Модификатор износостойкости полиуретанов

Настоящее изобретение относится к модификатору для повышения абразивной стойкости литьевых полиуретановых материалов. Указанный модификатор содержит хлорпарафин марки ХП-52 и стеарат щелочноземельного металла в количестве 40% об. Количественное содержание модификатора составляет 0,5% от массы полиуретана. Использование полученного модификатора приводит к повышению абразивной стойкости полиуретановых материалов при сохранении высоких прочностных свойств, а также к упрощению технологии получения полиуретановых материалов. 2 табл., 14 пр.

 

Область техники.

Изобретение относится к полиуретанам, имеющим повышенную стойкость к истиранию; более конкретно, оно относится к полиуретановым эластомерам, содержащим добавки, которые снижают коэффициент трения и улучшают сопротивление истиранию.

Полиуретановые эластомеры - это хорошо известные прочные материалы, которые пользуются большим спросом для различных целей. Свойства, которые наиболее востребованы пользователями этих материалов, включают высокую стойкость к разрыву и истиранию.

Проблемой современной техники является необходимость создания материалов с повышенной износо- и абразивостойкостью. Особенно сильно износ сказывается на работоспособности резинотехнических изделий, контактирующих с абразивными частицами твердых материалов типа щебня или песка. Несмотря на повышенную абразивную стойкость полиуретанов относительно обычных резин данный показатель все еще недостаточно высок для обеспечения продолжительного срока безремонтного пробега установок и аппаратов, работающих в индустрии строительных материалов, в цветной и черной металлургии, а также на предприятиях горно-обогатительного комплекса.

Поэтому стремление улучшить эффективность производств, связанных с эксплуатацией оборудования в тяжелых с точки зрения абразивного воздействия условиях, стимулирует поиск эффективных методов повышения их износостойкости.

Один из методов повышения стойкости к истиранию - это смазывание поверхности материала, который должен подвергаться абразивному воздействию. Поверхностная смазка может быть осуществлена путем наружного нанесения смазки или путем использования внутренних смазочных материалов, которые хорошо известны в данной области техники. Наиболее удобно использовать внутренние смазки, которые находятся внутри эксплуатируемых материалов, и выделяются на трущиеся поверхности в процессе эксплуатации. Такие смазки, как правило, являются несовместимыми материалами со смазывающими свойствами, которые диспергируются в виде дисперсной фазы в полимерной матрице. Эти смазочные материалы предназначены для миграции на поверхность либо в статических или динамических условиях, либо при наступлении истирания, разрывая крошечные капельки дисперсной фазы. Действие, которое оказывают внутренние смазки, повышая стойкость к истиранию, аналогичен действию внешней смазки.

Хорошо известно использование различных антиадгезионных добавок, агентов скольжения, внутренних и внешних смазок в виде смесей или на поверхности полимеров для уменьшения поверхностного трения и увеличения сопротивления истиранию. Для повышения износостойкости в полимерные материалы могут вводиться наполнители различной природы (органической и минеральной), значительно различающиеся по твердости, а также размерами и формой частиц. [Панина С.В., Корниенко Л.А., Нгуен Суан Т., Иванова Л.Р., Полтаранин М.А., Шилько С.В. Износостойкость композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, наполненных микрочастицами графита и дисульфида молибдена // Трение и износ. 2014. Т. 35. №4. С. 444-452].

Известен способ получения полиуретанов с повышенной стойкостью к истиранию с использованием комбинации добавок: воска (воск лабораторный синтетический HOECHST®-C), порошкообразной смазки минерального типа (графит, дисульфид молибдена) и порошкового полигалогенированного полиалкилена (политетрафторэтилен в мелкодисперсной порошкообразной форме). Было обнаружено, что комбинации определенных добавок в небольших количествах позволяют получить полиуретаны с лучшей стойкостью к истиранию, чем те, которые можно получить только с одной из добавок. Также было обнаружено, что требуется меньшая комбинация добавок, чем можно было бы ожидать на основе наблюдаемых результатов для каждой отдельно [Патент №4206102 Соединенные Штаты Америки, МПК C08L 75/04. Method of producing polyurethanes with increased resistance to abrasion: №723376: заявл. 15.09.1976: опубл. 03.06.1980 / J.W. Britain, George J. Schexnayder; заявитель Mobay Chemical Corporation. - 5 c. - Текст: непосредственный.].

Известны уретановые композиции, которые получают отверждением жидких полиуретановых композиций, содержащих несовместимые жидкости, равномерно распределенные в них. Такие дисперсии получают путем включения в неотвержденную уретановую композицию специального диспергирующего агента на основе силоксана и органического сополимера вместе с несовместимыми жидкостями. В патенте описывается широкий спектр несовместимых жидкостей, которые диспергируются в полиуретановом эластомере за счет использования специального диспергирующего агента силоксанового органического сополимера вместе с несовместимой жидкостью. Утверждается, что такие добавки значительно снижают коэффициенты трения и, тем самым улучшают сопротивление истиранию. [Патент №4011189 Соединенные Штаты Америки, МПК C08L 75/04. Urethanes modified with siloxanes: №602933: заявл. 08.08.1975: опубл. 08.03.1977 / J.W. Keil; заявитель Dow Corning Corporation - 8 c. - Текст: непосредственный].

Однако, известно, что введение любых органических жидкостей в состав полиуретанов может значительно снижать их прочностные характеристик, поскольку такие жидкости при взаимодействии с полимерами способны играть роль пластификаторов, чье негативное действие на прочность давно известно. [G. Wypych, Handbook of fillers, 4th edition, ChemTec Publishing, Toronto, 2016]. Поэтому при разработке перспективных модификаторов полиуретанов необходимо обязательно проверять их влияние на прочностные показатели, иначе ввод таких веществ приведет к значимому снижению основных функциональных свойства материала. Таким образом, ввод жидких модификаторов в полиуретаны без соответствующей проверки является потенциальным недостатком известных патентов.

Другим недостатком известных способов является также сложная технология получения модифицированных материалов, включающая многоэтапный ввод компонентов, что значительно увеличивает период изготовления.

В качестве прототипа предлагаемой добавки, способствующей снижению коэффициента трения и улучшению сопротивления истиранию полиуретановых материалов, была выбрана смесь дисульфида молибдена и силиконовой жидкости и/или углеводородов, имеющих точку кипения при атмосферном давлении более 200°С [Патент №2951053 Соединенные Штаты Америки, МПК F16C 33/201. Method Elastic polyurethane composition and method for making samen: №565555: заявл. 17.02.1955: опубл. 30.08.1960 / R.F. Gottfried, U. Jurgen; заявитель Mobay Chemical Corporation. - 3 c. - Текст: непосредственный] при следующем соотношении компонентов:

Утверждается, что полученный полиуретановый материал демонстрирует пониженное трение с другими материалами, при этом коэффициент трения между эластичным полиуретаном с добавкой и сталью составляет порядка 0,1.

Основной недостаток данного способа является потенциальная возможность получения низкопрочных материалов за счет введения добавок, которые могут играть роль пластификаторов, а также длительная технология получения материалов, отличающаяся поэтапным введением компонентов, что значительно увеличивает период изготовления.

Задачей настоящего изобретения является создание композиции с достижением технического результата в виде повышения абразивной стойкости полиуретановых материалов при сохранении высоких прочностных свойств, а также упрощение технологии получения материалов.

Данная задача достигается тем, что в качестве модификатора предлагается использовать пасту, состоящую из хлорпарафина марки ХП-52 и распределенных в нем в виде дисперсной фазы порошкообразных модификаторов трения типа стеаратов щелочноземельных металлов с содержанием последних в пасте 40% объемных, что соответствует 36-37% мас.

Полученный модификатор вводится в уретансодержащий форполимер перед приготовлением реакционной смеси, что упрощает технологию получения материалов и уменьшает период их изготовления.

Сущность изобретения поясняется примерами.

Пример 1.

В качестве основы полиуретанового материала использовали уретансодержащий форполимер СКУ-ПФЛ (ТУ 38.103137-78) на основе простого олигоэфира олигобутиленоксиддиола с молекулярной массой 1000 (торговая марка Полифурит-1000) и 2,4-толуилендиизоцианата, отверждаемый 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметаном (продукт МОСА).

Перед синтезом форполимера влагу в олигоэфире удаляли при температуре 80°С в условиях перемешивания в течение 8 ч при вакууме ~ 0.2 кПа. Синтез форполимера проводился при температуре 80°С в условно-герметичном реакторе при перемешивании (6-7 часов), при мольном избытке дииизоцианата по отношению к олигомерному диолу 2.06.

При отверждении полученного форполимера МОСА вводилась в реакционную смесь в виде расплава, при этом температура реакционной смеси поддерживается в диапазоне 60-65°С, температура расплава в диапазоне 110-120°С. При этом мольное соотношение химически активных групп NCO/(OH+NH2) при проведении всех реакций отверждения поддерживали равным 1.03.

После смешения форполимера и МОСА (в течение 50-60 секунд) готовая реакционная смесь выливалась в металлические формы, которые переносили на отверждение при термостатировании (24 часа при 90°С).

Пример 2.

Аналогично примеру 1, перед введением расплава МОСА дополнительно к форполимеру добавляли 1% мас. хлорпарафина ХП-52 (ТУ 20.14.13-555-05763441-2017) и перемешиваем полученную смесь до полной гомогенизации (5-10 минут).

Пример 3.

Аналогично примеру 1, перед введением расплава МОСА дополнительно к форполимеру добавляем 1% мас. стеарата кальция (ТУ 2232-002-57149839-07) и перемешиваем полученную смесь до полной гомогенизации (5-10 минут).

Пример 4.

Аналогично примеру 1, перед введением расплава МОСА дополнительно к форполимеру добавляем 1% мас. стеарата магния (ТУ 6-09-129-75) и перемешиваем полученную смесь до полной гомогенизации (5-10 минут).

Пример 5.

Предварительно получаем смесь хлорпарафина марки ХП-52 и стеарата кальция в виде пасты с содержанием 40% объемных (37% мас.) стеарата кальция. Смешение компонентов проводили в шаровой мельнице МЛ-1М в течение 4 ч. Полученная паста - «модификатор трения 1», в дальнейшем используется для ввода в реакционную смесь.

Аналогично примеру 1, перед введением расплава МОСА дополнительно к форполимеру добавляем 0,25% мас. модификатора трения 1 и перемешиваем полученную смесь до полной гомогенизации (5-10 минут).

Пример 6.

Аналогично примеру 5, добавляем 0,5% мас. модификатора трения 1.

Пример 7.

Аналогично примеру 5, добавляем 1,0% мас. модификатора трения 1.

Пример 8.

Аналогично примеру 5, добавляем 2,0% мас. модификатора трения 1.

Пример 9.

Предварительно получаем смесь хлорпарафина марки ХП-52 и стеарата магния в виде пасты с содержанием 40% объемных (36% мас.) стеарата магния. Смешение компонентов проводили в шаровой мельнице МЛ-1М в течение 4 ч. Полученная паста - «модификатор трения 2», в дальнейшем используется для ввода в реакционную смесь.

Аналогично примеру 1, перед введением расплава МОСА дополнительно к форполимеру добавляем 0,25% мас. модификатора трения 2 и перемешиваем полученную смесь до полной гомогенизации (5-10 минут).

Пример 10.

Аналогично примеру 9, добавляем 0,5% мас. модификатора трения 2.

Пример 11.

Аналогично примеру 9, добавляем 1,0% мас. модификатора трения 2.

Пример 12.

Аналогично примеру 9, добавляем 2,0% мас. модификатора трения 2.

Пример 13 (прототип).

В качестве исходных компонентов использовали: сложный полиэфир полиэтиленгликольадипинат с молекулярной массой 2000 (полиэфир П-6, ТУ 38-103582-85); дисульфид молибдена с размером частиц 0,01 мм; полидиметилсилоксан с вязкостью 140 сСт/20°С (Xiameter РМХ-200 Fluid); парафин (ГОСТ 23683-89); нафтилен-1,5-диизоцианат; 1,4-бутандиол (ГОСТ 30333-2007), содержащий 1% сухого хлороводорода.

Перед синтезом влагу в полиэфире удаляли при температуре 80°С в условиях перемешивания в течение 8 ч при вакууме ~ 0.2 кПа.

В 72,6% мас. полиэфира П-6, добавляем 0,2% мас. дисульфида молибдена 0,2% мас. полидиметилсилоксана и 0,1% мас. парафина, перемешиваем. Затем в смесь вводим 21,8% мас. нафтилен-1,5-диизоцианата. Перемешиваем в течение 10 минут под вакуумом. После этого добавляем 5,1% мас. 1,4-бутандиола в течение 1 минуты при интенсивном перемешивании. Полученный продукт отверждали в течение 24 часов при 110°С.

Пример 14.

В качестве исходных компонентов использовали: полиэфир П-6; модификатор трения 1 (аналогично примеру 5); нафтилен-1,5-диизоцианат; 1,4-бутандиол.

Перед синтезом влагу в полиэфире удаляли при температуре 80°С в условиях перемешивания в течение 8 ч при вакууме ~ 0.2 кПа.

В 72,6% мас. полиэфира П-6, добавляем 0,5% мас. модификатора трения 1, перемешиваем. Затем в смесь вводим 21,8% мас. нафтилен-1,5-диизоцианата. Перемешиваем в течение 10 минут под вакуумом. После этого добавляем 5.1% мас. 1,4-бутандиола в течение 1 минуты при интенсивном перемешивании. Полученный продукт отверждали в течение 24 часов при 110°С.

Описанные в примерах составы образцов представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы 2 введение модификаторов трения приводит к улучшению износостойкости композиционных материалов, что, на наш взгляд, связано с проявлением эффекта внутренней смазки вводимых компонентов. Введение компонентов, способных играть роль модификаторов трения (стеаратов металлов и хлорпарафина), по отдельности менее эффективно, чем введение смесей. Использование таких смесей дает синергический эффект и значительно улучшает сопротивление истиранию. Согласно результатам лучшими характеристиками обладает материал, в который вводится «модификатора трения 1» в количестве 0,5% мас. Полученный материал имеет ряд преимуществ:

- прочность получаемого материала остается на достаточно высоком уровне, обеспечивающем его работоспособность (прочность не менее 38,8 МПа), что не хуже соответствующего показателя для аналогичного материала СКУ-ПФЛ-100 (36-39 МПа по ТУ 38.103137-78);

- обладает повышенным сопротивлением истиранию (величина потери объема при стандартном испытании по ГОСТ 23509-79 снижается от 59,2 мм3 до 35,0 мм3).

Таким образом, модификатор для повышения абразивной стойкости литьевых полиуретановых материалов включает порошкообразные наполнители типа стеаратов щелочноземельных металлов и хлорпарафин ХП-52, причем содержание в модификаторе стеарата щелочноземельного металла составляет 40 % объемных, что соответствует 36-37 % мас., а содержание модификатора составляет 0,5 % от массы полиуретана.

Модификатор для повышения абразивной стойкости литьевых полиуретановых материалов, включающий порошкообразные наполнители типа стеаратов щелочноземельных металлов, отличающийся тем, что дополнительно содержит хлорпарафин ХП-52 и содержание стеарата щелочноземельного металла составляет 40% об., что соответствует 36-37% мас., а содержание модификатора составляет 0,5% от массы полиуретана.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области изготовления искусственных глаз для роботов и кукол. Способ изготовления искусственных глаз включает формирование глазного яблока с использованием силиконовой формы, предварительно из фотобумаги методом фотопечати изготавливают подложку для радужной оболочки глазного яблока, на подложке путем нанесения капель жидкого алифатического полиуретана формируют радужную оболочку, далее ее высушивают, подвергают вакуумной дегазации и выдержке на горизонтальной поверхности при комнатной температуре, затем радужную оболочку помещают вглубь силиконовой формы, а поверх радужной оболочки заливают порцию жидкой полимерной смеси на основе алифатического полиуретана, после дегазации доливают следующую порцию жидкой полимерной смеси, в силиконовую форму помещают вставку, формирующую имитацию белка глазного яблока и тонкие склеры глаза, затем всю конструкцию подвергают вакуумной дегазации, после чего заготовку снимают с формы и помещают в духовой шкаф, затем очищают от облоя и полируют.

Изобретение относится к полиольной предварительно смешанной композиции для образования пены, в частности для получения полиуретановых или полиизоциануратных пен с закрытыми ячейками. При этом полиольная предварительно смешанная композиция содержит: a) продувочный агент на основе гидрогалоолефина, выбранного из группы, состоящей из транс-1,3,3,3-тетрафторпропена (транс-1234ze) и транс-1-хлор-3,3,3-трифторпропена (транс-1233zd) и их комбинаций, b) один или несколько полиолов, c) одно или несколько силиконовых поверхностно-активных веществ и d) каталитическую систему, включающую стойкий к осаждению катализатор на основе карбоксилата висмута.

Настоящее изобретение относится к полимерной композиции для использования в качестве адгезионноактивного покрытия высоконаполненных полимерных композиций (энергетических конденсированных систем). Данная композиция содержит компоненты, мас.ч.: эпоксиуретановая смола 80-120, отвердитель 15-65, полифосфат меламина 10-100, ускоритель отверждения 1-5.

Настоящее изобретение относится к смеси циклопентана, изопентана и предельных углеводородов, предназначенной для введения в качестве вспенивающего агента в композицию для получения жестких пенополиуретанов (ППУ), применяемых в качестве теплоизоляционных материалов в различных отраслях промышленности. Указанная смесь содержит 56-79 мас.% циклопентана, 18-39 мас.% изопентана и 0,5-5 мас.% предельных углеводородов, в качестве которых используют смесь алканов и циклоалканов.

Изобретение относится к отверждаемым композициям, содержащим реакционноспособные соединения и полисилоксановые смолы. Предложена отверждаемая композиция, содержащая: (A) композицию связующего, содержащую а) форполимер с изоцианатными функциональными группами, содержащий продукт реакции полиизоцианата и полиамина, имеющего первичные и/или вторичные аминогруппы, и/или продукт реакции полиизоцианата и полиола; и б) смесь полиаминов; и (Б) полисилоксановую смолу, содержащую ароматические функциональные группы и концевые группы с активным атомом водорода.

Настоящее изобретение относится к группе изобретений: полиуретановая композиция для изделий повышенной морозостойкости и способ изготовления полиуретановой композиции для изделий повышенной морозостойкости. Данная композиция содержит компоненты в соотношении, мольные доли: полиуретановый форполимер на основе смесей простых полиэфиров молекулярной массы 1000-2000 – 1,0; смесь 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианатов – 1,9-2,2, аминный отвердитель – 0,85-0,95.

Изобретение относится к двухкомпонентной не содержащей растворитель клеевой композиции, которая содержит изоцианатный компонент, включающий по меньшей мере один изоцианат, и полиольный компонент, включающий по меньшей мере один инициируемый амином полиол, имеющий функциональность от 3 до 8 и гидроксильное число от 750 до 1000, и по меньшей мере один неинициируемый амином полиол, выбранный из группы, состоящей из сложного полиэфирполиола, простого полиэфирполиола, поликарбонатного полиола, полиакрилатного полиола, поликапролактонполиола, полиолефинового полиола, природного масляного полиола и комбинаций двух или более из них, при этом количество по меньшей мере одного инициируемого амином полиола составляет, по массе в пересчете на массу предварительно смешанной клеевой композиции, от 6 до 12 мас.%.

Настоящее изобретение относится к электропроводящему полиуретановому композиционному материалу и к способу его получения и может быть использовано при изготовлении изделий и покрытий из полиуретановых композиционных материалов с требуемой электропроводностью. Способ получения электропроводящего полиуретанового композиционного материала путем взаимодействия органических полиизоцианатов (А) с одним или несколькими соединениями, содержащими реакционноспособные по NCO группы, (В) включает в себя стадию смешения концентрата углеродных нанотрубок с соединениями (B) или с полиизоцианатами (A) или со смесью, содержащей органические полиизоцианаты (А) и соединения (В), при вложенной энергии менее 0,5 кВт⋅ч на 1 кг смеси, при содержании углеродных нанотрубок в расчете на сумму масс (А) и (В) менее 0,1 масс.%.

Группа изобретений относится к области медицины и фармацевтики. 1 объект представляет собой антибактериальную водосодержащую гидрогелевую композицию, содержащую сополимер полиуретан-полимочевина и частицы элементарного серебра со средним диаметром частиц 5-20 нм и распределением частиц по размерам D90≤25 нм, в которой содержание серебра в расчете на общую массу гидрогелевой композиции составляет от 15 до 500 ppm.
Изобретение относится к ворсованному листовому материалу. Листовой материал содержит нетканый материал, состоящий из ультратонкого волокна, имеющего средний диаметр элементарного волокна 0,3-7 мкм, и эластичной смолы.

Группа изобретений относится к полимерной композиции, имеющей улучшенную долгосрочную цветостойкость или более низкие уровни изменения цвета при старении, а также к способам повышения долгосрочной цветостойкости или уменьшения изменения цвета при старении полимерной композиции. Способ получения полимерной композиции с долгосрочной цветостойкостью включает стадии: (а) приведения в контакт каталитической системы на основе хрома с этиленом и необязательным олефиновым сомономером в условиях полимеризации в системе реакторов полимеризации для получения полимера этилена и(b) объединения этиленового полимера с системой присадок, содержащей стеарат цинка и/или стеарат кальция, фенольный антиоксидант и дифосфитный антиоксидант, монофосфитный антиоксидант, для образования полимерной композиции, содержащей: от 150 ч./млн по массе до 350 ч./млн по масе стеарата цинка и/или стеарата кальция; от 50 ч./млн по массе до 5000 ч./млн по массе фенольного антиоксиданта; от 200 ч./млн по массе до 3000 ч./млн по массе дифосфитного антиоксиданта, от около 200 ч./млн по массе до около 3000 ч./млн по массе монофосфитного антиоксиданта.
Наверх