулем растяжения будет испытывать меньшую механическую нагрузку при большей прочности материала.

В результате создания более оптимальной структуры полиуретана, улучшения его прочностных и деформационных свойств и снижения модуля при растяжении повышается работоспособность материала в условиях циклического нагружения.

Осуществимость предлагаемого решения и оптимальность заявленных пределов соотношений между составляющими компонетами подтверждаются нижеприведенными экспериментальными данными. Результаты экспериментов обобщены в табл. 1-4.

Методика получения заявляемого жидкого отвердителя и приготовления полиуретановой композиции.

Для получения заявляемого жидкого отвердителя порошок Диамета Х вводят в смесь ди-(2-этилгексил)фталата и трибутилфосфата и перемешивают при температуре 90°С до его полного растворения.

Для приготовления полиуретановой композиции в реактор вводят навеску форполимера и при перемешивании под вакуумом нагревают до температуры 55°С в течение 30 минут (остаточное давление в реакторе не более 1 кПа). После вакуумирования форполимера в реактор вводят навеску жидкого отвердителя, охлажденного до температуры 55°С. Затем смесь отвердителя и форполимера перемешивают под вакуумом при температуре 55°С в течение 5 минут. Полученную реакционную массу заливают в металлические формы и термостатируют при температуре 80°С в течение 3-х суток. После этого образцы охлаждают до комнатной температуры и вынимают из формы. Механические испытания образцов поводят по ГОСТ 270-75.

Использование предлагаемого жидкого отвердителя предусматривает возможность введения различных добавок в полиуретановую композицию (пигментов, наполнителей и др.).

Пример 1. По описанной методике получали жидкий отвердитель и смешивали его с форполимером СКУ-ПФЛ-100 на основе олиготетраметиленоксиддиола с молекулярной массой 1000 и 2,4-толуилендиизоцианата. Соотношение NCO-групп форполимера и NH2 групп отвердителя составляло 1,03. В соответствии с методикой приготавливали реакционную массу и испытывали полученные из нее образцы.

В табл.1 представлены составы жидкого отвердителя, а в табл.2 - сравнительные характеристики реакционной массы и полиуретановых эластомеров, полученных с использованием форполимера СКУ-ПФЛ-100 с жидким отвердителем составов, приведенных в табл.1.

Пример 2. По описанной методике получали жидкий отвердитель и смешивали его с форполимером СКУ-ДФ-2 с неполярными гибкими цепями на основе олигобутадиендиола с молекулярной массой 2000 и 2,4-толуилендиизоцианата. Условия приготовления реакционной массы и ее отверждения те же, что и в примере 1.

В табл.3 приведены составы используемого жидкого отвердителя, а в табл.4 - свойства полиуретановых композиций с данным отвердителем.

Как следует из данных табл. 1 и 2, полиуретановая композиция на основе СКУ-ПФЛ-100 и жидкого отвердителя по изобретению (составы 3-5, 7-9) превосходит известную на основе взятого за прототип жидкого отвердителя по показателям жизнеспособности реакционной массы, по величине истинной прочности при одновременном снижении модуля растяжения и по устойчивости материала к циклическому нагружению.

Из табл.3 и 4 также видно, что при использовании вместо жидкого отвердителя по прототипу, содержащего только ди-(2-этилгексил)фталат в качестве растворителя ароматического диамина жидкого отвердителя по изобретению (составы 2, 3 и 4) для отверждения форполимера СКУ-ДФ-2 также повышается жизнеспособность полиуретановой композиции, истинная прочность при снижении модуля растяжения, повышается критическая деформация при разрыве и возрастает устойчивость материала к циклическому нагружению.

Из таблиц видно, что высокие механические показатели материала при повышении жизнеспособности реакционной массы наблюдаются при массовом соотношении ди-(2-этилгексил)фталата и трибутилфосфата в заявляемых пределах (составы 3-5, 7-9 в табл.1 и 2-4 в табл.2).

Композиции с количественными значениями содержания реагентов, выходящих за пределы настоящего изобретения, обладают худшими характеристиками по сравнению с заявляемыми образцами.

Образцы с низким содержанием ТБФ в бинарном пластификаторе-растворителе Диамета Х мало отличаются по прочности и циклической устойчивости от образца с одним ди-(2-этилгексил)фталатом (состав 2, табл.1 и 2).

Образцы с большим содержанием ТБФ имеют низкую прочность и циклическую устойчивость (состав 5, табл.3 и 4).

Жизнеспособность реакционной массы с заявляемым жидким отвердителем оценивали по результатам исследования ее реологических характеристик при температуре смешения и заливки в формы на приборе "Реотест-2" с узлом конус-плита при скорости сдвига 180 с-1.

Механические характеристики определяли по ГОСТ 270-75.

Для характеристики прочности материала использовали величину истинной или действительной прочности эластомера fp - максимальное напряжение при растяжении, рассчитанное на действительное сечение образца:

где σк - условная прочность материала, определяемая по ГОСТ 270-75;

εк - относительная деформация при разрыве образца (для полиуретанов она равна относительной деформации при максимальном напряжении).

Предлагаемый жидкий отвердитель, как доказано примерами, может быть использован для получения полиуретанов на основе форполимеров олигоэфирдиолов и полиуретанов с высокой морозостойкостью на основе форполимеров олигодиендиолов.

Предлагаемый жидкий отвердитель позволяет обеспечить получение полиуретановых эластомеров с улучшенным комплексом физико-механических свойств при повышении жизнеспособности реакционной массы, что расширяет ассортимент изготавливаемых изделий с повышенной работоспособностью при механическом воздействии, особенно в условиях циклического нагружения.

Таблица 1
Компоненты отвердителяСодержание компонента в составе жидкого отвердителя, мас.%
1(прототип)Примеры конкретного выполнения
2345678910
Ароматический диамин 3,3'-дихлор-4,4'диаминодифенилметан50,05050,050,050,059,059,059,059,059,0
Ди(2-этилгексил)фталат50,04035,030,02541,028,724,621,012,3
Трибутилфосфат-1015,020,025-12,316,420,028,7
Массовое соотношение ди(2-этилгексил)фталата и трибутилфосфата соответственно

Таблица 2
Характеристики полиуретана на основе СКУ-ПФЛ-100 и реакционной массыСоставы из табл.1, по примерам
1 (прототип)2345678910
Жизнеспособность реакционной массы при 55±1°С, мин20283441481627323849
Условная прочность при растяжении, σр, МПа33,233,034,036,533,339,644,541,638,533,5
Истинная прочность при растяжении, fp, МПа246244255288260261325312285245
Относительная деформация при разрыве εр, %640640650690680570630650640630
Условный модуль E100 при деформации 100%, Мпа6,95,04,13,63,111,99,59,18,88,4
Остаточная деформация, %6543443334
Температура стеклования полимера, Tg, °С-71-71-71-70-70-67-67-65-64-63

Продолжение табл.2
12345678910
Количество циклов

до разрушения при уровне

деформации 200% и частоте

нагружения 5 с-1, шт
850090009900280017007200100001030094007900

Таблица 3
Компоненты отвердителяСодержание компонента в составе жидкого отвердителя, мас.%
Примеры конкретного выполнения
12345
Ароматический диамин 3,3'-дихлор-4,4'диаминодифенилметан4040404040
Ди(2-этилгексил)фталат6042363018
Трибутилфосфат-18243042
Массовое соотношение ди(2-этилгексил)фталата и трибутилфосфата соответственно

Таблица 4
Характеристики полиуретана на основе СКУ-ДФ-2 и реакционной массыСоставы из табл.3, по примерам
12345
Жизнеспособность реакционной массы при 55±1°С, мин1019232833
Условная прочность при растяжении σр, МПа17,821,419,517,611,2
Истинная прочность при растяжении, fp, МПа13418417415197
Относительная деформация при разрыве εp, %650760790760770
Остаточная деформация, %1078811
Условный модуль E100 при деформации 100%, Мпа6,14,64,33,83,1
Температура стеклования полимера, Тg, °C-82-82-82-81-81

Продолжение табл.4
12345
Количество циклов до разрушения

при уровне деформации 200% и

частоте нагружения 5 c-1, шт
49006800730063004400

Жидкий отвердитель для полиуретановых систем, включающий ароматический диамин 3,3'-дихлор-4,4'диаминодифенилметан и пластификатор, отличающийся тем, что в качестве пластификатора он содержит смесь ди(2-этилгексил)фталата и трибутилфосфата в массовом соотношении (0,5-0,7):(0,3-0,5) соответственно при следующем содержании компонентов жидкого отвердителя, мас.%:

Ароматический диамин 3,3'-дихлор-4,4'диаминодифенилметан40-59
Смесь ди(2-этилгексил)фталата и трибутилфосфата при их
массовом соотношении (0,5-0,7):(0,3-0,5) соответственно41-60



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве теплоизоляционных плит. .

Изобретение относится к отверждающимся под действием влаги полиуретановым композициям, а именно к композициям, содержащим, по крайней мере, один полиуретановый форполимер А с изоцианатными группами, полученный из, по крайней мере, одного полиизоцианата, и, по крайней мере, одного полиола.
Изобретение относится к химии полимеров, а именно к полимерным композициям, включающим, по меньшей мере, один полиуретановый форполимер А с изоцианатными концевыми группами, полученный, по меньшей мере, из одного полиизоцианата, по меньшей мере, с одним полиолом А1 и, при необходимости, по меньшей мере, с одним полиолом А2, где А1 является линейным полиоксиалкиленполиолом со степенью ненасыщенности менее 0,04 м-экв/г; А2 является полиолом и присутствует в количестве 0-30 вес.%, предпочтительно 0-20 вес.%, в частности 0-10 вес.%, в расчете на общее количество А1+А2 и, по меньшей мере, один полиальдимин В.
Изобретение относится к полимерным композициям для изготовления пористого эластичного абразивного инструмента, предназначенного для обработки изделий сложного профиля.
Изобретение относится к полимеризующимся смесям, которые применяются для получения водоотталкивающих и антикоррозионных покрытий. .
Изобретение относится к вспененным полиуретановым формованным изделиям с уплотненной краевой зоной с заданной жесткостью и отчетливо выраженной более мягкой ячеистой сердцевиной.
Изобретение относится к области предохранения труб или фитингов от коррозии или от образования нежелательных отложений, а также к области многослойных покрытий металлического материала.

Изобретение относится к области получения полимерных конструкционных материалов из термореактивных композиций на основе полиизоциануратов. .
Изобретение относится к способам получения полиизоцианатов, применяемых для получения различных полимерных материалов, а также к композициям на основе полиизоцианатов.
Изобретение относится к химии полимеров, а именно к полимерным композициям, включающим, по меньшей мере, один полиуретановый форполимер А с изоцианатными концевыми группами, полученный, по меньшей мере, из одного полиизоцианата, по меньшей мере, с одним полиолом А1 и, при необходимости, по меньшей мере, с одним полиолом А2, где А1 является линейным полиоксиалкиленполиолом со степенью ненасыщенности менее 0,04 м-экв/г; А2 является полиолом и присутствует в количестве 0-30 вес.%, предпочтительно 0-20 вес.%, в частности 0-10 вес.%, в расчете на общее количество А1+А2 и, по меньшей мере, один полиальдимин В.
Изобретение относится к химии полимеров, а именно к способу получения форполимера для использования в распределительном устройстве для однокомпонентного вспененного материала путем полимеризации смеси, содержащей (А) изоцианатный компонент; (В) полиольный компонент, содержащий один или несколько полиолов для обеспечения жесткости вспененного материала; и (С) компонент с низкой вязкостью, который не обладает реакционной способностью по отношению к изоцианатным и гидроксильным группам.

Изобретение относится к получению жестких пенополиуретанов, служащих в качестве теплоизолирующих покрытий. .
Изобретение относится к использованию полиизоцианатных композиций, пригодных в качестве связующего при получении композитных лигноцеллюлозных материалов, в особенности композитов, содержащих волокна лигноцеллюлозы, таких как ориентированная древесностружечная плита.
Изобретение относится к химии полимеров, а именно к полиуретанполиольным композициям, включающим продукт взаимодействия полиизоцианата, полиола и спирта Гербета, содержащего, по меньшей мере, 12 атомов углерода, или смеси спиртов Гербета, в среднем содержащих, по меньшей мере, 12 атомов углерода.
Изобретение относится к рецептурам полиуретановых эластомеров, предназначенных для изготовления мягких полиуретановых материалов с твердостью порядка 45-55 условных единиц по Шору А.

Изобретение относится к составам полиуретановых эластомеров, предназначенных для изготовления полиуретановых изделий. .

Изобретение относится к композиции для покрытия, включающей не менее одного соединения с изоцианатными функциональными группами, содержащего не менее двух изоцианатных групп, не менее одного соединения, реакционно-способного по отношению к изоцианату, содержащего не менее двух групп, реакционно-способных по отношению к изоцианату, которые выбираются из меркаптогрупп, гидроксильных групп или комбинаций этих групп, и сокатализатор, состоящий из фосфина и акцептора Михаэля, причём количество катализатора составляет от 0,05 до 20 мас.

Изобретение относится к новым ассоциативным амфифильным катионным полимерам формулы (I), способным растворяться или диспергироваться в воде, способу их получения, к их использованию в композициях для местного применения, в частности для косметического или терапевтического использования в качестве загустителя, а также к композициям, содержащим указанные полимеры.

Изобретение относится к химии полиуретанов, а именно к усовершенствованным составам спандекса, являющегося продуктом реакции, по меньшей мере, одного полимерного гликоля и, по меньшей мере, одного полиола, имеющего алкоксилированную ароматическую функциональную группу с, по меньшей мере, одним органическим диизоцианатом с последующей полимеризацией полученного защищенного гликоля, по меньшей мере, с одним диамином

Изобретение относится к получению жидкого отвердителя, предназначенного для отверждения форполимеров с концевыми изоцианатными группами для полиуретановых композиций различного назначения, в частности для получения по литьевой технологии крупногабаритных изделий и изделий сложного профиля, эксплуатируемых при больших нагрузках и в режиме циклического нагружения при высокой степени деформирования

Наверх