Способ получения эластичных и негорючих пенополиимидов

 

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а именно к способу получения пенополиимидов, обладающих эластичностью и низким удельным весом, и может найти широкое использование для внутренней отделки разнообразных транспортных средств, где существует требование использовать эластичный, легкий, негорючий материал, который не поддерживает горение и в пламени не выделяет каких-либо токсичных веществ. Сущность: способ получения эластичных и негорючих пенополиимидов предусматривает взаимодействие ароматической тетракарбовой кислоты или ее диангидрида с водным раствором алифатического спирта при нагревании до кипения с добавлением при комнатной температуре гетероциклического, ароматического и алифатического диамина и термостойкого катионного фторсодержащего поверхностно-активного вещества мол. м. 625 - 670, выбранного из группы, включающей ЧАС - 7, ЧАС - 9, ЧАС - 76, и ФАБ - 06 в количестве 4,0 - 10,0 мас. % реагирующих веществ, сушку продуктов реакции, их измельчение и термообработку. 1 табл.

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а именно к способу получения пенополиимидов, обладающих эластичностью и низким удельным весом.

Изобретение может найти широкое использование для внутренней отделки разнообразных транспортных средств, где существует требование использовать эластичный, легкий, негорючий материал, который не поддерживает горения и в пламени не выделяет каких-либо токсичных веществ.

В описании использованы следующие сокращения: AS-2 и Х-3 - поверхностно-активные вещества (ПАВ) - неионогенные, фторированные полиалкиленовые сополимеры, производимые фирмой "Дюпон де Немур" (США); ЧАС-7, ЧАС-9 и ЧАС-76 - ПАВ отечественного производства (ТУ 6-02-2-817-84), относящиеся к классу термостойких катионных фторсодержащих ПАВ; вещества, имеющие амидную связь с мол.м. 625-670.

ФАБ-06 - ПАВ со структурой [C2F5(F2OCF(CF3)OCH(CF3) х х CONH(CH2)3N+(CH3)3]Br- C15H17O3N2F16Br мол. м. = 657,2, относящийся к классу термостойких, катионных, фторсодержащих ПАВ.

Известен способ получения пенополиимидов, который включает в себя следующие существенные признаки: 1. 3,3', 4,4'-бензофенонтетракарбоновую кислоту или ее диангидрид растворяют в избытке водного раствора низшего алифатического спирта и нагревают до полного растворения.

2. К полученному раствору последовательно добавляют при 25-35оС диамины в следующем порядке: ароматический, гетероциклический и алифатический в суммарном эквимольном количестве, добавление последующего диамина осуществляют после растворения предыдущего.

3.Молярные количества диаминов составляют: гетероциклический 0,05-0,90; алифатический 0,05-0,50; ароматический до 1,00.

4. После добавления диаминов в реакционную смесь вводят поверхностно-активное вещество в количестве 0,01-0,10 мас.% от суммарной массы тетракарбоновой кислоты и диаминов.

5. После полной гомогенизации растворитель удаляют, полученный порошок вспенивают в микроволновой печи и имидизуют при 260-290оС.

6. В качестве диаминов берут: а) ароматический из ряда, включающего 3,3'-диаминодифенилсульфон; 4,4'-диаминодифенилсульфон; 4,4'-диаминодифенилсульфид; 3,3'-диаминодифенилоксид; 4,4'-диаминодифенилоксид; 4,4'-диаминодифенилметан; n-фенилендиамин.

б) гетероциклический из ряда, содержащего 2,6-диамино- и 3,5-диаминопиридин; в) алифатический с С312.

7. В качестве ПАВ используют неионогенные, фторированные полиалкиленовые сополимеры AS-2 или Х-3 (строение и состав не расшифровывается).

Оптимальными свойствами обладает пенополиимид, содержащий, мол.доли: 3,3', 4,4'-Бензофенонтетра- карбоновая кислота 1,0 2,6-диаминопиридин 0,3 4,4-диаминодифенилметан 0,5 1,6-гексаметилендиамин 0,2 Сополимид получен в присутствии ПАВ Х-3 в количестве 0,1 мас.% сомономеров.

Целевой пенополиимид обладает среднеячеистой гомогенной структурой, эластичный, негорючий: Плотность 23 кг/м3 Остаточная деформация 30% Эластичность 55%
Основным недостатком известного решения можно считать относительно низкие параметры эксплуатационных характеристик пенополиимидного материала.

Задачей изобретения является улучшение комплекса эксплуатационных характеристик целевого пенополиимидного материала.

Эта задача достигается способом получения эластичных и негорючих пенополиимидов, который отличается от способа-прототипа тем, что в качестве ПАВ используют катионные фторсодержащие термостойкие ПАВ из ряда, включающего ЧАС-7, ЧАС-9, ЧАС-76 и ФАБ-06, в количестве 4,0-10,0 мас.% реагирующих веществ, а вспенивание и имидизацию ведут в одну стадию при температуре 170-250оС без предварительного прогрева при 75-85оС.

Анализ известного уровня науки и техники подтвердил неизвестность отличительного от способа-прототипа существенного признака, заключающегося в том, что в реакционную смесь добавляют катионное фторсодержащее термостойкое ПАВ в количестве 4,0-10,0 мас.%. Таким образом, этот отличительный признак является новым, что придает решению в целом соответствие критериям "существенные отличия" и "новизна".

П р и м е р 1. 6,4448 г Диангидрида бензофенонтетракарбоновой кислоты (0,020 моль) при перемешивании и кипячении с обратным холодильником растворяют в 9 мл метанола, содержащих 0,48 мл воды. После охлаждения до комнатной температуры порциями добавляют 1,9816 г 4,4'-диаминодифенилметана (0,010 моль) и гомогенизируют раствор. Затем при комнатной температуре добавляют 0,6544 г 2,6-диаминопиридина (0,0060 моль) и после полного растворения добавляют 0,4644 г 1,6-гексаметилендиамина (0,0040 моль).

Таким образом, молярное соотношение диангидрида, диаминодифенилметана, диаминопиридина и гексаметилендиамина 1:0,5:0,3:0,2.

В полученный раствор добавляют 0,3716 г (4 мас.%) ЧАС-7 и продолжают перемешивание в течение 15 мин. Избыток метанола удаляют в вакууме при 20оС. Твердый остаток измельчают в ступке, помещают в форму при 210оС на 30 мин. При этом идет вспенивание. Вспененный образец имидизуют в токе аргона при 220оС в течение 2-3 ч.

Характеристики полученного пенополиимида даны в таблице.

Испытания на сжатие проведены по ГОСТ 4651-82 "Пластмассы. Метод испытания на сжатие", при этом термин "прочность на сжатие" идентичен термину "напряжение при сжатии при пределе текучести". Модуль упругости при сжатии рассчитан по ГОСТ 18336-73 "Пластические массы ячеистые жесткие. Метод определения модуля упругости при сжатии". Условия проведения испытаний по ГОСТ 465182 и ГОСТ 18336-73 практически идентичны. Плотность определена по ГОСТ 409-77 "Пластмассы ячеистые и резины губчатые. Метод определения кажущейся плотности". Остаточная деформация определена по "ASTM Atandart 0-1564-71 Method B", USA. Термостойкость определена на дериватографе фирмы МОМ (ВР), навеска 50 мг, тигель керамический, скорость подъема температуры 5о/мин в токе воздуха o и 5 - температуры, отвечающие соответственно началу, 5%-ной потере массы при термогравиметрических испытаниях на воздухе.

Конкретные условия определения показателей, соответствующие ГОСТам: Диаметр образца пенопо- лиимида 30-35 мм Высота образца 20-25 мм Скорость сжатия 10 мм/мин
Примеры 2-36 выполнены в условиях примера 1, однако после добавления диаминов в раствор вводят указанное в таблице количество ПАВ и применяют для вспенивания указанную в таблице температуру. Характеристики пенополиимидов, полученных по примерам 2-36, также представлены в таблице.

Анализ данных таблицы показывает, что достижение заявляемой цели подтвердилось: получены пенополиимиды с улучшенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с пенополиимидами, полученными по способу-прототипу: Плотность 9,0-15,0 кг/м3
Прочность на сжатие 0,02-0,16 кг/см2
Модуль упру- гости 0,16-4,23 кг/см2
Остаточная дефор- мация 5-28%
Термостойкость пенополиимидов:
o = 400-430оС
5 = 460-480оС
Анализ таблицы подтверждает также заявленный интервальный параметр отличительного признака. Снижение концентрации ПАВ ниже 4 мас.% приводит к получению пенополиимидов с неравномерной пористой структурой с большими локунами (примеры 23-36).

Повышение с 8 до 10 мас.% количества ПАВ (сравнить примеры 11-13 и 14-19) не приводит к улучшению эксплуатационных характеристик целевых пенополиимидов.


Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛАСТИЧНЫХ И НЕГОРЮЧИХ ПЕНОПОЛИИМИДОВ взаимодействием ароматической тетракарбоновой кислоты или ее диангидрида с водным раствором алифатического спирта при нагревании до кипения с последующим добавлением при комнатной температуре гетероциклического ароматического и алифатического диаминов и поверхностно-активного вещества, сушкой продуктов реакции, их измельчением и термообработкой, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик пенополиимидов, в качестве поверхностно-активного вещества используют термостойкое катионное фторсодержащее поверхностно-активное вещество с мол.м. 625 - 670, выбранное из группы, включающей ЧАС-7, ЧАС-9, ЧАС-76 и ФАБ-06, в количестве 4,0 - 10,0% от массы реагирующих веществ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к композициям на основе эластомерных термопластичных сополиэфиров, обладающих высокими реологическими и механическими свойствами и улучшенной стойкостью к старению и пригодных для получения формованных изделий

Изобретение относится к области конструкционных материалов и может найти применение в машиностроении в качестве деталей, работающих при высоких нагрузках и давлении

Изобретение относится к композициям на основе изоцианатов для получения карбодиимидных пенопластов, которые используются в качестве тепло- и звукоизолирующих материалов

Изобретение относится к конструкционным термои теплостойким материалам и может найти применение в машиностроении при изготовлении деталей, работающих при высоких нагрузках и давлениях Изобретение позволяет повысить стабильность прочностных свойств при высокотемпературной эксплуатации за счет использования в композиции, содержащей полиимидное связующее (30-70 мае %) и углеродный наполнитель (70-30 мас.%)

Изобретение относится к полимерным композициям, конкретно к пленкообразующим композициям на основе полиамидокислот, и может быть использовано в электронной технике для изготовления межслойной изоляции и планаризации в полупроводниковых структурах, в качестве одного из маскирующих слоев в рентгеновских шаблонах, в качестве ориентирующего слоя в жидкокристаллических индикаторах и других устройствах отображения информации

Изобретение относится к термостойким полимерным пресс-материалам на основе порошкообразных полиимидов и может быть использовано при изготовлении конструкционных пластиков для электро-, радио-, криогенной техники
Наверх