Способ изготовления изделий из полиуретанов

 

Изобретение относится к технологии переработки литьевых полиуретанов, в частности к способу изготовления изделий из полиуретанов для различных отраслей промышленности. Описывается способ изготовления изделий из полиуретанов, включающий взаимодействие олигомера на основе простых или сложных полиэфиров с концевыми изоцианатными группами с отвердителями аминного типа, отверждение полученного жидкого полиуретана до пластической смолы с последующим ее прессованием в изделия. В качестве отвердителей используют систему, состоящую из блокированного отвердителя с 5-55% и неблокированного отвердителя с 49-95% от общего количества аминогрупп. Стехиометрическое отношение общего количества аминогрупп отвердителей к изоцианатным группам олигомера составляет 0,75-1,05. Осуществляют смешение олигомера первично с отвердителем, который содержит блокированные аминогруппы, а затем с отвердителем, содержащим неблокированные аминогруппы. Отверждение жидкого полиуретана проводят при комнатной температуре за 30-150 мин, в течение которых показатель твердости образовавшейся пластической смолы достигает 20-70 усл. ед. по Шору А. Предложенный способ позволяет расширить ассортимент и повысить надежность резинотехнических изделий путем обеспечения более высокого качества получаемых деталей. Кроме того, возможна организация массового производства изделий из полиуретанов с временными разрывами между технологическими стадиями при сохранении технологических свойств пластической смолы полиуретановой композиции при хранении 8 ч и более. 2 табл.

Изобретение относится к технологии переработки литьевых полиуретанов, а именно к способу изготовления из данных материалов различных резинотехнических деталей сложной конфигурации и малой единичной массы при использовании метода прессования.

Полиуретановые эластомеры широко используются в различных отраслях промышленности в качестве конструкционного материала благодаря его высокой износостойкости, хорошим прочностным свойствам и длительной химической стойкости к маслам и нефтепродуктам.

Известны методы переработки исходного форполимера путем жидкого формования [US 3310533 A, DE 1570548 A]. Однако при изготовлении такими методами деталей сложной формы на стадии заполнения форм жидкой композицией на рабочих поверхностях деталей образуются дефекты. Устранение этих дефектов связано с высокой трудоемкостью и низкой эффективностью, связанной с накоплением большого количества отходов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ переработки литьевых полиуретанов для получения изделий различного назначения методом прессования [Русецкий В.В. и др. Каучук и резина. 1989, 3, с. 15-17], включающий синтез полиуританового каучука на основе простых полиэфиров при использовании удлинителей цепи аминного типа и получение формовых резинотехнических изделий сложной формы и малой единичной массы методом прессования полимерной пластической смолы.

Однако полученный в процессе синтеза полиуретановый каучук необходимо использовать для переработки в изделия прессованием в течение 6-7 ч после стадии получения при условии, что температура синтеза составляет 40-70^oС, а температура хранения не превышает 30^oС. Увеличение времени хранения делает невозможным получение изделий хорошего качества, поскольку происходит резкое увеличение твердости пластической смолы с потерей ценных физико-механических свойств.

Задача, решаемая данным изобретением, состоит в разработке способа изготовления из полиуретанов резинотехнических изделий, а именно деталей сложной конфигурации и малой массы, путем получения пластичной полиуретановой смолы повышенной жизнеспособности и дальнейшего ее прессования с обеспечением хорошей воспроизводимости размеров изделий. Применение данного способа позволяет расширить ассортимент и повысить надежность резинотехнических изделий за счет обеспечения более высокого качества получаемых деталей и достижения высокой стабильности технологического процесса. Кроме того, при использовании заявленного способа возможна организация массового производства изделий из полиуретанов с временными разрывами между технологическими стадиями при сохранении технологических свойств пластической смолы полиуретановой композиции при хранении 8 ч и более.

Заявляемый способ получения резинотехнических изделий из полиуретанов включает в себя следующие основные стадии: а) получение жидкой полиуретановой композиции в реакторе периодического действия; б) отверждение жидкой массы до гелеобразного состояния с получением пластической смолы; в) прессование пластической смолы в изделия сложной конфигурации и малой единичной массы.

Первая стадия предложенного способа представляет собой процесс синтеза полиуретана путем взаимодействия олигомера на основе простых или сложных полиэфиров с концевыми изоцианатными группами с отвердителями аминного типа. Предпочтительными олигомерами на основе простых полиэфиров являются форполимеры СКУ-ПФЛ-100, СКУ-ПФЛ-74, адипрен Л-167, адипрен Л-100, а на основе сложных полиэфиров - СКУ-7Л, вибратан В8080, вибратан В8083. При этом ведут последовательное смешение олигомера с различными по природе отвердителями аминного типа, первично осуществляют взаимодействие с отвердителем, который содержит блокированные аминогруппы, а затем с отвердителем, содержащим неблокированные аминогруппы.

В качестве отвердителя аминного типа возможно использование Кейтура 21 (50%-ная дисперсия комплекса 4,4'-диаминодифенилметана с хлоридом натрия в диоктилфталате) с блокированными аминогруппами, а в качестве отвердителя с неблокированными аминогруппами - диамета Х (3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан).

Процесс получения трехкомпонентной полиуретановой композиции осуществляют в реакторе периодического действия при температуре от 40 до 70^oС, регулируя температурный режим перед вводом каждого компонента. Вязкость полиуретановой композиции при температуре смешения составляет 1000-5000 сП, что позволяет обеспечивать равномерное распределение всех компонентов в объеме при скорости мешалки 200-400 об/мин.

Полученную полиуретановую жидкую массу разливают листами толщиной не более 10 мм и выдерживают при комнатной температуре. При этом происходит образование пластической смолы, что обуславливается отверждением полиуретана до гелеобразного состояния, т.е. переходом смеси из вязкотекучего в пластическое состояние.

Жизнеспособность пластической смолы зависит от исходного содержания отвердителей в композиции. Оптимальным соотношением реакционных групп NН₂ отвердителя с неблокированными аминогруппами к NCO олигомера является соотношение 0,55-0,65. Содержание блокированных аминных групп первого отвердителя не оказывает существенного значения на жизнеспособность пластической смолы, но влияет на физико-механические свойства полученного полиуретана. Стехиометрическое соотношение общего количества аминогрупп отвердителей к функциональным группам олигомера составляет от 0,75 до 1,05.

Установлено, что для обеспечения возможности дальнейшей переработки методом прессования время вылежки пластической смолы определяется изменением твердости образующегося геля. Твердость в пределах 20-70 усл. ед. по Шору А гель достигает в течение 30-150 мин.

При достижении данным показателем величины 20 усл. ед. пластическая смола приобретает свойства, необходимые для получении заготовки детали для прессования, а при твердости выше 70 усл. ед. она теряет пластические свойства, способность к переработке и разрушается при прессовании.

Полученная пластическая смола сохраняет свои свойства до 24 ч при условии, что температура хранения не превышает 30^oС. Возможно также более длительное хранение, но это требует охлаждения для предотвращения структурирования материала.

После достижения необходимой твердости пластическую смолу используют для изготовления деталей сложной конфигурации методом прессования при температуре 100-170^oС и давлении 5 МПа и более. Время прессования в зависимости от размеров и сложности изделий может составлять от 5 до 60 мин. Допускается использование дополнительного термостатирования.

В таблицах представлены конкретные примеры осуществления заявленного способа, включая рецептуры полиуретановых композиций и режимы синтеза (табл. 1) и прессования (табл. 2).

Пример. Приготовление композиции осуществляют в реакторе периодического действия. Используют олигомеры на основе простых или сложных полиэфиров с концевыми изоцианатными группами. Отверждающие агенты вводят последовательно по следующей схеме: 50%-ную дисперсию аминного отвердителя 4,4'-диаминодифенилметана с хлоридом натрия в пластификаторе, например в диоктилфталате, добавляют в олигомер и перемешивают при температурах, указанных в табл. 1, в течение 2 мин. Затем вводят расплав аминного отвердителя 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан и перемешивают в течение 1 мин при температурах, указанных в табл. 1. Полученную жидкую полиуретановую массу выгружают в металлические поддоны слоем не более 10 мм и оставляют для выдержки при комнатной температуре.

По достижении необходимой твердости пластическую смолу используют непосредственно для дальнейшего прессования в изделия, режимы представлены в табл. 2, либо оставляют для хранения на определенное время при условиях, обеспечивающих сохранение ее физико-механических показателей. Физико-механические свойства полиуретана представлены в табл. 2.

Предложенный способ изготовления деталей из полиуретанов путем прессования пластической смолы позволяет расширить ассортимент и повысить надежность резинотехнических изделий в узлах машин и механизмов за счет обеспечения более высокого качества получаемых деталей.

Формула изобретения

Способ изготовления изделий из полиуретанов, включающий взаимодействие олигомера с концевыми изоцианатными группами с аминным отвердителем при стехиометрическом отношении аминогрупп отвердителя к изоцианатным группам олигомера 0,75-1,05 с последующим отверждением полученного при этом жидкого полиуретана до пластической смолы и прессованием в изделия, отличающийся тем, что в качестве олигомера используют простые или сложные полиэфиры с концевыми изоцианатными группами, а в качестве аминного отвердителя используют систему отвердителей, состоящую из блокированного отвердителя, содержащего 5-55% блокированных аминогрупп от общего числа свободных аминогрупп, и неблокированного отвердителя, содержащего 45-95% аминогрупп, при оптимальном отношении реакционных групп NH₂ отвердителя с неблокированными аминогруппами к NCO олигомера 0,55-0,65, при этом взаимодействие олигомера осуществляют при 40-70^oС сначала с блокированным, затем - с неблокированным отвердителем, а отверждение ведут при комнатной температуре в течение времени, за которое показатель твердости образующейся пластической смолы достигает 20-70 усл. ед. по Шору А.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2