способ получения отвердителя
Классы МПК: | C08G18/10 Способы форполимеризации, включающие реакцию изоцианатов или изотиоцианатов с соединениями, имеющими активный атом водорода в первой стадии реакции C08G18/12 с использованием двух или более соединений, содержащих активный атом водорода в первой стадии полимеризации C08G18/70 отличающиеся выбором изоцианатов или изотиоцианатов |
Автор(ы): | Албутова Раиса Егоровна (RU), Артемова Ольга Викторовна (RU), Красильников Федор Сергеевич (RU), Летов Борис Павлович (RU), Буторина Вера Николаевна (RU), Амарантов Георгий Николаевич (RU), Куценко Геннадий Васильевич (RU), Талалаев Анатолий Петрович (RU), Божья-Воля Николай Сергеевич (RU), Лопатина Галина Евгеньевна (RU), Макаров Леонид Борисович (RU), Кустов Василий Геннадьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU), Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М. Кирова" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-08-12 публикация патента:
20.03.2006 |
Изобретение относится к области ракетной техники и касается способа получения отвердителя для полиуретановых композиций на основе олигодиеновых каучуков. Описывается способ получения отвердителя для полиуретановых композиций, состоящий из 80-91 мас.% олигодиенового уретанового форполимера, 7-13 мас.% 20 %-ного раствора трифенилметантриизоцианата в дихлорэтане или 27 %-ного раствора трифенилметантриизоцианата в этилацетате и, необязательно, 0-10 мас. % трансформаторного масла в интервале температур 55-65°С при остаточном давлении 1333 Па в течение 6 часов. Изобретение позволяет получить полиуретановые композиции, обладающие прочностью на разрыв на уровне 38 кгс/см 2, относительным удлинением 350-600 %, модулем упругости при -50° С на уровне 41 кгс/см2, прочностью адгезии к баллиститному топливу 41 кгс/см2, и способно обеспечивать работоспособность изделий в интервале температур от -50° С до + 50° С. 2 табл.
Формула изобретения
Способ получения отвердителя для полиуретановых композиций, состоящего из олигодиенового уретанового форполимера, трифенилметантриизоцианата и, необязательно, трансформаторного масла, заключающийся в том, что осуществляют взаимодействие олигодиенового уретанового форполимера с содержанием изоцианатных групп 3,0-4,0% с 20%-ным раствором ароматического трифенилметантриизоцианата в дихлорэтане или с 27%-ным раствором ароматического трифенилметантриизоцианата в этилацетате, необязательно, в присутствии трансформаторного масла в интервале температур 55- 65°С при остаточном давлении не более 1333 Па в течение 6 ч, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Указанный олигодиеновый уретановый форполимер | 80- 91 |
20%-ный раствор трифенилметантриизоцианата | |
в дихлорэтане, или 27%-ный раствор | |
трифенилметантриизоцианата в этилацетате | 7- 13 |
Трансформаторное масло | 0- 10 |
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники и касается способа получения отвердителя для полиуретановых композиций различного назначения на основе олигодиеновых каучуков.
Известен способ получения полимерных материалов с уретановыми группами (СССР №273424 C 08 G 22/08), взятый за прототип, который мог бы использоваться в качестве промежуточного продукта для получения отвердителя для полиуретановых композиций используемых в узлах крепления изделий "щеточного" типа из высокоэнергетического продукта. Но жесткие требования, заложенные в технической документации к изделиям данного класса, которые работают в интервале температур от плюс 50°С до минус 50°С, не позволяют использовать данный материал из-за высокой температуры хрупкости (Тхр 5°С).
Технической задачей настоящего изобретения является изыскание способа получения отвердителя, с использованием которого появилась бы возможность создания новых рецептур полиуретановых композиций, обладающих стабильными свойствами, высокими механическими и адгезионными характеристиками, а также низкой температурой хрупкости - ниже минус 80°С.
Техническое решение достигается за счет взаимодействия олигодиенового уретанового форполимера с содержанием изоцианатных групп 3,0-4,0% с 20%-ным раствором ароматического трифенилметантриизоцианата (ТФМТИ) в дихлорэтане или 27%-ным раствором ароматического трифенилметантриизоцианата (ТФМТИ) в этилацетате при температуре 60±5°С при остаточном давлении не более 1333 Па в течение 6 часов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
олигодиеновый уретановый форполимер | 80-91 |
20%-ный раствор трифенилметантриизоцианата | |
в дихлорэтане или 27%-ный раствор | |
трифенилметантриизоцианата в этилацетате | 7-13 |
трансформаторное масло | 0-10 |
Данный отвердитель получают следующим образом.
В лабораторный мешатель, снабженный якорной или рамной мешалкой, рубашкой для обогрева и вакуумной линией, загружают разогретую при температуре 60±5°С навеску олигодиенового уретанового форполимера с содержанием изоцианатных групп в пределах 3,0-4,0%, навеску трансформаторного масла (при необходимости) и навеску 20%-ного раствора ароматического ТФМТИ в дихлорэтане или 27%-ного раствора ароматического ТФМТИ в этилацетате. Синтез проводят при температуре 60±5°С при остаточном давлении не более 1333 Па в течение 6 часов. По истечении указанного времени мешатель отключают, смесь охлаждают, производят отбор проб для определения содержания изоцианатных групп, которые должны находиться в пределах 3,5-4,5%.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что при использовании отвердителя возможно получение полиуретановых композиций с высоким уровнем прочностных и высокоэластических характеристик в области низких температур (температура хрупкости полиуретановых композиций, изготовленных с использованием предлагаемого отвердителя, ниже минус 80°С). В рецептуру олигодиенового уретанового форполимера введены трансформаторное масло и 20%-ный раствор ароматического ТФМТИ в дихлорэтане или 27%-ный раствор ароматического ТФМТИ в этилацетате. Данный отвердитель расширяет возможности получения полиуретановых композиций, работоспособных в широком температурном диапазоне эксплуатации изделий и повышает их стабильность в течение гарантийного срока хранения с сохранением механических и адгезионных характеристик, а также обеспечивает их работоспособность в условиях воздействия высоких нагрузок.
Заявляемые пределы соотношений между компонентами определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения формирования полимерной сетки, обеспечивающей высокие физико-механические адгезионные и эксплуатационные характеристики готовой полиуретановой композиции.
По внешнему виду отвердитель представляет собой вязкую прозрачную жидкость от светло-коричневого до темно-коричневого цвета.
Форполимер, взятый для получения отвердителя, представляет собой продукт взаимодействия олигодиена с толуилендиизоцианатом.
В табл.1 приведена рецептура предлагаемого отвердителя в сравнении с прототипом по заявке №273424, мас.%
Таблица 1 Рецептура отвердителя для полиуретановых композиций | |||||
Наименование компонентов | Прототип (мольное соотношение) | мас.% | |||
Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | ||
1. Олигодиены: диизоцианат: ненасыщенный мономер | 1:1,5-2,2:1,1-6,0 | - | - | - | - |
2. Олигодиеновый уретановый форполимер | - | 80,0 | 91,0 | 80,97 | 87,0 |
3. 20%-ный раствор ТФМТИ в дихлорэтане 27%-ный раствор ТФМТИ в этилацетате | - - | - 10,0 | - 7,0 | 10,93 - | 13,0 - |
4. Трансформаторное масло | - | 10,0 | 2,0 | 8,1 | - |
Свойства предлагаемого отвердителя на основе олигодиенового уретанового форполимера приведены в табл.2.
Таблица 2 Свойства отвердителя для полиуретановых композиций | |||||
Наименование показателей | Прототип | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 |
1. Содержание изоцианатных групп, % | не определяется | 3,8 | 4,0 | 4,3 | 4,5 |
2. Цвет | Вязкая жидкость от светло-коричневого до темно-коричневого цвета | ||||
3. Температура хрупкости отвержденных составов с использованием предлагаемого отвердителя, °С | выше минус 5 | ниже минус 80 | |||
4. Вязкость при температуре 25°С, Па·с | - | 41,7 | 40,7 | 41,0 | 40,5 |
5. Срок хранения | не хранится | 6 месяцев | |||
Примечание: С использованием данного отвердителя были приготовлены полиуретановые композиции на основе олигодиеновых каучуков, пластифицированных трансформаторным маслом. Прочность на разрыв при температуре 20°С при скорости деформации 500 мм/мин составляет 33,0-38,0 кгс/см2, относительное удлинение 350-600%, модуль упругости при 2%-ном растяжении при скорости деформации 3,3 мм/мин и при температуре минус 50°С110-140 кгс/см 2. Прочность адгезии к баллиститному топливу составляет 31,5-41,0 кгс/см2 с когезионным (по топливу) характером разрушения образцов. |
Из табл.2 видно, что полученный отвердитель находится в жидком состоянии и обладает вязкостью на уровне 40,5-41,7 Па·с, что позволяет использовать его в качестве отвердителя для полиуретановых композиций без специальной подготовки. Отвердитель обладает длительным гарантийным сроком хранения без изменения своих технических характеристик. Используя предлагаемый отвердитель, удалось добиться понижения температуры хрупкости отвержденных полиуретановых композиций - ниже минус 80°С. Этот показатель является основным требованием к конструкции изделий из баллиститного топлива, так как температурный диапазон эксплуатации большинства зарядов находится в пределах от плюс 50°С до минус 50°С. Прототип имеет температуру хрупкости выше минус 5°С, что не соответствует требованиям конструкторской документации.
Таким образом, предлагаемый способ получения нового отвердителя для полиуретановых композиций достигается за счет использования олигодиенового уретанового форполимера в сочетании с 20%-ным раствором ароматического ТФМТИ в дихлорэтане или 27%-ным раствором ароматического ТФМТИ в этилацетате пластифицированного трансформаторным маслом или непластифицированного при температуре 60±5°С при остаточном давлении не более 1333 Па в течение 6 часов. Данный отвердитель позволяет получать полиуретановые композиции с высокими физико-механическими, адгезионными и эксплуатационными характеристиками, обеспечивающими работоспособность изделий в широком интервале температур от плюс 50°С до минус 50°С.
Класс C08G18/10 Способы форполимеризации, включающие реакцию изоцианатов или изотиоцианатов с соединениями, имеющими активный атом водорода в первой стадии реакции
Класс C08G18/12 с использованием двух или более соединений, содержащих активный атом водорода в первой стадии полимеризации
Класс C08G18/70 отличающиеся выбором изоцианатов или изотиоцианатов