Способ получения пенополиуретанового нанокомпозита



Способ получения пенополиуретанового нанокомпозита

 


Владельцы патента RU 2566149:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к производству полимерных композитов на основе пенополиуретанов, которые могут быть использованы для теплоизоляции конструкций в судостроении, авиастроении и автомобильной промышленности. Способ получения пенополиуретанового нанокомпозита включает предварительную механоактивацию наномодификатора с последующим введением его в гидроксилсодержащий полиэфир под воздействием ультразвука в количестве 0,5-3,0% относительно веса получаемого нанокомпозита, перемешивание и введение отвердителя. В качестве наномодификатора используют диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия или оксидом алюминия. Способ позволяет улучшить механические свойства материала и повысить его температуру возгорания. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к производству конструкционных материалов, в частности к полимерным композитам, которые включают полимер и неорганическую добавку.

Конструкционные материалы на основе пенополиуретанов представляют существенный интерес для многих видов промышленного и энергетического строительства, а также для судостроения, авиастроения и автомобильной промышленности; этот интерес обусловлен тем, что такие материалы обладают высокими теплоизоляционными свойствами, значительной химической стойкостью по отношению к окружающей среде (атмосфере и, в ряде случаев, водной среде), а также существенными звукоизолирующими свойствами. Использование таких материалов позволяет наиболее экономично обеспечить требуемую теплоизоляцию конструкций. Особое внимание привлекают теплоизоляционные свойства таких материалов при низких температурах, что связано с активно развивающейся отраслью судостроения: проектированием и строительством судов-газоходов, предназначенных для перевозки сжиженных газов.

Основы методик производства теплоизоляционных материалов на основе вспененных полиуретанов изложены, например, в работе Г.А. Булатова «Пенополиуретаны в машиностроении и строительстве». - М: Машиностроение, 1978, с. 12, 19, и 25.

Однако основными недостатками таких материалов, препятствующими их применению в широком спектре задач, являются недостаточные прочностные свойства получаемых конструкционных материалов, и, в ряде случаев, высокая горючесть материалов.

Одним из способов преодоления этих недостатков является введение в матрицу вспененного полиуретана неорганических добавок, обладающих достаточной прочностью, например, речного песка, бетона, углерода, а также добавка в состав гипсовых или цементных вяжущих.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является полимерный нанокомпозит и способ его получения (патент RU №2414492, МПК C08L 63/10, B82B 1/00, C09K 21/02, опубл. 20.03.2011) - прототип.

Данный композит содержит эпоксидную смолу, отвердитель и наполнитель - стеклосферы и наномодификатор. В данном изобретении наномодификатором является оксид алюминия и оксид циркония и/или оксид иттрия, изготовленный методом золь-гель синтеза, в варианте обратного соосаждения гидроксидов алюминия и циркония и/или иттрия. Композит получали перемешиванием эпоксидной смолы и наномодификатора, введением отвердителя и постепенным введением стеклосфер.

Недостатками полученного указанным способом полимерного нанокомпозита являются недостаточно высокая механическая прочность, особенно при отрицательных температурах.

Техническим результатом является повышение прочностных характеристик конструкционного материала на основе вспененного полиуретана при сохранении высоких показателей огнестойкости.

Технический результат достигается тем, что в способе получения пенополиуретанового нанокомпозита, включающем введение наномодификатора на основе неорганических оксидных соединений в виде высушенного порошка гидроксилсодержащий полиэфир, перемешивание и введение отвердителя, согласно изобретению, порошок наномодификатора предварительно механоактивируют ультразвуком, а в качестве наномодификатора используют диоксид циркония стабилизированного оксидом иттрия или оксидом алюминия, в количестве 0,5-3,0 мас. % относительно массы получаемого нанокомпозита.

В качестве наномодификатора используют диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия или оксидом алюминия.

Процесс механоактивации приводит к изменению структуры поверхностного слоя частиц наномодификатора, за счет чего обеспечивается гомогенность материала, которая, в свою очередь, во многом определяет его прочностные и огнестойкие свойства.

Улучшение механических свойств пластиков при введении в них наполнителей связан с интегральной величиной поверхности частиц наполнителя, которая тем выше, чем больше количество малоразмерных частиц. Иными словами, агломерация нескольких наноразмерных частиц в одну размерами в сотни микрон в разы понижает интегральную поверхность частиц наполнителя, снижая тем самым положительный эффект его введения. Задачей настоящей работы является достижение как можно более равномерного распределения частиц наномодификатора в объеме матрицы пластика. Очевидно, что такая задача тоже требует присутствия как можно большего количества частиц модификатора, следовательно, с этой точки зрения, наличие наноразмерных частиц предпочтительнее, чем присутствие их агломератов. Кроме того, реакционноспособность наночастиц также отчетливо возрастает с уменьшением их размеров, при приближении размера к характерному для макрообразований (сотни нанометров), качественно новые эффекты нанохимии практически отсутствуют. Исходя из вышеизложенного, устранение агломерации наночастиц на этапе введения их в матрицу пластика под воздействием ультразвука является существенным и в значительной степени определяет положительный эффект влияния введения наномодификатора.

Способ изготовления пенополиуретанового нанокомпозита состоит в следующем. Материал на основе пенополиуретана включает в себя гидроксилсодержащий полиэфир - компонент А и отвердитель - компонент Б (в соотношении А:Б=1:1-1:1,5). В качестве наполнителя в матрицу пенополиуретана вводят механоактивированный наномодификатор, представляющий собой наноразмерный стабилизированный оксидом иттрия или оксидом алюминия диоксид циркония, количество которого может варьироваться от 0,5% до 3,0% относительно веса получаемого нанокомпозита.

Наномодификатор готовят методом золь-гель синтеза в варианте обратного соосаждения.

Перед введением наномодификатора в матрицу вспененного полиуретана производится его механическая активация (один из режимов помола может быть осуществлен, например, с использованием планетарной мельницы Pulverisette 6 при 350 оборотах в минуту в течение 2 часов).

Полученный в результате порошок подвергался воздействию ультразвуком с целью разрушения агломератов. Произведенный таким образом наномодификатор имел флюоритоподобную кубическую структуру, большая часть частиц порошка имела характерный размер менее 300 нанометров (90% частиц), при этом средний размер частиц составлял порядка 200 нанометров.

Схематично, химическую реакцию образования пенополиуретана из вышеуказанных компонентов можно представить следующим образом:

Механоактивированный порошок-наномодификатор смешивают небольшими порциями с частью компонента А под воздействием ультразвука и тщательно перемешивают.

Полученную суспензию вводят в основную массу компонента А под воздействием ультразвука. После смешивания всех компонентов под высоким давлением (порядка 100-115 атм) в смесительной головке машины при встречном соударении компонентов в условиях высокоточной дозировки, полученную массу равномерно распределяют на гладкой подготовленной поверхности заданного размера (пресс-форме) с помощью набора форсунок и оставляют для затвердевания под прессом.

Пример 1.

В соответствии с ТУ 5.967-11666-98, исходными компонентами для производства пенополиуретана были: гидроксилсодержащий полиэфир - компонент А (изолан-252 + 0.8% викат-252) и отвердитель - изоцианат (МФИ) - компонент Б в соотношении компонентов А:Б=1:1,27, для заливки плиты массой 21,6 кг расходовали 9,5 кг изолана-252 и 12,1 кг изоцианата (МФИ).

Наномодификатор - нанопорошок диоксида циркония, стабилизированный оксидом иттрия, готовят методом золь-гель синтеза в варианте обратного соосаждения.

Сушка геля проводилась между двумя гладкими стеклянными поверхностями при температуре 110°C под давлением порядка 2 кг/см2 в течение 10 минут, после чего полученный порошок прокаливали при температуре 550°C.

Перед введением наномодификатора в матрицу вспененного полиуретана производится его механическая активация с использованием планетарной мельницы Pulverisette 6 при 350 оборотах в минуту в течение 2 часов. Полученный порошок подвергался воздействию ультразвука с целью разрушения агломератов.

Наномодификатор в виде нанопорошка диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, вводили в пенополиуретан следующим образом: в емкости 0,5-0,55 литра, содержащие компонент А, небольшими порциями вводили 108 г наномодификатора, стабилизированного оксидом иттрия, и параллельно в аналогичные емкости 0,5-0,55 литра, содержащие компонент А, вводили 108 г наномодификатора, стабилизированного оксидом алюминия, что соответствовало в каждом случае по 0,5 мас. % от общей массы получаемой плиты.

Для предотвращения возможной агломерации наномодификатора полученные смеси обрабатывали ультразвуком в ультразвуковой бане (модель УЗВ6)

Полученную таким образом часть компонента А с наномодификатором возвращали в заливочный бак к общей массе компонента А (исходным весом 9,5 кг), где происходило перемешивание смеси компонента А с наномодификатором с основным объемом компонента А и компонентом Б.

Смешивание осуществлялось под высоким давлением (115 атм) в смесительной головке машины при встречном соударении компонентов в условиях высокоточной дозировки. Полученную таким образом смесь равномерно распределяли на пресс-форме с помощью набора форсунок с площадь сечения 0,196 мм2, после чего оставляли для затвердевания на 40 мин под прессом.

Прочностные испытания наномодифицированного пенополиуретана на сжатие проводились в соответствии с ГОСТ-3206-78, испытания на статический изгиб в соответствии с ГОСТ-18564-73.

Пример 2.

В соответствии с ТУ 5.967-11666-98, исходными компонентами для производства пенополиуретана были: гидроксилсодержащий полиэфир - компонент А (изолан-252 + 0.8% викат-252) и отвердитель - изоцианат (МФИ) - компонент Б в соотношении компонентов А:Б=1:1,27 для заливки плиты массой 21,6 кг расходовали 9,5 кг изолана-252 и 12,1 кг изоцианата (МФИ).

Наномодификатор - нанопорошок диоксида циркония, стабилизированный оксидом алюминия, готовят методом золь-гель синтеза в варианте обратного соосаждения.

Применяли лиофильную сушку геля (например, на установке Labconco производства США), после чего полученный порошок прокаливали при температуре 550°C.

Перед введением наномодификатора в матрицу вспененного полиуретана производится его механическая активация с использованием планетарной мельницы Pulverisette 6 при 350 оборотах в минуту в течение 2 часов. Полученный порошок подвергался воздействию ультразвука с целью разрушения агломератов.

Наномодификатор в виде - нанопорошка диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, вводили в пенополиуретан в три отдельные емкости объемом 0,7 литра, отбирали примерно по 0,3-0,35 литра компонента А и небольшими порциями по 5-7 г. при постоянном перемешивании вводили в каждый объем 216 г, при этом суммарная масса из трех емкостей составляла 648 г и параллельно в три такие же емкости объемом 0,7 литра отбирали примерно по 0,3-0,35 литра компонента А и небольшими порциями по 5-7 г при постоянном перемешивании вводили в каждый объем общей массой 216 г наномодификатора, стабилизированного оксидом алюминия, при этом суммарная масса составила из трех емкостей в каждом случае 648 г, что соответствовало в обоих случаях 3,0 мас. % от общей массы получаемой плиты.

Для предотвращения возможной агломерации наномодификатора полученные смеси обрабатывали ультразвуком в ультразвуковой бане (модель УЗВ6)

Полученную таким образом часть компонента А с наномодификатором возвращали в заливочный бак к общей массе компонента А (исходным весом 9,5 кг), где происходило перемешивание смеси компонента А с наномодификатором с основным объемом компонента А и компонентом Б.

Смешивание осуществлялось под высоким давлением (115 атм) в смесительной головке машины при встречном соударении компонентов в условиях высокоточной дозировки. Полученную таким образом смесь равномерно распределяли на пресс-форме с помощью набора форсунок с площадью сечения 0.196 мм2, после чего оставляли для затвердевания на 40 мин под прессом.

Прочностные испытания наномодифицированного пенополиуретана на сжатие проводились в соответствии с ГОСТ-3206-78, испытания на статический изгиб в соответствии с ГОСТ-18564-73.

Результаты испытаний пенополиуретановых нанокомпозитов по сравнению со стандартным пенополиуретаном (плита теплоизоляционная ПТИ-252 по ТУ 5.967-11666-98 без добавок модификаторов) приведены в таблице 1.

Как следует из таблицы 1, предлагаемый способ получения пенополиуретанового нанокомпозита позволяет существенно улучшить механические свойства материала и повысить его температуру возгорания.

Технико-экономические показатели предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволят увеличить срок службы и надежности изделий, изготовленных из предложенного пенополиуретанового нанокомпозита.

1. Способ получения пенополиуретанового нанокомпозита, включающий введение наномодификатора на основе неорганических оксидных соединений в виде высушенного порошка в гидроксилсодержащий полиэфир, перемешивание и введение отвердителя, отличающийся тем, что в качестве наномодификатора используют диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия или оксидом алюминия, в количестве 0,5-3,0 мас.% относительно массы получаемого нанокомпозита, перед введением в гидроксилсодержащий полиэфир наномодификатор предварительно механоактивируют.

2. Способ получения пенополиуретанового нанокомпозита по п.1, отличающийся тем, что механоактивированный порошок наномодификатора получают обработкой ультразвуком.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к содержащему фторированную углеродную сажу жесткому пенополимеру на основе изоцианата с улучшенными термическими свойствами - конкретно, к жестким пенополиуретанам и/или пенополиизоциануратам для использования в качестве изоляции.

Изобретение относится к композиции на основе эпоксидной смолы. Композиция на основе эпоксидной смолы для получения отверждаемой композиции, включающей полиизоцианат.

Изобретение относится к составу, подходящему для получения полиуретана. Состав, пригодный для получения полиуретана, содержит: (a) по меньшей мере, одну смесь для формирования полиуретана, (b) по меньшей мере, один фосфатный компонент, выбранный из группы, состоящей из полифосфата аммония (APP) и меламинфосфатов и их смесей, и (c) по меньшей мере, один тип частиц оксида металла с максимальным размером частиц менее 300 мкм, где металл выбирают из группы, состоящей из Mg и Al, и где указанный, по меньшей мере, один фосфатный компонент присутствует в количестве от 20 до 45 вес.
Изобретение относится к составам, применяемым в криминалистике для оценки поражающих свойств высокоскоростных снарядов огнестрельного оружия. Компаунд - имитатор мышечных тканей человека содержит нефтяное и/или синтетическое масло, загуститель, выбранный из группы полиуретанов, полимеров и/или сополимеров этилена, пропилена, бутадиена, а также петролатум, и/или церезин, и/или парафин и в качестве антиокислительной присадки ионол в количестве не более 1 мас.%.

Изобретение относится к отверждаемой влагой смоле на основе алифатических изоцианатов. Отверждаемая влагой смола содержит материал с функциональными алифатическими изоцианатными группами, содержащий продукт реакции гексаметилендиизоцианата и гидрокси-функционального простого эфирного соединения, и материал с функциональными циклоалифатическими изоцианатными группами, содержащий продукт реакции изофорондиизоцианата и монофункционального спирта, при этом массовое отношение материала с функциональными циклоалифатическими изоцианатными группами к материалу с функциональными алифатическими изоцианатными группами составляет от 95:5 до 50:50.

Изобретение относится к способу получения жидкой изоцианатной композиции, являющейся жидкой при 50°C, для получения полиуретанового или полимочевинового материала.

Изобретение относится к способу получения эластичного пенополиуретана и к пенополиуретану, полученному в результате осуществления данного способа. Способ получения эластичного пенополиуретана включает диспергирование органогелевого материала в реакционной смеси, содержащей пенообразующие вещество, и вспенивание смеси.

Изобретение относится к области акриловых клеев термического отверждения для прочного соединения металлических поверхностей, в том числе алюминиевых субстратов.
Изобретение относится к изделию, способу получения изделия и применению изделия. Изделие может использоваться в качестве теплоизоляционного материала, а также для звукоизоляции.

Изобретение относится к получению кристаллического пеноматериала и к самому кристаллическому пеноматериалу. Кристаллический пеноматериал получают в несколько стадий в результате создания сначала кристаллической компоновки газовых пузырьков в отверждаемой композиции и после этого обеспечение отверждения данной композиции.

Изобретение относится к химической технологии. На первой стадии производства наночастиц антипирена гидроксида магния осуществляют взаимодействие водного раствора хлорида магния с щелочным компонентом при температуре не выше 100°C и мольном отношении ионов ОН-: Mg++ в пределах (1,9-2,1):1.

Изобретение может быть использовано для изготовления арматуры или армирующего материала, а также полимерной композиции, содержащей гидроксид магния. Способ изготовления гидроксида магния включает стадии: введения щелочи в смешанный водный раствор растворимой в воде соли магния и одноосновной органической кислоты или соли щелочного металла и/или соли аммония и соосаждение, введения водного раствора щелочи в водный раствор растворимой в воде соли магния и их соосаждение и добавления одноосновной органической кислоты или соли щелочного металла и/или соли аммония в полученный продукт; гидротермальную обработку полученной суспензии при температуре от 100 до 250 °C.

Изобретение относится к резиновой промышленности и может быть использовано для изготовления формованных резино-технических изделий, работающих в режиме многократных изгибающих нагрузок, например в импеллерах.

Изобретение относится к составу, подходящему для получения полиуретана. Состав, пригодный для получения полиуретана, содержит: (a) по меньшей мере, одну смесь для формирования полиуретана, (b) по меньшей мере, один фосфатный компонент, выбранный из группы, состоящей из полифосфата аммония (APP) и меламинфосфатов и их смесей, и (c) по меньшей мере, один тип частиц оксида металла с максимальным размером частиц менее 300 мкм, где металл выбирают из группы, состоящей из Mg и Al, и где указанный, по меньшей мере, один фосфатный компонент присутствует в количестве от 20 до 45 вес.

Изобретение относится к резиновым смесям на основе фтористых каучуков. Резиновая смесь содержит сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена и тройной сополимер винилиденфторида, гексафторпропилена и тетрафторэтилена с 0,3 мас.% функциональной группы брома, оксид магния и гидрооксид кальция в качестве активатора вулканизации и технический углерод Т-900.
Изобретение относится к получению комплексного противостарителя для резин и может быть использовано в шинной и резинотехнической промышленности. Комплексный противостаритель для резин включает, мас.ч.: порошкообразный носитель - коллоидную кремнекислоту - 45-55 и жидкий сплав противостарителей - 45-55.

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке резиновой смеси на основе бутадиен-метилстирольного каучука. Резиновая смесь на основе бутадиен-метилстирольного каучука включает вулканизирующий агент, смесь ускорителей вулканизации - дибензотиазолдисульфида и дифенилгуанидина, оксид цинка, органический активатор вулканизации, модифицирующую добавку - диоксид циркония и наполнитель при соотношении компонентов, мас.ч.: бутадиен-метилстирольный каучук - 100,0; сера - 2,0; оксид цинка - 5,0; стеариновая кислота - 2,0; дибензотиазолдисульфид - 1,5; дифенилгуанидин - 0,3; технический углерод - 40,0; диоксид циркония - 25,0-40,0.

Изобретение относится к эластомерной резиновой перчатке из сшитой эластомерной резиновой пленки, которая образуется из слоя осажденного на форме или на болванке латекса с последующей вулканизацией осажденного слоя без использования серы и ускорителей вулканизации.

Изобретение относится к композиции, включающей, по меньшей мере, один полимер P с силановыми функциональными группами и 20-60 вес.% гидроксида алюминия или гидроксида магния или их смеси, причем композиция характеризуется вязкостью 500-20000 мПа·с, измеренной согласно DIN 53018 при температуре 20°С.
Изобретение относится к резинотехнической промышленности, в частности к производству резиновых смесей для изготовления изделий различного целевого назначения, эксплуатирующихся в условиях низких температур.

Изобретение относится к способу получения пористого материала и его применению. Способ получения пористого материала заключается в том, что проводят взаимодействие, (а1) по меньшей мере, одного многофункционального изоцианата, (а2) по меньшей мере, одного многофункционального замещенного ароматического амина, и (а3) воды в присутствии растворителя.
Наверх