КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПЛАСТА Российский патент 2013 года по МПК C08L61/10 C08L9/02 C08K5/16 C08K5/5399 C08J9/06 

Изобретение относится к области авиационной техники, машиностроению, а именно к легким, ударопрочным, трудносгорающим пеноматериалам, которые могут быть использованы в качестве конструкционных и теплоизоляционных заполнителей, а также для изготовления элементов «непотопляемых» конструкций с малым коэффициентом водо- и топливопоглощения, например поплавков уровнемеров топливных баков двигательных установок.

Известна серия легких, упругоэластичных пеноматериалов, получаемых на основе продуктов совмещения фенольных смол с эластомерами - пенопласта ФК-20 и ФК-40 (Попов В.А. Пласт. массы. - 1960, 10. - С.20-25).

Указанные пенопласты имеет величину ударной прочности 0,5-2,0 кДж/м² и выше, рабочую температуру до 120-150°C, однако не являются («замкнуто-ячеистыми», содержат значительное количество открытых пор, что ограничивает возможность их использования в качестве водо- и особенно топливостойких пеноматериалов, и так как при большом содержании эластомера не содержат антипиренов, относятся к категории «сгораемых» пенопластатов.

Известны закрыто-ячеистые пенопласты «жесткие» (без эластомеров) с низкой величиной водо- и топливопоглощения, полученные на основе модифицированных эпоксиноволачных олигомеров (Мат-лы краткоср. науч.-техн. семинара 16-17 сент. 1988 - Л., ЛДНТП, 1988 - С.48-52, ТУ 2254-149-02068474-2005).

Известен пенопласт на основе фенольных смол, содержащий специально подготовленный наполнитель мергель, прошедший дополнительную обработку, который является одновременно и вспенивающим агентом (Патент РФ №2156781).

Известные пенопласты являются «трудносгораемыми» и характеризуются низкой плотностью и высокой теплостойкостью, однако существенным недостатком пенопластов является повышенная жесткость (величина ударной вязкости не превышает 0,4 кДж/м²).

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является композиция для получения пенопласта, имеющая следующий химический состав, мас.ч.:

Фенольная смола 80-120 Нитрильный каучук 10-30 Уротропин 8-12 Сера 0,2-0,5 Порофор 3-7 Фосфорсодержащий антипирен   в оболочке из карбамида 12-35,5

(Патент РФ №2213752)

Пенопласт-прототип относится к «трудносгорающим» пенопластам, имеет недостаточно высокую ударную вязкость, повышенную величину топливопоглощения, не является замкнуто-ячеистым, и в связи с этим не может быть использован для изготовления «непотопляемых» конструкций.

Технической задачей изобретения является создание легкого теплостойкого, «трудносгорающего» пенопласта, характеризующегося повышенной ударной вязкостью и низкой величиной топливопоглощения.

Поставленная задача достигается тем, что предложена композиция для получении пенопласта, включающая фенольную смолу, нитрильный каучук, уротропин, порофор и антипирен, которая в качестве фенольной смолы содержит новолачную и резольную фенольную смолу, а в качестве антипирена - нитрилотриметилфосфонат алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Новолачная фенольная смола ГОСТ 18694-80 20-40 Резольная фенольная смола ГОСТ 18694-80 60-80 Нитрильный каучук ТУ 38.3013-94 20-40 Уротропин ГОСТ 1381-73 3-10 Порофор ТУ 113-03-365-82 15-20 Нитрилотриметил фосфонат   алюминия 3-10

Антипирен - нитрилотриметилфосфонат алюминия получен в результате взаимодействия водных растворов шестиосновной нитрилотриметилфосфоновой кислоты (H₆L, где L - кислотный остаток) и хлорида алюминия (AlCl₃·6H₂O) в соотношении из расчета равного количество молей H₆L количеству молей AlCl₃·6H₂O в растворе хлорида алюминия.

Образование антипирена Al₃H₃L₂·9H₂O описывается следующим химическим уравнением:

2H₆L+3AlCl₃+9H₂O→Al₃H₃L₂·9H₂O↓+9H⁺↑+9C^-↑

Резольную фенольную смолу вводят для повышения теплостойкости, т.к. в сочетании с новолачной фенольной смолой она повышает ударную вязкость и способствует повышению теплостойкости.

Установлено, что в результате присутствия в композиции для пенопласта аминного модификатора-уротропина, химически активного к фенолу, и повышенного количества газообразователя - порофора создается определенный синергетический эффект, действие которого приводит к повышению ударной вязкости и созданию замкнуто-ячеистого пенопласта.

В процессе термообработки аминный модификатор (уротропин) повышает вязкость расплава вспениваемой композиции и упрочняет поверхностные слои образующегося блок-сополимера, а увеличенное количество газообразователя (порофора) способствует равномерному вспениванию всей массы и снижению объемной плотности пенопласта.

В результате многократно улучшается «вспениваемость» смесей, что приводит к получению легких, ударопрочных пенопластов, характеризующихся замкнуто-ячеистой структурой.

В качестве фенольной смолы в заявляемом изобретении используют фенолформальдегидные смолы по ГОСТ 18694-40, получаемые в результате поликонденсации фенолов с формальдегидом. При поликонденсации в кислой среде при молярном избытке фенола получают новолачные смолы таких марок, как СФ-010, СФ-0122, СФ-121 с температурой каплепадения 95-105°C и с динамической вязкостью 90-180 МПа·с.

При поликонденсации в щелочной среде при молярном избытке фенола получают резольные смолы таких марок, как СФ-340, СФ-342, СФ-381, с временем желатинизации в пределах 75-125 с и с содержанием массовой доли воды не более 2%.

Другим основным компонентом композиции для получения пенопласта является нитрильный каучук. В качестве этого каучука используют бутадиеннитрильные каучуки с массовым содержанием нитрила акриловой кислоты от 18 до 40% с показателем жесткости по Дефо не менее 800 Гс.

Примеры осуществления

Пример 1

Композицию, содержащую, мас.ч.: новолачной фенольной смолы СФ-010 - 30, резольной фенольной смолы СФ-340 - 70, порофора - 15, уротропина - 3, смешивают в шаровой мельнице в течение 2-3 час, после чего полученную смесь совмещают на охлаждаемых фрикционных вальцах с 20 мас.ч. нитрильного каучука СКН-18.

После вальцевания полученную вальцованную пленку каландрируют. Из полученного листа вырезают «заготовку», на которую наносят антипирен - нитрилотриметилфосфонат алюминия, полученный указанным в описании способом.

Полученную «заготовку» помещают в пресс-форму и проводят термический режим вспенивания при температуре 155-160°C.

Аналогичным способом получают композиции по примерам 2 и 3.

Составы композиций предлагаемого пенопласта и пенопласта - прототипа приведены в таблице 1, сравнительные свойства - в таблице 2.

Предлагаемый пенопласт по сравнению с прототипом является более легким - плотность ниже в 1,2-2 раза, теплостойким - рабочая температура 150°C, ударопрочным - ударная вязкость выше в 1,2-2,7 раз, «трудносгорающим» пеноматериалом с замкнуто-ячеистой структурой, с величиной топливопоглощения более чем в 10 раз ниже прототипа.

Применение предлагаемого пенопласта позволит повысить надежность работы изделий авиационной техники и расширить области его использования.

Таблица 1   Составы по примерам Прототип 1 2 3 Фенольная новолачная смола 20 30 40 100 Фенольная резольная смола 80 70 60 - Нитрильный каучук 20 30 40 20 Порофор 15 18 20 5 Сера - - - 0,3 Уротропин 3 7 10 10 Антипирен нитрилотриметилфосфонат алюминия (покрытие) 3 7 10 - Антипирен фосфорсодержащий в оболочке из карбамида       20

Таблица 2   Примеры по изобретению Прототип 1 2 3 Плотность, кг/м³ 50 80 90 100 Ударная вязкость, кДж/м² 2 3 4 1,5 Пористость замкнуто-ячеистый пористый Топливопоглощение за 3 мес, мас.% до 3 до 2,5 до 1,5 40 Горючесть (время остаточного горения, сек) 0 0 0 <1

Изобретение относится к области авиационной техники, машиностроению, а именно к легким, ударопрочным, трудносгорающим пеноматериалам, которые могут быть использованы в качестве конструкционных и теплоизоляционных заполнителей, а также для изготовления элементов «непотопляемых» конструкций с малым коэффициентом водо- и топливопоглощения, например поплавков уровнемеров топливных баков двигательных установок. Предложена композиция для получения пенопласта, имеющая следующий химический состав, мас.ч.: новолачная фенольная смола 20-40, резольная фенольная смола 60-80, нитрильный каучук 20-40, уротропин 3-10, порофор 15-20, антипирен нитрилотриметилфосфонат алюминия 3-10. Технический результат - повышенная ударная вязкость и низкая величина топливопоглощения пенопласта. Применение предлагаемого пенопласта позволит повысить надежность работы изделий авиационной техники и расширить области его использования. 2 табл., 3 пр.

Композиция для получения пенопласта, включающая фенольную смолу, нитрильный каучук, уротропин, порофор и антипирен, отличающаяся тем, что в качестве фенольной смолы содержит новолачную и резольную фенольную смолу, а в качестве антипирена - нитрилотриметилфосфонат алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Новолачная фенольная смола 20-40 Резольная фенольная смола 60-80 Нитрильный каучук 20-40 Уротропин 3-10 Порофор 15-20 Нитрилотриметилфосфонат алюминия 3-10