Гибридная смола

Изобретение относится к термоотверждаемой огнестойкой гибридной смоле на основе реакционноспособных соединений, которая может применяться в качестве огнестойкого связующего в полимерных композиционных материалах. Изобретение может быть использовано в химической, строительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Композиция на основе жидкого низкомолекулярного силоксанового полимера - олигомера силоксана [CH₃SiO_0.75(ОСН₃)_1.5], включающая борсодержащее соединение. В качестве борсодержащего соединения она содержит олигомер борной кислоты, полученный термообработкой борной кислоты при 220-230°C в течение 3-4 ч, при этом содержание олигомера борной кислоты в композиции составляет 10-20 мас.% от количества олигомера силоксана. Указанный олигомер борной кислоты растворим в олигомере силоксана [CH₃SiO_0.75(ОСН₃)_1.5]. При температуре 110-150°C композиция переходит в твердое состояние. Термоотверждаемая огнестойкая гибридная смола отличается низким содержанием органического компонента, что повышает ее термостойкость и снижает горючесть, позволяет уменьшить количество летучих продуктов термодеструкции. Кроме того, отвержденная смола отличается высокой влагостойкостью. 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к термоотверждаемой гибридной смоле на основе реакционноспособных соединений, которая может применяться в качестве огнестойкого связующего в полимерных композиционных материалах. Изобретение может быть использовано в химической, строительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Недостатком известных органических смол (эпоксидных, фенольных, акрилатных, силоксановых) является высокая горючесть и образование большого количества экологически опасных газообразных продуктов при термической деструкции.

Проблема снижения горючести полимеров весьма актуальна. Заметное промышленное применение в качестве добавок, снижающих горючесть полимеров, нашли соединения бора, такие как борная кислота, бура, различные бораты. С их помощью получены композиционные материалы с повышенной огнестойкостью на основе фенолформальдегидных и эпоксидных смол. Известно применение в полимерных композициях различных других антипиренных добавок: например, используют трихлорэтилфосфат, трехокись сурьмы (RU 2260022, C08L 63/00, C08L 61/00, C08J 5/24, В32В 17/10, 10.09.2005); золу-унос (отход производства ТЭС) (RU 2411267, C08L 61/24, C08J 9/06, 10.02.2011) и др.

Предложен огнестойкий и биостойкий материал на основе древесины, обработанной пропиточными составами, включающими бишофит (6-водный хлорид магния MgCl₂·6H₂O) и борсодержащие соединения (борная кислота и тетраборат натрия), которые в определенных условиях способны образовывать нерастворимые кристаллогидраты. При последовательной вакуумной пропитке древесины бишофитом и раствором тетрабората натрия был получен материал, которому по результатам испытания на огнестойкость по ГОСТ 30028.3-93 может быть присвоен первый класс огнезащищающей способности (Тезисы 5-й Международной конференции «Полимерные материалы пониженной горючести», Волгоград, 2003, с.70).

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является композиция на основе жидкого низкомолекулярного силоксанового каучука для получения огнестойкого материала, включающая этилсиликат-40 или тетраэтоксисилан в качестве отвердителя и для повышения огнестойкости алкоксититанборат (в качестве алкокси-групп заявлены этокси-, пропокси- и бутокси-группы), при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: силоксановый каучук - 100, отвердитель - 10-30, алкоксититанборат - 10-30 (RU 2460751, C09D 183/04, D06M 15/693, D06M 15/643, C09K 21/14, D06M 101/34, 10.09.2012 - прототип).

Композиция-прототип характеризуется высокой стабильностью и хорошей адгезией вулканизованного покрытия из нее к синтетическим тканям. Защитные покрытия из этой композиции достаточно огнестойки - выдерживают до 2.5 мин в открытом пламени. Однако композиция-прототип из-за большого содержания углеродсодержащих групп в компонентах имеет относительно высокую горючесть и образует значительное количество газообразных продуктов деструкции.

Задачей предлагаемого изобретения является создание гибридной смолы с низким содержанием органического компонента, отличающейся после отверждения высокой термостойкостью, пониженной горючестью, небольшим количеством летучих продуктов термодеструкции и высокой влагостойкостью.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемой композицией на основе жидкого низкомолекулярного силоксанового полимера, включающей борсодержащее соединение, которая в качестве жидкого низкомолекулярного силоксанового полимера содержит олигомер силоксана [CH₃SiO_0.75(ОСН₃)_1.5], в качестве борсодержащего соединения - олигомер борной кислоты, полученный термообработкой борной кислоты при 220-230°C в течение 3-4 ч, при этом содержание олигомера борной кислоты в композиции составляет 10-20 мас.% от количества олигомера силоксана.

Олигомер борной кислоты, полученный термообработкой борной кислоты при 220-230°C в течение 3-4 ч, растворим в олигомере силоксана [CH₃SiO_0.75(ОСН₃)_1.5].

Предлагаемая композиция при температуре 110-150°C переходит в твердое состояние.

Олигомер силоксана [CH₃SiO_0.75(ОСН₃)_1.5], предоставленный фирмой «Пента», имеет вязкость при комнатной температуре 140-200 сП.

Олигомер борной кислоты, полученный термообработкой борной кислоты при 220-230°C в течение 3-4 ч, представляет собой прозрачный, гидролитически устойчивый на воздухе стеклообразный продукт с температурой размягчения 127-142°C и температурой текучести 160-180°C. Полимерный характер синтезированного продукта подтверждается тем, что его термомеханическая кривая имеет вид, типичный для высокомолекулярных соединений. В то же время ясно, что полученный продукт является олигомером, так как его температура размягчения (127-142°C) существенно отличается от соответствующей температуры для полимера борной кислоты - борного ангидрида, получаемого прокаливанием борной кислоты при 580°C. Борный ангидрид размягчается при 300°C, плавится при 577°C и легко поглощает влагу на воздухе.

Предлагаемую гибридную смолу получали путем тщательного перемешивания смеси олигомера борной кислоты, синтезированного термообработкой борной кислоты при 220-230°C в течение 3-4 ч, и жидкого силоксанового олигомера [CH₃SiO_0.75(ОСН₃)_1.5] при комнатной температуре до полного растворения твердого компонента. При этом вязкость гибридной смолы, содержащей 10-20 мас.% олигомера борной кислоты от количества олигомера силоксана, при 20°C возрастает за 80-90 мин от 140-200 сП до 400-1200 сП. Жизнеспособность жидкофазной гибридной смолы без доступа воздуха составляет 3-5 дней, на воздухе - 1,5-3 ч, после чего она загустевает.

Предлагаемая гибридная смола предназначается для использования в качестве огнестойкого связующего в полимерных армированных композиционных материалах.

При термообработке жидкофазная смола переходит в твердое состояние. Измерение горючести отвержденной при 110-150°C в течение 30-60 мин жидкой смолы методом кислородного индекса показало, что материал не поддерживает самостоятельного горения в чистом кислороде.

Приводим примеры получения предлагаемой гибридной смолы.

Пример 1.

0.5 г олигомера борной кислоты, синтезированного термообработкой борной кислоты при 220°C в течение 4 ч, имеющего температуру размягчения 130-142°C, и 5.0 г жидкого силоксанового олигомера [CH₃SiO_0.75(ОСН₃)_1.5] перемешивали в течение 2 ч при комнатной температуре до полного растворения твердого компонента. Вязкость полученной жидкой гибридной смолы составила 1000 сП. После термообработки при 110°C в течение 60 мин получили твердый прозрачный влагостойкий материал (при выдерживании на воздухе в течение 120 ч при 25°C вес образца увеличивается на 0,6%). Измерение горючести твердой смолы методом кислородного индекса показало, что материал не поддерживает самостоятельного горения в чистом кислороде.

Пример 2.

1,0 г олигомера борной кислоты, синтезированного термообработкой борной кислоты при 230°C в течение 3 ч, имеющего температуру размягчения 127-140°C, и 5.0 г жидкого силоксанового олигомера [CH₃SiO_0.75(ОСН₃)_1.5] перемешивали в течение 3 ч при комнатной температуре до полного растворения твердого компонента. Вязкость полученной жидкой органо-неорганической гибридной смолы составила 1200 сП. После термообработки при 150°C в течение 30 мин получили твердый прозрачный влагостойкий материал (при выдерживании на воздухе в течение 120 ч при 25°C вес образца увеличивается на 0,6%). Измерение горючести твердой смолы методом кислородного индекса показало, что материал не поддерживает самостоятельного горения в чистом кислороде.

Уменьшение в предлагаемой гибридной смоле содержания олигомера борной кислоты ниже 10 мас.% от количества олигомера силоксана приводит к снижению термостойкости и повышению горючести отвержденного материала. Если количество борсодержащего олигомера превышает 20 мас.%, растет вязкость жидкой гибридной смолы и снижается ее жизнеспособность.

Таким образом, как видно из приведенных примеров, предлагаемая термоотверждаемая гибридная смола отличается низким содержанием органического компонента, что повышает ее термостойкость и снижает горючесть, позволяет уменьшить количество летучих продуктов термодеструкции. Кроме того, отвержденная смола отличается высокой влагостойкостью.

1. Композиция огнестойкой гибридной смолы на основе жидкого низкомолекулярного силоксанового полимера, включающая борсодержащее соединение, отличающаяся тем, что в качестве жидкого низкомолекулярного силоксанового полимера она содержит олигомер силоксана [CH₃SiO_0.75(ОСН₃)_1.5], в качестве борсодержащего соединения - олигомер борной кислоты, полученный термообработкой борной кислоты при 220-230°C в течение 3-4 ч, при этом содержание олигомера борной кислоты в композиции составляет 10-20 мас.% от количества олигомера силоксана.

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что олигомер борной кислоты, полученный термообработкой борной кислоты при 220-230°C в течение 3-4 часов, растворим в олигомере силоксана [CH₃SiO_0.75(ОСН₃)_1.5].

3. Композиция по п.1 или п.2, отличающаяся тем, что при температуре 110-150°C она переходит в твердое состояние.