Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления



Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления
Латентный катализатор ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и способ его изготовления

Владельцы патента RU 2678991:

Закрытое акционерное общество "Институт Новых Углеродных Материалов и Технологий" (ЗАО "ИНУМиТ") (RU)

Изобретение описывает латентный катализатор для ускорения отверждения смеси фенолформальдегидных резольных или новолачных смол эпоксидными смолами, который представляет собой продукт реакции между сильной органической кислотой, выбранной из группы, включающей бензолсульфокислоту и пара-толуолсульфокислоту, и органическим амином, выбранным из группы, включающей м-фенилендиамин, п-фенилендиамин, п-диаминодифенилметан, п-диаминодифенилоксид. Также раскрывается способ изготовления латентного катализатора. Технический результат заключается в том, что латентный катализатор обеспечивает ускорение отверждения смеси фенолформальдегидных резольных или новолачных смол с эпоксидными смолами, а также повышенную прочность. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

 

Область техники.

Изобретение относится к латентным катализаторам ускорения отверждения смесей фенолформальдегидных и эпоксидных смол и может быть использовано для производства композиционных материалов методом прямого прессования или литья под давлением.

Уровень техники.

Для получения полимерных композиционных изделий, в частности, получаемых методами прессования или литья под давлением, материал должен удовлетворять следующим требованиям: быть порошкообразным или гранулированным материалом, в котором при нагревании существенно снижается вязкость связующего для придания изделию нужной формы, а также иметь высокую скорость отверждения для сокращения цикла производства композиционных изделий.

Связующие на основе фенольных смол различного типа широко применяются для получения полимерных композитов с заданным уровнем свойств и они многообразно представлены в уровне техники.

Для сокращения производственного цикла получения изделия из композиционных материалов на базе фенольных смол применяют катализаторы, в том числе, латентные. Под латентным катализатором в уровне техники понимается отвердитель, разлагающийся в соответствующих условиях переработки (например, при повышенной температуре) с выделением кислот, катализирующих реакцию отверждения.

Так, в патентах US 5243015 и US 5344909 раскрываются латентные катализаторы на базе сильных органических кислот и аминов различного строения. Данные катализаторы используются для ускорения отверждения резольных смол.

В заявке WO 2010094979 (ВАС2 LTD [GB]) раскрывается латентный катализатор на базе сильной кислоты и гидроксиламина. В качестве сильной кислоты он может содержать как органическую, так и неорганическую кислоты.

Данный латентный катализатор получают путем добавления к кислоте, гидроксиамина с необязательным растворителем. Отверждение преполимера осуществляют путем добавления полученного латентного катализатора к преполимеру и последующего нагрева. В заявке оговаривается, что количество гидроксиламина должно быть достаточным для того, чтобы латентный катализатор был способен к стабильному хранению.

Главным достоинством данного латентного ускорителя является низкая температура разложения (117°С) по сравнению с латентными катализаторами на основе обычных аминов, а также разложение гидроксиламина до азота и аммиака. Областью применения данного катализатора является отверждение фенолформальдегидных резольных смол, смеси фенолформальдегидных резольных и новолачных смол и других фенолформальдегидных смол.

Новолачные и фенольные смолы хороши для многих применений, однако, их механические показатели не являются высокими. Для улучшения механических показателей изделий, изготавливаемых из фенолформальдегидных резольных и новолачных смол, в них в качестве аддитивов добавляют эпоксидные смолы.

Для подобных систем латентные катализаторы, представленные в существующем уровне технике, имеют ограниченное применение.

Так, при использовании монофунциональных аминов (US 5243015, US 5344909) отверждение эпоксидной смолы в смеси происходит без образования трехмерной сшитой структуры, что отрицательно влияет на прочность композиции, а гидроксиламин (WO 2010094979) вообще не принимает участия в отверждении эпоксидной смолы.

Раскрытие сущности изобретения.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание латентного катализатора, который улучшает отверждение резольных и новолачных смол, содержащих добавки эпоксидных смол.

Данная техническая проблема устраняется латентным катализатором для ускорения отверждения смеси фенолформальдегидных резольных или новолачных смол с эпоксидными смолами, который представляет собой продукт реакции между сильной органической кислотой и органическим амином с общей формулой

где

В частных воплощениях изобретения техническая проблема решается латентным катализатором, который в качестве органической кислоты, содержит кислоту, выбранную из группы, включающей бензолсульфокислоту и пара-толуолсульфокислоту.

Латентный катализатор в качестве органического амина, может содержать амин, выбранный из группы, включающей м-фенилендиамин, п-фенилендиамин, п-диаминодифенилметан, п-диаминодифенилоксид.

Выявленная техническая проблема также устраняется посредством способа изготовления латентного катализатора для ускорения отверждения смеси фенолформальдегидных резольных или новолачных смол с эпоксидными смолами, который включает следующие стадии:

(а) изготовление раствора органической кислоты общей структурной формулы

где:

в приемлемом растворителе

(б) изготовление раствора органического амина общей структурной формулы

где:

в приемлемом растворителе

(в) проведение реакции между раствором органической кислоты в соответствии со стадией (а) и раствором органического растворителя в соответствии со стадией (б) с получением реакционного осадка

(г) отделение от реакционного осадка излишков жидкости с получением продукта реакции.

В частных воплощениях данного изобретения, техническая проблема устраняется способом, в котором после стадии (г) осуществляют промывку продукта реакции и его сушку.

В качестве сильной кислоты можно использовать кислоту, выбранную из группы, включающей бензолсульфокислоту и пара-толуолсульфокислоту.

В качестве органического амина предпочтительно использовать амин, выбранный из группы, включающей м-фенилендиамин, п-фенилендиамин, п-диаминодифенилметан, п-диаминодифенилоксид.

При этом на стадии (а) изготавливают 5-25% раствор сильной органической кислоты, а на стадии (б) изготавливают 5-25% раствор органического амина.

На стадиях (а) и (б) в качестве растворителя может быть использован, по меньшей мере, один растворитель, выбранный из группы, включающей ацетон, спирт этиловый, спирт метиловый, этилацетат

Осуществление изобретения.

Предлагаемый латентный катализатор представляет собой органическое соединение, по сути своей, являющееся органической солью сильной органической кислоты и органического амина общей формулы:

где:

Данное соединение образуется при смешении раствора сильной органической кислоты общей структурной формулы:

где:

и раствора органического амина общей структурной формулы:

где:

В качестве такой сильной кислоты может выступать бензолсульфокислота (K1) и пара-толуолсульфокислота (K2).

В качестве органического амина может быть использован м-фенилендиамин (А1), п-фенилендиамин (А2), п-диаминодифенилметан (A3), п-диаминодифенилоксид (А4).

При обычной (комнатной) температуре вышеописанное органическое соединение представляет собой стабильное вещество, не оказывающее влияние на процесс отверждения фенольных смол и их композиций с эпоксидными смолами. При нагревании выше 130°С происходит распад данного органического соединения с получением сильной органической кислоты и органического амина.

Распад соединения происходит согласно следующей схеме:

Органическая кислота вызывает ускорение распада уротропина, что вызывает ускорение отверждения фенолформальдегидной смолы новолачного типа. Также эффект ускорения отверждения присутствует для фенолформальдегидной смолы резольного типа.

При отверждении смесей фенолформальдегидной смолы новолачного или резольного типа в с эпоксидной смолой помимо вышеупомянутого ускорения отверждения фенолформальдегидной смолы в присутствии образующейся при разложении латентного ускорителя сильной органической кислоты происходит также отверждение эпоксидной смолы органическим амином, образующимся в результате разложения латентного ускорителя. Дополнительно сильная органическая кислота вызывает ускорение отверждения эпоксидной смолы фенолформальдегидной смолой, как новолачного, так и резольного типа. Такое дополнительное отверждение эпоксидной смолы амином и фенольной смолой в присутствии кислоты значительно увеличивает скорость отверждения всей композиции, увеличивает ударную прочность материала, снижает хрупкость, увеличивает стойкость к образованию трещин.

Изготавливают латентный катализатор путем осуществления реакции между сильной органической кислотой и органическим амином, для чего сначала осуществляют растворение этих компонентов в приемлемых растворителях.

Вид растворителя при реализации изобретения не так важен, могут быть использованы такие недорогие растворители как ацетон, спирт этиловый, спирт метиловый, этилацетат. Данный список не является исчерпывающим.

Концентрации растворов также не оказывают сильного влияния на проведение реакции, однако, использование 5-25% растворов обеспечивает равномерное смешение компонентов и образование мелкодисперсного осадка латентного катализатора. Количественное соотношение органической кислоты и органического амина рассчитывают в каждом конкретном случае с учетом вида кислоты и вида органического амина для прохождения реакции, обеспечивающей получение продукта с общей формулой

При использовании данного латентного катализатора для отверждения смесей новолачных или резольных смол с эпоксидной смолой, как уже указывалось, происходит дополнительное отверждение эпоксидной смолы.

Отверждение эпоксидной смолы под действием амина, выделяющегося при разложении латентного ускорителя, реализуется в соответствие со следующей схемой:

Общая методика получения латентно отверждаемых композиций для переработки методом прямого прессования или литья под давлением состоит в следующем:

Фенолформальдегидную смолу (новолачного или резольного типа) растворяют в ацетоне с получением раствора. Добавляют эпоксидную смолу и латентный ускоритель. После этого перемешивают до получения однородной массы. Полученным составом пропитывают требуемый армирующий наполнитель. Полученный материал сушат от растворителя и разрезают на заданную длину, после чего материал готов к переработке.

Допускается вносить латентный ускоритель на стадии его получения без промывки и сушки.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Готовили растворы органической кислоты и амина с заданной концентрацией. Количественные соотношения между реагирующей кислотой и амином определяли на основании их структурных формул. Концентрации растворов составляли 5-25%.

В качестве растворителя использовали ацетон.

В таблице 1 приведены используемые кислоты и амины, их концентрации в растворителе, а также соотношение кислоты и амина для образования заявленного продукта реакции.

После полного растворения органической кислоты и органического амина растворы сливали при интенсивном перемешивании. Выпадающий осадок отфильтровывали или центрифугировали, промывали ацетоном и сушили до постоянного веса.

Выход продукта составлял не менее 95%.

Для испытания полученного латентного катализатора изготавливали композиции на основе смеси резольной смолы марки СФ-341 с эпоксидной смолой марки ЭД-20 и смеси новолачной смолы СФ-0112 с добавками уротропина с эпоксидной смолой марки ЭД-20.

Фенольную смолу (резольную или новолачную) вместе с эпоксидной смолой растворяли в подходящем растворителе (например, ацетоне или спирте) и при постоянном перемешивании вносили латентный ускоритель в количестве от 1 до 4% от массы смол. Полученным раствором производят пропитку армирующего наполнителя (стеклянный ровинг марки ЕС-2400.), после чего материал сушили и разрезали на заданную длину (содержание стеклянного ровинга в материале после сушки составляет 65% масс.).

В таблице 2 приведены данные составы отверждаемых композиций и их свойства.

На рис. 1 приведены данные ДСК-анализа отверждения следующих составов:

Новолачная фенольная смола без ускорителя (Состав №1) и фенольная смола с добавлением 4% латентного катализатора и 10% эпоксидной смолы (Состав №2), фенольная смола с добавлением 4% катализатора.

Как следует из данных таблицы 2 и рис. 1, достигнуто ускорение отверждения составов на основе новолачных или резольных смол в смеси с эпоксидными, содержащих заявленный латентный ускоритель, что, также, подтверждено данными ДСК-анализа.

1. Латентный катализатор для ускорения отверждения смеси фенолформальдегидных резольных или новолачных смол с эпоксидными смолами, характеризующийся тем, что представляет собой продукт реакции между сильной органической кислотой, выбранной из группы, включающей бензолсульфокислоту и пара-толуолсульфокислоту, и органическим амином, выбранным из группы, включающей м-фенилендиамин, п-фенилендиамин, п-диаминодифенилметан, п-диаминодифенилоксид.

2. Способ изготовления латентного катализатора для ускорения отверждения смеси фенолформальдегидных резольных или новолачных смол с эпоксидными смолами, характеризующийся тем, что включает следующие стадии:

(а) изготовление раствора органической кислоты, выбранной из группы, включающей бензолсульфокислоту и пара-толуолсульфокислоту, в приемлемом растворителе;

(б) изготовление раствора органического амина, выбранного из группы, включающей м-фенилендиамин, п-фенилендиамин, п-диаминодифенилметан, п-диаминодифенилоксид, в приемлемом растворителе;

(в) проведение реакции между раствором органической кислоты в соответствии со стадией (а) и раствором органического растворителя в соответствии со стадией (б) с получением реакционного осадка;

(г) отделение от реакционного осадка излишков жидкости с получением продукта реакции.

3. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что после стадии (г) осуществляют промывку продукта реакции и его сушку.

4. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что на стадии (а) изготавливают 5-25%-ный раствор сильной органической кислоты.

5. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что на стадии (б) изготавливают 5-25%-ный раствор органического амина.

6. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что на стадии (а) и (б) в качестве растворителя используют по меньшей мере один растворитель, выбранный из группы, включающей ацетон, спирт этиловый, спирт метиловый, этилацетат.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гибридным связующим, применяемым для получения пресс-материалов, эксплуатируемых в условиях высоких температур и агрессивных сред. Гибридное связующее содержит полифункциональную эпоксидную смолу, выбранную из эпоксиноволачной, эпокситрифенольной и эпоксирезорциновой смол, и отверждающий агент, содержащий гидроксилсодержащую полифенилметилсилоксановую смолу и фенолформальдегидную смолу, выбранную из новолачной и резольной смол.
Изобретение относится к пене из фенольной смолы и способу получения пены. Пена содержит фенольную смолу и вспенивающий агент, содержащий, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из 1-хлор-3,3,3-трифторпропена, 1,3,3,3-тетрафтор-1-пропена, 2,3,3,3-тетрафтор-1-пропена и 1,1,1,4,4,4-гексафтор-2-бутена.

Изобретение относится к получению композиций для получения отвержденных и модифицированных фенолформальдегидных смол. Композиция содержит уротропин, пластификатор, выбранный из группы, включающей трибутилфосфат и трикрезилфосфат, пропаргилированную или аллилированную фенолформальдегидную смолу, стеарат меди и диспергирующую добавку.
Изобретение относится к области композиционных материалов, содержащих карбид бора, и предназначено для изготовления конструкционных элементов изделий для защиты от тепловых нейтронов.

Изобретение относится к биодеградируемым полимерным композиционным материалам, а именно к области экологической биотехнологии. Описан биодеградируемый композиционный материал, содержащий полимерную матрицу на основе отходов формальдегидной смолы и наполнитель, включающий крахмал, дрожжи, казеиновый клей, отличающийся тем, что наполнитель содержит гидрокарбонат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: отходы фенолформальдегидной смолы СФ-010 50,8-55,5, гидрокарбонат натрия 15,0-16,5, крахмал 11,0-13,0, казеиновый клей 11,0-16,0, дрожжи 6,0-6,5.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к производству легковесных огнеупорных теплоизоляционных изделий. Композиция включает связующее и легкий заполнитель и дополнительно содержит карбамидофурановую смолу марки ФК и катализатор отверждения марки ОК в количестве 10% от массы смолы.

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении. Теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука включает следующее соотношение компонентов, мас.

Изобретение относится к стеклопластикам, фенолформальдегидным связующим и композиционным материалам на их основе, предназначенным для изготовления пожаробезопасных изделий.

Изобретение относится к способу получения пористого теплоизолирующего заполнителя для теплоизолирующих многослойных панелей и оболочек. Изобретение может быть использовано в авиа- и судостроении, а также в химическом машиностроении.
Изобретение относится к способу обработки мелкодисперсных порошковых наполнителей композиционных материалов и может быть использовано при производстве композиционных материалов фрикционного назначения.

В настоящем изобретении описан продукт поликонденсации, содержащий в качестве мономерных компонентов: A) по меньшей мере один простой арилполиоксиалкиленовый эфир формулы (I) , причем Ar означает арильную группу с от 6 от 10 атомами углерода в кольцевой системе, R1 и R2 каждый раз независимо друг от друга выбраны из Н, метила и этила, причем преимущественно по меньшей мере одна из групп R1 и R2 = Н, m означает целое число от 1 до 300, и R3 выбран из группы, состоящей из Н и фосфата, а также их смесей; Б) по меньшей мере одно ароматическое соединение формулы (II), , причем R4 и R5 каждый раз независимо друг от друга выбраны из Н, СООН и арила с от 6 от 10 атомами углерода в кольцевой системе, а также их солей щелочных металлов, щелочноземельных металлов и аммониевых солей, и R6, и R7 каждый раз независимо друг от друга выбраны из ОН и СООН, а также их солей щелочных металлов, щелочноземельных металлов и аммониевых солей; B) по меньшей мере один альдегид; и Г) по меньшей мере одно другое ароматическое соединение, выбранное из группы, состоящей из 2-феноксиэтанола, 2-феноксиэтилфосфата и -фосфоната, 2-(2-феноксиэтокси)этанола, 2-(2-феноксиэтокси)этилфосфата и -фосфоната, 2-[4-(2-гидроксиэтокси)фенокси]этилфосфата и -фосфоната, 2-[4-(2-фосфонатоксиэтокси)фенокси]этилфосфата и -фосфоната, а также их смесей.

Изобретение относится к связанному с полимером полициклическому ароматическому углеводородному соединению для использования в типографских красках. Описывается соединение формулы (Р-О)х-Q-(Y)w (1), где Р - остаток полимерного соединения, содержащего по меньшей мере три повторяющихся звена, содержащих фенольные кольца, замещенные группами C1-С10 алкила или С1-С4 алкокси; Q - периленовый, кватерриленовый или терриленовый фрагмент; Y - (i) галоген или (ii) необязательно замещенная N-гетероциклоалифатическая группа с 3-8 членами в кольце, связанная с Q через атом N, при условии, что по меньшей мере один Y представляет собой (ii); x, w - целые числа от 1 до 4.

Настоящее изобретение относится к модифицированным связующим на основе новолачных и резольных фенольных смол, а также к способу их получения, и может быть использовано для производства полимерных композиционных материалов путем прессования или литья под давлением.

Изобретение относится к кватерриленовым и/или терриленовым красителям, ковалентно связанным с полимером, предназначенным для применения в печатных красках. Описывается способ повышения растворимости и/или диспергируемости кватерриленового и/или терриленового красителя в жидкой среде.
Изобретение относится к пенопласту на основе фенольных смол и его применению. Пенопласт изготавливается по меньшей мере с применением следующих стадий: а) изготовление преполимера путем конденсации по меньшей мере фенольного соединения и формальдегида в соотношении 1:1,0-1:3,0 с применением 0,15-5 мас.% от количества используемого сырья основного катализатора при температуре от 50 до 100°C с получением коэффициента преломления реакционной смеси 1,4990-1,5020, измеренного при 25°C в соответствии с DIN 51423-2; б) добавка от 5 до 40 мас.% от количества используемого сырья по меньшей мере одного натурального полифенола при температуре от 50 до 100°C; в) добавка от 2 до 10 мас.% от количества используемого сырья одного или нескольких эмульгаторов и их смесей; г) добавка от 2 до 10 мас.% от количества используемого сырья одного или нескольких порообразователей и их смесей; д) добавка от 10 до 20 мас.% от количества используемого сырья отвердителя и е) отверждение.

Группа изобретений относится к связующим типа фенольно-фурановых связующих, используемым для изготовления изделий общепромышленного назначения, в том числе композиционных материалов, способам получения таких связующих, а также к композиционным материалам на их основе.
Изобретение относится к водорастворимой композиции смолы, способу получения такой композиции смолы, к применению композиции смолы в качестве связующего материала для нетканого волокнистого материала, в частности изоляционных материалов, и к способу получения такого изоляционного материала.

Изобретение относится к химии и технологии высокомолекулярных соединений, а именно к конденсационным полимерам альдегидов и кетонов со смесью двух и более фенолов, конкретно - к фталидсодержащим соолигомерам на основе фталидсодержащих фенолов, изомерных крезолов и фенола в различных их сочетаниях общей формулы для получения сшитых фталидсодержащих сополимеров;- к способам их получения (варианты); - к фталидсодержащим сшитым сополимерам на их основе общей формулы в качестве конструкционных полимеров.
Изобретение относится к способу получения лигнофенолоформальдегидной смолы, используемой в качестве клеевого компонента в производстве древесных композиционных материалов.

Изобретение относится к аминопластовой смоле, композиции, содержащей такую аминопластовую смолу, и применению этой смолы. .

Изобретение описывает латентный катализатор для ускорения отверждения смеси фенолформальдегидных резольных или новолачных смол эпоксидными смолами, который представляет собой продукт реакции между сильной органической кислотой, выбранной из группы, включающей бензолсульфокислоту и пара-толуолсульфокислоту, и органическим амином, выбранным из группы, включающей м-фенилендиамин, п-фенилендиамин, п-диаминодифенилметан, п-диаминодифенилоксид. Также раскрывается способ изготовления латентного катализатора. Технический результат заключается в том, что латентный катализатор обеспечивает ускорение отверждения смеси фенолформальдегидных резольных или новолачных смол с эпоксидными смолами, а также повышенную прочность. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Наверх