Полиуретановая композиция
Владельцы патента RU 2427599:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" (RU)
Изобретение относится к области получения быстроотверждающихся полиуретановых композиций, используемых в качестве различных защитных покрытий, клеев, герметиков, напольных покрытий и т.д. Полиуретановая композиция содержит уретановый форполимер - продукт взаимодействия 1,0 моль полиэтиленбутиленгликольадипината с молекулярной массой 2000 и 2,2-2,3 молей смеси 2,4-толуилендиизоцианата и 2,6-толуилендиизоцианата при соотношении 80:20, отвердитель на основе 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана и низкомолекулярных полиэфиров с молекулярной массой 400-1000 при массовом соотношении 35:65, а также катализатор оксипропилированный этилендиамин и краситель. Технический результат - улучшение технологических и эксплуатационных характеристик, а именно повышение жизнеспособности композиции, прочности адгезии, придание композиции необходимой степени вязкости. 4 табл.
Изобретение относится к области получения быстроотверждающихся полиуретановых композиций, используемых в качестве защитных покрытий, клеев, герметиков, напольных покрытий и т.д.
Актуальным является создание новых герметизирующих составов с повышенными эксплуатационными свойствами и увеличенным сроком службы.
Известна полиуретановая композиция, включающая полифуритный уретановый форполимер СКУ-ПФЛ-100, адгезионную добавку - глицидилметакрилат, наполнитель - аэросил, пластификатор - ди-(2-этилгексил)фталат, жидкий отвердитель на основе 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана и полиокситетраметиленгликоля с молекулярной массой 1000 в мольном соотношении 0,95:0,1 (RU №2339664, C08L 75/04, C09D 175/04, C08K 3/36, 2008.11.27).
Известная композиция обладает недостаточной эластичностью.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому является композиция для получения мягких полиуретановых материалов, включающая форполимер с концевыми изоцианатными группами на основе 2,4-толуилендиизоцианата и гидроксилсодержащего соединения, а также жидкий отвердитель на основе ароматического диамина 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана и растворителя полиэтиленгликольадипината с молекулярной массой 800, в качестве гидроксилсодержащего соединения содержит олигоэфир-полиэтиленбутиленгликольадипинат с молекулярной массой 2000 (П-6БА), а в качестве растворителя жидкого отвердителя - смесь олигоэфиров-полиэтиленгликольадипината с молекулярной массой 800 (ПДА-800) и полиэтиленбутиленгликольадипината с молекулярной массой 2000 (RU 2275400, C08L 75/06, C08G 18/34, C08G 18/32, C08G 18/65, 2006.04.27).
Однако данная композиция обладает не достаточно высокими прочностными и адгезионными характеристиками, а также низкой жизнеспособностью.
Задачей изобретения является создание полиуретановой композиции с улучшенными технологическими и эксплуатационными характеристиками, расширяющими ассортимент композиций данного назначения.
Технический результат заключается в улучшении технологических и эксплуатационных характеристик (повышение жизнеспособности композиции, прочности и адгезии, придание композиции необходимой степени вязкости).
Технический результат достигается тем, что полиуретановая композиция, характеризующаяся тем, что она содержит уретановый форполимер - продукт взаимодействия 1,0 моль полиэтиленбутиленгликольадипината с молекулярной массой 2000 и 2,2-2,3 молей смеси 2,4-толуилендиизоцианата и 2,6-толуилендиизоцианата при соотношении 80:20, отвердитель на основе ароматического амина 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана и низкомолекулярных полиэфиров с молекулярной массой 400-1000, при массовом соотношении 35:65, катализатор - оксипропилированный этилендиамин при следующем соотношении компонентов в мас.ч.:
| Уретановый форполимер | 100 |
| Отвердитель | 19,4-30,5 |
| Катализатор | 1,0-5,0 |
| Краситель | 0,1-7,0 |
Изготовление полиуретановой композиции осуществляли следующим образом:
вначале получали уретановый форполимер. Для этого расчетное количество (ν1 моль) полиэтиленбутиленгликольадипината с молекулярной массой 2000 вакуумировали при температуре 100-110°С до исчезновения пузырей. Затем при охлаждении до температуры 60-70°С добавляли расчетное количество (ν2 моль) смеси 2,4-толуилендиизоцианата и 2,6-толуилендиизоцианата при соотношении 80:20 (см. таблица 1). Реакцию проводили в течение 3 часов при температуре 60-70°С при постоянном вакуумировании.
Отвердитель получали растворением ароматического диамина в низкомолекулярных полиэфирах, таких как полипропиленгликоль с молекулярной массой 400, или полипропиленгликоль с молекулярной массой 1000, или полидиэтиленгликольадипинат с молекулярной массой 800, при нагревании до 45°С и постоянном перемешивании (см. таблица 2), после полного растворения в смесь добавляли расчетное количество катализатора и красителя.
Полученный уретановый форполимер смешивали с отвердителем и интенсивно перемешивали в течение 5 минут. Полученную таким образом смесь заливали в заранее приготовленные формы, обработанные антиадгезионной смазкой. Приготовленные композиции отверждали при комнатной температуре в течение 24 ч.
Примеры конкретного выполнения полиуретановых композиций и их эксплуатационные свойства приведены в таблицах 3 и 4.
Для получения полимерной композиции были использованы следующие вещества: полиэтиленбутиленгликольадипинат - ТУ 38.103582-85; смесь 2,4-толуилендиизоцианата и 2,6-толуилендиизоцианат марки Т-80 - ТУ 113-00-05761643-17-85; ароматический амин 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан ТУ 6-14-980-84; низкомолекулярные полиэфиры с молекулярной массой 400-1000, такие как - Voranol P-400 (ТУ 025322-69-4), Лапрол 1052 (ТУ 6-05-2035-87) и ПДА-800 (ТУ 38.103287-80); оксипропилированный этилендиамин марки Лапромол 294 (ТУ 2226-010-10488057-94); оксид хрома (ГОСТ 2912-79), оксид цинка (ТУ 2329-001-99273051-2007), оксид титана (ТУ 6-09-2166-77), технический углерод (ГОСТ 7885-86), белая сажа марки БС-324 (ГОСТ 18307-78).
Содержание изоцианатных групп синтезированных форполимеров определяли по ТУ 113-03-413-89, время высыхания композиции определяли по ГОСТ 19007-73, адгезию покрытия к металлической поверхности оценивали по ГОСТ 14760-69, твердость по Шору - по ГОСТ 263-75, физико-механические свойства полимерных пленок определяли при растяжении в соответствии с ГОСТ 11262-80, химическую стойкость - по ГОСТ 12020-72.
Получение уретанового форполимера при соотношении полиэфир: диизоцианат, равном 2,2-2,3:1, позволяет увеличить срок хранения от 3 до 12 месяцев.
| Таблица 2 | ||||
| Отвердитель (ОТ) | Название ароматического диамина | Содержание ароматического диамина, мас.% | Название ПЭ | содержание ПЭ, мас.% |
| 1 | 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан | 35 | Пполипропиленгликоль с молекулярной массой 400 | 65 |
| 2 | 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан | 35 | Полипропиленгликоль с молекулярной | 65 |
| массой 1000 | ||||
| 3 | 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан | 35 | Полидиэтиленгликоль-адипинат с молекулярной массой 800 | 65 |
| Таблица 3 | ||||||
| Компоненты композиции | Состав, мас.ч. | |||||
| Примеры конкретного выполнения | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Уретановый форполимер ФП1 Уретановый форполимер ФП2 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
| Отвердитель ОТ1 Отвердитель ОТ2 Отвердитель ОТ3 |
19,4 |
27,9 |
26,2 |
21,2 |
30,5 |
28,6 |
| Катализатор | 5 | 4 | 2 | 3 | 2 | 1 |
| Оксид хрома | - | 7 | ||||
| Технический углерод | 7 | |||||
| Цинковые белила | 7 | |||||
| Белая сажа марки БС-324 | 7 | |||||
| Пигментная паста | 0,1 | - |
| Таблица 4 | |||||||
| Свойства реакционных смесей и отвержденных составов | |||||||
| Показатели | Составы | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | прототип | |
| Жизнеспособность реакционных смесей, мин | 30 | 34 | 20 | 32 | 35 | 23 | - |
| Время отверждения, часы | 13 | 12 | 12 | 13 | 12 | 12 | 24 |
| Твердость по Шору А, усл.ед. | 57 | 62 | 71 | 67 | 68 | 74 | 45-62 |
| Предел прочности при растяжении, МПа | 22,1 | 35,3 | 25,5 | 23,7 | 24,2 | 22,6 | 20-31,2 |
| Относительное удлинение, % | 634 | 745 | 602 | 594 | 687 | 607 | 886-1100 |
| Предел прочности при отрыве (СТЗ), МПа | 3,98 | 4,66 | 5,22 | 2,45 | 3,23 | 4,05 | - |
| Тиксотропность | не стекает | не стекает | не стекает | не стекает | не стекает | не стекает | не стекает |
Из таблиц 1-4 следует, что замена 2,4- на смесь изомеров марки Т-80 вследствие их высокой реакционной способности позволяет ускорить процесс отверждения в 2 раза при сохранении прочности, твердости и незначительном ухудшении эластичности. Также использование толуилендиизоцианата марки Т-80 значительно удешевляет себестоимость полиуретановой композиции.
При соотношении ароматического диамина к полиэфиру, равном 35:65, наблюдается наибольшая жизнеспособность (срок хранения) отвердителя при максимально возможном содержании 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана в ароматическом диамине, при котором не происходит термодинамических изменений в нем, что дополнительно увеличивает прочность получаемых полиуретановых композиций.
Полиуретановая композиция, характеризующаяся тем, что она содержит уретановый форполимер - продукт взаимодействия 1,0 моль полиэтиленбутиленгликольадипината с молекулярной массой 2000 и 2,2-2,3 молей смеси 2,4 - толуилендиизоцианата и 2,6-толуилендиизоцианата при соотношении 80:20, отвердитель на основе ароматического амина 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана и низкомолекулярных полиэфиров с молекулярной массой 400-1000 при массовом соотношении 35:65, катализатор - оксипропилированный этилендиамин и краситель при следующем соотношение компонентов, мас.ч.:
| Уретановый форполимер | 100 |
| Отвердитель | 19,4-30,5 |
| Катализатор | 1,0-5,0 |
| Краситель | 0,1-7,0 |
