Способ получения отвердителя

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/см², 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.

 

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 (Т_хр˜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°С˜110-140 кгс/см2. 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.

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