полиуретановая композиция для получения низкомодульных эластомеров

Формула изобретения

Полиуретановая композиция для получения низкомодульных эластомеров, включающая толуилендиизоцианат и сложный олигоэфиртриол с мол.м. 2000, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сложный олигоэфирдиол с мол. м. 2000 при его мольном соотношении с олигоэфиртриолом, равном от 0,5 : 0,95 до 0,10 : 0,90, и при соотношении между NCO-группами диизоцианата и OH-группами смеси олигоэфиров, равном 0,8 - 1,1 моль/моль.

Описание изобретения к патенту

Настоящее предлагаемое изобретение относится к рецептурам полиуретановых композиций, предназначенных для получения низкомодульных эластомеров с невысокой твердостью (20-50 усл.ед. по Шору А), применяющихся для облицовки окрасочных валиков в полиграфической промышленности, для изготовления демпферов, эластичных матриц при формовании фигурных изделий из гипса и полимеров, а также в качестве полимерной основы для производства композиционных материалов различного назначения.

Известна рецептура исходных компонентов низкомодульного полиуретанового эластомера СКУ-В, получаемого путем одностадийного синтеза из полифункционального сложного олигоэфира П-В с молекулярной массой 1300-1800 и 2,4-толуилендиизоцианата (ТДИ), взятых в мольном соотношении ТДИ/олигоэфир, равном 0,8-0,9 (Апухтина Н.П., Короткина Д.Ш., Лифшиц К.С., Сидорович Е.А. Свойства низкомодульного уретанового эластомера СКУ-В//Каучук и резина, 1967, N 12, с. 11). При низком модуле и твердости 20-50 усл.ед. известный эластомер СКУ-В имеет следующие деформационно-прочностные показатели при растяжении:

относительное удлинение при разрыве, % - 400-850

предел прочности при разрыве, МПа - 1,2-2,2

Уровень прочности полиуретанового эластомера СКУ-В явно недостаточен для его использования в ряде областей техники, например, в качестве полимерной основы наполненных композиционных материалов. Кроме того, недостатком известной рецептуры является отсутствие в настоящее время производства олигоэфира П-В.

Наиболее близкой к заявляемой композиции по технической сущности является рецептура низкомодульного полиуретанового эластомера СКУ-МС, представляющая собой смесь сложного олигоэфиртриола П-9А (или П-2200) с молекулярной массой 2000 и 2,4-толуилендиизоцианата, взятых при синтезе в соотношении ТДИ/олигоэфир от 1,2:1 до 1,5:1 моль/моль (Зрайченко Л.И., Колчанова Т.Д., Сусоров И. А. , Зиновьев В. М. Разработка низкомодульного полиуретанового эластомера СКУ-МС для полиграфической промышленности//Тезисы докладов Первой Уральской научно-технической конференции "Полиуретаны и технологии их переработки". - Пермь: УрО РАН, 1995, с. 41-42 - прототип). Согласно требованиям технических условий ТУ 84-07509103.416-94 эластомер СКУ-МС в зависимости от мольного соотношения между олигоэфиртриолом и диизоцианатом, взятого при синтезе, имеет три марки, обладающие следующими показателями качества при температуре (232)^oC (Полиуретановый эластомер СКУ-МС //Информационный листок. - Пермь: ЦНТИ. 1994, N 212-94. (см. табл. А).

Недостатком известной рецептуры, как и предыдущей, являются низкие деформационно-прочностные характеристики получаемых из нее низкомодульных эластомеров, особенно уровень прочности, что ограничивает ресурс работоспособности таких материалов и не позволяет рекомендовать их для изготовления многих изделий, эксплуатирующихся в условиях повышенных нагрузок.

Задачей предложенного изобретения является повышение уровня деформационно-прочностных характеристик полиуретановых эластомеров при сохранении низкого модуля упругости в диапазоне твердости от 20 до 50 усл. ед. по Шору А.

Сущность изобретения заключается в том, что полиуретановая композиция для получения низкомодульных эластомеров, включающая толуилендиизоцианат и сложный олигоэфиртриол с молекулярной массой 2000, дополнительно содержит сложный олигоэфирдиол с молекулярной массой 2000 при его мольном соотношении с олигоэфиртриолом, равном от 0,05:0,95 до 0,10:0,90, и при соотношении между NCO-группами диизоцианата и ОН-группами смеси олигоэфиров, равном 0,8-1,1 моль/моль. В качестве сложных олигоэфиртриолов используют полиэфир П-9А - трехфункциональный гидрокситерминальный сополимер диэтиленгликоля, глицерина и адипиновой кислоты или полиэфир П-2200 - трехфункциональный гидрокситерминальный сополимер диэтиленгликоля, триметилолпропана и адипиновой кислоты с молекулярной массой 2000, в качестве сложного олигоэфирдиола предпочтительно предлагается использовать полиэфир П-6 - дифункциональный гидрокситерминальный полидиэтиленгликольадипинат. Заявляемый диапазон соотношений между олигоэфиртриолом и олигоэфирдиолом определен экспериментальным путем. Введение олигоэфирдиола в количестве менее 0,05 моль на 0,95 моль олигоэфиртриола неэффективно, так как не приводит к существенному росту прочностных и деформационных показателей материала. Введение более 0,1 моль олигоэфирдиола на 0,9 моль олигоэфиртриола приводит к резкому снижению относительных удлинений при разрыве и увеличению модуля упругости эластомеров.

Выбранное мольное соотношение между диизоцианатом и олигоэфирами обусловлено необходимостью регулирования твердости получаемых полиуретанов в интервале 20-50 усл. ед. по Шору А: при соотношении NCO/OH меньше 0,8 моль/моль эластомеры имеют низкую твердость и неудовлетворительный комплекс физико-механических характеристик; при соотношении NCO/OH больше 1,1 моль/моль резко ухудшаются деформационные свойства эластомеров (относительное удлинение при разрыве уменьшается, а относительная остаточная деформация растет, то есть ухудшается эластичность).

В качестве толуилендиизоцианата в составе заявляемой композиции могут быть использованы все изомеры: 2,4-толуилендиизоцианат (продукт 102Т), смеси 2,4- и 2,6- толуилендиизоцианатов (продукты ТДИ-65/35 и ТДИ-80/20). В качестве сложного олигоэфирдиола применяется полиэфир П-6, представляющий собой олигоэтиленгликольадипинат с концевыми гидроксильными группами.

Технология изготовления низкомодульных эластомеров из заявляемой полиуретановой композиции одностадийна и заключается в смешении олигоэфиров, имеющих влажность менее 0,05%, с толуилендиизоцианатом с последующей заливкой полученной реакционной смеси в соответствующие формы и ее отверждении при температуре (1155)^oC до достижения постоянства характеристик эластомеров.

Изобретательский уровень и техническая новизна предлагаемого решения заключается в том, что совместное использование сложных олигоэфирдиола и олигоэфиртриола в рецептуре полиуретановой композиции привело к неочевидному эффекту - значительному улучшению деформационно-прочностных характеристик эластомеров и сохранению при этом низкого уровня модуля упругости и твердости, в то время как эластомеры на основе индивидуального олигоэфирдиола П-6 имеют твердость не менее 70 усл.ед. по Шору А.

Техническую сущность предлагаемого изобретения иллюстрируют нижеприведенные примеры.

ПРИМЕР 1. В табл. 1 приведены составы известной полиуретановой композиции и заявляемой, а в табл. 2 в сравнении представлены экспериментальные данные по испытанию физико-механических характеристик эластомеров, полученных на их основе. Мольное соотношение между группами NCO/OH с учетом функциональности олигоэфиров в составах 1-6 равнялось 1,0, температура испытаний (232)^oC.

ПРИМЕР 2. В табл.3 приведены составы в рамках и за рамками заявляемой композиции, полученные при мольном соотношении между олигоэфиртриолом П-9А и олигоэфирдиолом П-6, равном 0,9:0,1 моль/моль, и различном соотношении между NCO- и ОН-группами толуилендиизоцианата (продукт ТДИ-80/20) и смеси олигоэфиров, а в табл. 4 приведены основные физико-механические характеристики полученных полиуретановых эластомеров.

Таким образом, в отличие от композиций аналогичного назначения, заявляемая полиуретановая композиция за счет использования в ее составах смеси сложных олигоэфиртриола и олигоэфирдиола с молекулярными массами 2000 позволяет, при сохранении низких значений модуля упругости и твердости, получать эластомеры с улучшенным комплексом деформационно-прочностных характеристик (в 3-4 раза), что, несомненно, расширит границы применимости низкомодульных полиуретановых эластомеров.