способ получения полиуретанового гидроабразиво- и абразивостойкого композиционного материала

Формула изобретения

Способ получения полиуретанового гидроабразиво- и абразивостойкого композиционного материала путем смешения уретанового форполимера, керамического наполнителя, диспергатора и отвердителя в условиях интенсивного перемешивания, отличающийся тем, что керамический наполнитель предварительно подвергают обработке насыщенным раствором фуллерена в ароматическом углеводородном растворителе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения материалов, пригодных для работы в условиях износа, эрозии и истирания в коррозионных средах, которые могут найти применение в машиностроении, химмашиностроении, судостроении и т.д.

Известен способ получения композиционного материала, заключающийся в том, что стирол-этилен-бутилен-стирольный блоксополимер спрессовывается с керамическим наполнителем, предварительно введенным в раствор термопластичной резины в толуоле при энергичном перемешивании и последующем высушивании материала под нагрузкой (Патент США 5194480, С 08 К 3/38, приоритет от 24.05.1991 г., опубл. 16.03.1993 г.). Однако такой способ получения абразиво- и гидроабразивостойких материалов предусматривает их изготовление и переработку при высокой температуре (70-170^oС) на сложном оборудовании и не пригоден для получения полиуретановых материалов.

Известен способ получения композиционного материала, включающего 35-60 мас.% смеси, гомо- или сополимера полиоксиметилена и алифатического полиуретана, 40-65 мас.% керамического наполнителя и 0-5 мас.% диспергатора, заключающийся в том, что указанные компоненты перемешиваются в многозвеньевом экструдере при 180^oС. Недостатками данного способа являются высокая энергоемкость процесса и необходимость использования сложного оборудования (Патент США 5145900, С 08 К 3/38, опубл. 08.09.1992 г.).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения гидроабразиво- и абразивостойкого композиционного материала на основе полиуретанового эластомера, включающего керамический наполнитель (1-80 мас.%), диспергатор (поликарбоксильные или полисилоксановые соединения, предпочтительно комбинацию поликарбоксильной кислоты и полисилоксанового сополимера) и отвердитель. Способ заключается в том, что уретановый форполимер, наполнитель и диспергатор смешивают при скорости перемешивания 16000 об/мин в течение 20 мин, после чего при такой же скорости перемешивания эта смесь соединяется с отвердителем. Процесс проводят при температуре до 100^oС (предпочтительно 80^oС). После перемешивания смесь немедленно наносится на подготовленный соответствующим образом материал (Патент США 5527849, С 08 К 003/14, приоритет от 23.11.1992).

Недостатком данного способа является необходимость применения очень высоких скоростей перемешивания и практически мгновенного использования полученного материала, т.к. при малейшей задержке покрытие характеризуется плохой воспроизводимостью свойств и укрывистостью. Жизнеспособность получаемого таким образом материала по данным авторов настоящей заявки составляет 4-6,5 мин.

Целью предлагаемого технического решения является разработка способа получения полиуретанового гидроабразиво- и абразивостойкого материала, лишенного указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что керамический наполнитель предварительно обрабатывают насыщенным раствором фуллерена в ароматическом углеводородном растворителе.

Сущность способа заключается в том, что проводят смешение уретанового форполимера с керамическим наполнителем, предварительно обработанным насыщенным раствором фуллерена в ароматическом углеводородном растворителе (примерно 1,0-1,5 мл раствора на 10 г наполнителя), диспергатором и отвердителем.

Процесс проводят в полимеризаторе при комнатной температуре в течение 15-20 мин и скорости перемешивания 2-9 тыс. об/мин, причем на 100 мас. ч. форполимера используют 15-115 мас. ч. обработанного наполнителя и 1,4-11,4 мас. ч. диспергатора. Количество отвердителя определяется исходя из расчета изоцианатных групп в форполимере. В качестве уретанового форполимера используют олигодиолы с концевыми изоцианатными группами, например такие как полиоксипропилен СКУ ПП - форполимер 2,4 толуилендиизоцианата и полиоксипропилена (ТУ 38. 403582), полидиендиол СКУ ДФ-2 - форполимер 2,4 толуилендиизоцианата и полидиендиола (ТУ 38. 103451), полиокситетраметиленгликоль СКУ ПФЛ - форполимер 2,4 и 2,6 толуилендиизоцианатов и полиокситетраметиленгликоля (ТУ 38. 103137) и т.д.

В качестве керамического наполнителя используют, например, карбид титана (ТУ 6-09-50-50), нитрид кремния (ТУ 6-09-03-312).

В качестве диспергатора используют полиоксисилоксановые соединения типа тетраэтоксисилана (ТУ 6.09.52-30), этилсиликата, а в качестве отвердителя - диамины или их растворы, например диамин 304^Ж (^Ж - эвтектическая смесь 3,3¹дихлор - 4,4¹ диаминодифенилметана; 3,3 ¹дихлор - 4,4¹ диаминотрифенилметана и продуктов более высокой степени конденсации в соотношении 1:1: 1) (ТУ 6-14-22-86), диамет Х-4,4¹ диамино-3,3¹ дихлордифенилметан (ТУ 6-14-980).

Используемый для обработки керамического наполнителя фуллерен представляет собой широко распространенный продукт, являющийся замкнутым углеродным кластером с высокой симметрией (Энциклопедия полимеров т. 5, стр. 413, 1998 г)., например С₆₀, С₇₀, С₁₂₀ или их смесь.

В качестве растворителя для фуллерена используют ароматические углеводороды, предпочтительно толуол или ксилол, как наиболее доступные.

После смешения реакционную массу заливают в соответствующие формы и подвергают испытаниям. Коэффициент износостойкости при гидроабразивном износе и коэффициент износа определяют на примере покрытий.

Предлагаемый способ иллюстрируется нижеследующими примерами.

Пример 1

В полимеризатор, снабженный лопастной мешалкой, загружают 35 г уретанового форполимера марки СКУ ПФЛ, 5 г карбида кремния, предварительно обработанного 0,62 мл насыщенного (0,65%) раствора фуллерена С₆₀/С₇₀ в 0-ксилоле, а затем 0,5 г тетраэтоксисилана. Смесь перемешивают при комнатной температуре при скорости 2000 об/мин в течение 10 мин, после чего в этих же условиях в реакционную массу вводят 15 г диамина 304, перемешивают в течение 5 мин и выгружают в соответствующие формы. Свойства полученного материала приведены в таблице.

Пример 2

В условиях примера 1 готовят композиционный материал с использованием 35 г уретанового форполимера марки СКУ ДФ - 2,7 г диамина, 304,30 г карбида титана, предварительно обработанного 4,5 мл насыщенного раствора фуллерена в толуоле, и 3 г этилсиликата. Скорость перемешивания 4000 об/мин. Свойства полученного материала приведены в таблице.

Пример 3

В условиях примера 1 готовят композиционный материал с использованием 35 г уретанового форполимера марки СКУ ППЛ, 6 г диамет X, 40 г нитрида кремния, предварительно обработанного 4,0 мл насыщенного раствора фуллерена в 0-ксилоле и 4 г тетраэтоксисилана. Скорость перемешивания 9000 об/мин. Свойства полученного материала приведены в таблице.

Пример 4 (контрольный)

В полимеризатор, снабженный мешалкой, загружают 35 г уретанового форполимера марки СКУ ПФЛ-100, 10 г карбида титана, 1,0 г диспергатора марки ВУК Р 1049, полученная смесь перемешивается в течение 20 мин со скоростью 16000 об/мин, при температуре 80^oС, а затем при тех же условиях смешивается с 15 г отвердителя - дигидроксиуретана на основе пропиленкарбоната. Свойства полученного материала приведены в таблице.

Для определения показателя, характеризующего воспроизводимость свойств, каждый пример повторен четырежды.

Таким образом, предлагаемый способ дает возможность получить полиуретановые гидроабразиво- и абразивостойкие композиционные материалы, обладающие повышенной жизнеспособностью и воспроизводимостью свойств, позволяя при этом снизить энергозатраты, так как процесс проходит при комнатной температуре и при существенно меньших скоростях перемешивания.