Полимерная композиция на основе фенолформальдегидной смолы для получения полых микросфер

Композиция, применяемая для получения полых микросфер, которые используются как составляющая бурильных растворов при разведке и добыче нефти, в качестве наполнителя низкой плотности в различных композиционных материалах, применяемых в машиностроении, авиа-, судостроении, космонавтике, при получении теплоизоляционных материалов, включает (мас.ч.): резольную фенолформальдегидную смолу с условной вязкостью 5000-9000 спз - 100, порофор (5), простой полиэфир на основе блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида с молекулярной массой 4000-6000 (2-3). Технический результат - повышение коэффициента заполнения объема микросфер, улучшение сыпучести микросфер, снижение количества полиячеистых частиц, повышение прочности при гидростатическом сжатии. 1 табл.

 

Изобретение относится к химии полимеров, а именно к композициям, применяемым для изготовления полых микросфер (далее - микросфер), которые используются, в частности, как составляющая бурильных растворов при разведке и добыче нефти, в качестве наполнителя низкой плотности в различных композиционных и в легких высокопрочных конструкционных материалах, применяемых в машиностроении, авиа-, судостроении, космонавтике, при получении теплоизоляционных материалов.

Современное разнообразие и сложность технических задач при создании микросфер и синтактных пен на их основе формируют новые задачи по совершенствованию композиционных материалов, технологических и эксплуатационных свойств полимерных композиций для их получения. Одним из решений подобных задач является создание полимерных композиций, рационально сочетающих необходимые технологические характеристики для получения микросфер и их дальнейшей переработки в синтактные пены.

Известна полимерная композиция на основе фенолформальдегидной смолы для получения микросфер по авторскому свидетельству СССР №712123 (опубл. 1980 г.), содержащая (мас.ч.): фенолформальдегидную смолу (43-45), полиоксибензиламин (50-54) и гексаметилентетрамин (3-5). Известна полимерная композиция для получения микросфер по патенту РФ №2110537 (опубл. 1998 г.), содержащая (мас.ч.): жидкую резольную фенолформальдегидную смолу с молекулярной массой - 1000 (100), порофор (0,05-7,0), поверхностно-активное вещество (0,01-3,0) и гидроксид щелочного металла (0,001-3,00). К числу недостатков указанных изобретений, препятствующих указанному ниже техническому результату, можно отнести нестабильность физико-химических свойств композиции в процессе получения и дальнейшей переработки, связанных с чрезмерным нарастанием вязкости композиции, появляющимся в связи с введением в состав гидроксида щелочного металла.

Наиболее близким изобретением к заявляемому является композиция для получения микросфер по авторскому свидетельству СССР №478036 (опубл. 1975 г.), содержащая (мас.ч.): жидкую резольную фенолформальдегидную смолу (100), порофор (1-7) и поверхностно-активное вещество (1-3). Композиция по прототипу имеет следующие недостатки: отсутствие фиксированной вязкости используемой фенолформальдегидной смолы приводит к технологическим трудностям при распылении перерабатываемой полимерной композиции для получения микросфер, а именно к появлению в конечном продукте большого количества полиячеистых микросфер, представляющих собой либо слипшиеся микросферы различных размеров, либо крупные микросферы с разнотолщинной оболочкой, что, в свою очередь, приводит к снижению сыпучести микросфер, повышению насыпной плотности, снижению прочности при гидростатическом сжатии как самих микросфер, так и ухудшению эксплуатационных свойств синтактных пен на их основе.

Суть изобретения заключается в следующем.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка состава полимерной композиции на основе фенолформальдегидной смолы для получения микросфер, улучшающих технологические показатели указанной композиции для ее дальнейшей переработки, а также эксплуатационные показатели полученных микросфер.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение коэффициента заполнения объема микросфер, улучшение сыпучести микросфер, снижение количества полиячеистых частиц, повышение прочности при гидростатическом сжатии.

Указанный технический результат достигается за счет применения в составе полимерной композиции на основе фенолформальдегидной смолы для получения микросфер резольной фенолформальдегидной смолы с условной вязкостью 5000-9000 спз в количестве 100 мас.ч., порофора в количестве 5 мас.ч. и простого полиэфира на основе блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида с молекулярной массой 4000-6000 в количестве 2-3 мас.ч.

Дополнительные исследования, проведенные заявителем, показали, что использование в составе заявляемой полимерной композиции в качестве резольной фенолоформальдегидной смолы резольной фенолформальдегидной смолы с условной вязкостью 5000-9000 спз обеспечивает в дальнейшем режим распыления полимерной композиции в процессе дальнейшей ее переработки, который резко снижает выход полиячеистых микросфер. Введение в состав заявляемой полимерной композиции простого полиэфира на основе блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида с молекулярной массой 4000-6000 в заданном количестве создает условия для коалесцирования образующихся при разложении порофора газовых пузырьков при термообработке полимерной композиции, приводя, таким образом, к дополнительному сокращению количества полиячеистых частиц, улучшая показатели коэффициента заполнения объема микросфер, сыпучести микросфер и их прочности при гидростатическом сжатии.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Полимерную композицию на основе фенолформальдегидной смолы готовят в емкости с мешалкой и нагревательной рубашкой, подогревают композицию в змеевиковом теплообменнике до температуры разложения порофора, после чего подают в гомогенизатор проточного типа. Полученную полимерную композицию, нагретую до температуры, обеспечивающей технологическую вязкость, подают в дисковый распылитель, после чего распыляют в сушильную камеру при повышенной температуре, которая задается посредством сжигания топочных газов.

Для осуществления изобретения могут быть использованы следующие вещества:

В качестве резольной фенолформальдегидной смолы - продукты поликонденсации фенола с формальдегидом в щелочной среде, в частности бакелит жидкий марки БЖ-ЗА (ТУ 2221-067-05015227-98), бакелит жидкий марки БЖ-6 (ГОСТ 4559-79) с молекулярной массой не менее 1000.

В качестве порофора - порофор ЧХЗ-21 (ТУ 113-38-110-91), а также порофоры производства фирмы Вауег (Германия), выпускаемые под торговыми марками Женитрон АС, Целлоген AZ.

В качестве простого полиэфира на основе блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида с молекулярной массой 4000-6000 - продукты, выпускаемые под торговой маркой Проксанол - 305 по ТУ 14-19-676-86 или Дисольван-4411 (производство Японии).

Доказательства преимуществ заявленного изобретения основаны на измерении и сравнении насыпной плотности полученных микросфер, коэффициента заполнения объема, угола естественного откоса (сыпучести микросфер), массовой доли полиячеистых частиц, прочности при гидростатическом сжатии.

Насыпная плотность микросфер представляет собой массу свободно насыпанных микросфер в единице объема: характеризует степень полидисперсности частиц; определяется весовым методом с помощью волюметра.

Коэффициент заполнения объема (коэффициент упаковки) характеризует наиболее оптимальный дисперсный состав микросфер по размерам и объемному содержанию, обеспечивающий микросферам наиболее плотную упаковку и, как следствие, заданную плотность конечного материала.

Угол естественного откоса является характеристикой сыпучести микросфер, оценивается в пределах 36-45°С и находится в обратнопропорциональной зависимости от показателя сыпучести: чем меньше угол естественного откоса, тем выше сыпучесть продукта. Указанный показатель характеризует технологические показатели микросфер при дальнейшей переработке микросфер в синтактные пены.

Прочность при гидростатическом сжатии оценивает технологический показатель микросфер при их применении в составе буровых растворов, а также в составе синтактных пен, используемых на различных глубинах. Указанный показатель определяется методом создания и медленного повышения давления в камере, в которую помещен специальный водопроницаемый патрон калиброванного объема, заполненный микросферами: за гидростатическую прочность принимают величину давления, соответствующую потере 10% объема в патроне.

Конкретная реализация изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В соответствии с вышеописанным способом готовили полимерную композицию на основе фенолформальдегидной смолы следующего состава: резольная фенолформальдегидная смола с условной вязкостью 5000 сП - 100 мас.ч., порофор - 5 мас.ч., простой полиэфир на основе блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида с молекулярной массой 6000 (Проксанола) - 2 мас.ч.

Пример 2

В соответствии с вышеописанным способом готовили полимерную композицию на основе фенолформальдегидной смолы следующего состава: резольная фенолформальдегидная смола с условной вязкостью 7000 сП - 100 мас.ч., порофор - 5 мас.ч., простой полиэфир на основе блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида (Проксанола) с молекулярной массой 5000 - 2,5 мас.ч.

Пример 3

В соответствии с вышеописанным способом готовили полимерную композицию на основе фенолформальдегидной смолы следующего состава: резольная фенолформальдегидная смола с условной вязкостью 9000 сП - 100 мас.ч., порофор - 5 мас.ч., простой полиэфир на основе блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида (Дисольвана) с молекулярной массой 4000 - 3,0 мас.ч.

Сравнительные данные испытаний приведены в таблице.

Таблица
Примеры	Насыпная плотность микросфер, г/см3	Коэффициент заполнения объема	Угол естественно го откоса, градус	Массовая доля полиячеистых частиц, %	Прочность при гидростатическом сжатии, МПа
Пример 1	0,137	0,63	40	19,2	21-23
Пример 2	0,145	0,61	32	18,5	24-27
Пример 3	0,153	0,64	23	18,7	39-43
Пример 4 (сравнит.)	0,158	0,57	44	27,7	17-19

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №712123 (опубл. 1980 г.).

2. Патент РФ № 2110537 (опубл. 1998 г.).

3. Авторское свидетельство СССР №478036 (опубл. 1975 г.) прототип.

Полимерная композиция на основе фенолформальдегидной смолы для получения полых микросфер, включающая резольную фенолформальдегидную смолу и порофор, взятые в массовом соотношении 100:5, отличающаяся тем, что в качестве резольной фенолформальдегидной смолы полимерная композиция содержит указанную смолу с условной вязкостью 5000-9000 сПз и дополнительно содержит простой полиэфир на основе блоксополимера этиленоксида и пропиленоксида с молекулярной массой 4000-6000, взятый в массовом соотношении к указанной смоле 2-3:100.