Способ получения растворов линейных полиуретанов

Реферат

 

Использование: для получения искусственной кожи, аппретирования материалов в процессе химической чистки. Сущность изобретения: при получении растворов линейных полиуретанов используют гидроксилсодержащие олигомеры с диеновой, силоксановой или оксиалкиленовой цепью со среднечисленной мол.м. от 860 до 3540 в сочетании с низкомолекулярными гликолями разветвленного строения для реакции с ароматическим диизоцианатом в среде хлорсодержащего углеводорода. Процесс осуществляют при молярном отношении NCO групп изоцианата к ОН группам полиола, равном от 1,5 до 10.

Изобретение относится к области синтеза полиуретанов в растворе органических растворителей и предназначенных для получения искусственной кожи, аппретирования материалов в процессе химической чистки, в качестве полимерных слоев полупроницаемых диффузионных газораспределительных материалов (мембран), покрытий на тканях при изготовлении комбинированных материалов различного назначения, в качестве связующих при изготовлении печатных красок, герметиков, изоляционных материалов в строительстве, электронике, электротехнике и т. д.

Известен способ получения растворов линейных полиуретанов на основе полиолов и ароматических диизоцианатов в среде диполярных апротонных растворителей или используют смесь углеводородов с несколькими или одним растворителем из группы диполярных апротонных растворителей [1] Известный способ позволяет получить полимеры, обладающие ограниченной растворимостью. Применяемые растворители имеют высокую температуру кипения, поэтому для их удаления при получении покрытий требуются специальные условия высушивания, а также являются экологически малоприемлемыми. Во многих областях применения требуется, чтобы ароматические ПУ обладали растворимостью в легколетучих углеводородах и/или их хлорсодержащих производных. Однако получить ароматические уретановые системы, растворимые в хлорсодержащих углеводородах, можно при условии, что эти системы будут являться низкомолекулярными линейными продуктами.

Наиболее близкий к изобретению по совокупности признаков является способ получения растворов линейных полиуретанов путем взаимодействия ароматического диизоцианата с олигополиолом и низкомолекулярным удлинителем цепи [2] Недостатком этого способа является длительность процесса, невоспроизводимость свойств конечного продукта.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, является получение стабильных и нежелатинизирующихся растворов.

Это достигается тем, что в качестве исходных олигополиолов для синтеза ПУ используют олигомеры с диеновой, силоксановой и/или оксиалкиленовой цепью со среднечисленной мол. м. от 860 до 3540, а в качестве удлинителя цепи используют низкомолекулярные гликоли разветвленного строения при молярном соотношении диизоцианата и полигидроксилсодержащего олигомера от 1,5 до 10. В результате получают не изменяющие свои вязкостные свойства в процессе хранения концентрированные растворы линейных высокомолекулярных ПУ в хлорсодержащих углеводородах, пленки из которых обладают необходимым значением комплекса свойств и могут быть использованы в широком диапазоне областей применения.

П р и м е р 1. К 53,44 г олигобутадиендиола (ОБД) мол. м. (ММ) 2260 добавляют 48,19 г 4,4'-дифенилметандиизоцианата (МДИ), что соответствует молярному соотношению изоцианатных (NCO-) и гидроксильных (ОН-) групп 8:1, и проводят гомогенизацию смеси путем перемешивания в атмосфере осушенного инертного газа в течение 5 мин при температуре 20-25оС. Затем температуру повышают до 80оС и реакционную смесь перемешивают в течение 3 ч до содержания в ней свободных NCO-групп 13,89 мас. после чего охлаждают до температуры ниже 40оС. 21,03 г. Полученного изоцианатсодержащего уретанового аддукта (ИЦУА) растворяют при перемешивании в 128,52 г перегнанного и дополнительно осушенного над молекулярными ситами типа NaA метиленхлорида (МХ), содержащего влагу в количестве не более 0,03 мас. (описанная предварительная обработка МХ аналогична для всех последующих как основных, так и сравнительных примеров) при температуре 20-25оС, затем туда добавляют 12,00 г 2-пропан-бис-(4-фенилгидроксиоксиэтилена) дианол и после его полного растворения при перемешивании медленно прикапывают при той же температуре 0,16 г дибутилдилаурината олова (ДЛДБО). В результате получают гомогенный стабильный в течение не менее месяца раствор высокомолекулярного ПУ с концентрацией полимера 22,06 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 0,79 дл/г. Монолитные пленки ПУ, полученные путем высушивания растворителя, имеют следующие характеристики (здесь и в дальнейшем измерении проводились по ГОСТ 270): Условная прочность при растяжении (p) 31,6 МПа Относительное удлинение при разрыве (отн) 217% Относительное остаточное удлинение после разрыва (ост.) 125% Условное напряжение при 100% удлинении (100) 22,1 МПа Условное напряжение при 300% удлинении (300) отсутствует.

П р и м е р 2. К 81,31 г ОБД, используемого в примере 1, добавляют 18,45 г МДИ, что соответствует соотношению групп NCO:OH=2:1, и проводят гомогенизацию смеси путем перемешивания в атмосфере осушенного инертного газа в течение 5 мин при температуpе 20-25оС. Затем температуру поднимают до 80оС и реакционную смесь перемешивают в течение 5 ч 15 мин до содержания в ней свободных NCO-групп 2,77 мас. после чего охлаждают до 20-25оС. 30,59 г полученного ИЦУА растворяют при перемешивании в 180,2 г МХ при температуре 20-25оС, затем туда добавляют 1,21 г N-метилдиэтаноламина (МДЭА) и после его растворения при перемешивании медленно прикапывают при той же температуре 0,21 г ДЛДБО. В результате получают гомогенный стабильный в течение не менее месяца раствор высокомолекулярного ПУ с концентрацией 14,99 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 1,07 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p=12,6 МПа, отн.980% ост=49% 100=1,7 МПа, 300=3,1 МПа.

П р и м е р 3. К 114 г ОБД ММ 2140 добавляют 6,64 г неопентилгликоля (НПГ), 594,49 г трихлорэтилена (ТХЭ) и перемешивают при температуре 65оС до полного растворения НПГ. Затем к раствору гидроксилсодержащей смеси (ГСС) добавляют 28,32 г МДИ, что соответствует молярному соотношению компонентов ОБД: МДИ: НПГ=1:2:1,2, прикапывают 0,37 г ДЛДБО и перемешивают реакционную смесь при температуре 65оС в течение 3 ч 25 мин, после чего охлаждают до 20-25оС. В результате получают гомогенный, стабильный в течение не менее четырех месяцев раствор высокомолекулярного ПУ с концентрацией 20,03 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 1,28 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p=4,2 МПа, отн.914% ост.56% 100=1,4 МПа, 300=1,9 МПа.

П р и м е р 4. К 19,22 г ОБД ММ 3540 добавляют 1,35 г неопентилгликоля (НПГ), 99,28 г трихлорэтилен (ТХЭ) и перемешивают при температуре 65оС до полного растворения НПГ. Затем к полученному раствору ГСС добавляют 4,25 г МДИ, что соответствует молярному соотношению компонентов ОБД:МДИ:НПГ=1:3: 2,4, прикапывают 0,06 г ДЛБО и перемешивают реакционную смесь при температуре 67оС в течение 1 ч 25 мин, а затем добавляют 0,06 мл этанола и 14,65 г ТХЭ охлаждают до 20-25оС. В результате получают гомогенный, стабильный в течение не менее двух месяцев раствор высокомолекулярного ПУ с концентрацией 17,88 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 1,01 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p=3,6 МПа, отн=544% ост=21% 100=1,3 МПа, 300=2,7 МПа.

П р и м е р 5. К 37,02 г ОБД, используемого в примере 4, добавляют 2,62 г МДЭА, 192,04 г ТХЭ и перемешивают при комнатной температуре в течение 5 мин. Затем к раствору приготовленный ГСС добавляют 8,37 г МДИ, что соответствует молярному соотношению компонентов ОБД:МДИ:МДЭА=1:3:2,1, прикапывают 0,02 г ДЛДБО и перемешивают реакционную смесь при температуре 60оС в течение 1 ч 55 мин, после чего охлаждают до 20-25оС. В результате получают гомогенный, стабильный в течение не менее месяца раствор высокомолекулярного ПУ с концентрацией 19,59 мас. Значение приведенной вязкости полученного РУ равно 0,86 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p=11,0 МПа, отн.606% ост.=16% 100=1,9 МПа, 300=4,1 МПа.

П р и м е р 6. К 14,44 г ОБД, используемого в примере 3, добавляют 0,85 г МДЭА, 72,08 г ТХЭ и перемешивают при комнатной температуре в течение 5 мин. Затем к раствору полученной ГСС добавляют 3,58 г МДИ, что соответствует молярному соотношению компонентов ОБД:МДИ:МДЭА=1:2:1,05, прикапывают 0,05 г ДЛДБО и перемешивают реакционную смесь при температуре 25оС в течение 1 ч 10 мин, а затем добавляют 0,08 м н-бутанола и 29,3 г ТХЭ. В результате получают гомогенный, стабильный в течение не менее месяца раствор высокомолекулярного ПУ с концентрацией 15,67 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 1,71 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p= 13,8 МПа отн.=1060% ост.58% 100=1,8 МПа, 300=3,2 МПа.

П р и м е р 7. К 9,29 г ОБД, используемого в примере 3, добавляют 1,09 г МДЭА, 55,12 г ТХЭ и перемешивают при комнатной температуре в течение 5 мин. Затем к раствору полученной ГОС добавляют 3,41 г МДИ, что соответствует молярному соотношению компонентов ОБД: МДИ: МДЭА=1:3:2,1, прикапывают 0,03 г ДЛДБО и перемешивают реакционную смесь при комнатной температуре в течение 45 мин, а затем добавляют 0,08 мл н-бутинола и 33,7 г ТХЭ. В результате получают гомогенный, стабильный в течение более месяца раствор высокомолекулярного ПУ с концентрацией 132,44 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 0,84 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p=14,1 МПа, отн=780% ост.=48% 100=2,7 МПа, 300=4,5 МПа.

П р и м е р 8. К 46,21 г ОБД, используемого в примере 3 добавляют 31,89 г олигосилоксандиола (ОСД) ММ 1470, 4,17 г НПГ, 406,72 г ТХЭ и перемешивают при комнатной температуре в течение 10 мин. Затем к раствору полученной ГСС добавляют 19,41 г МДИ, что соответствует молярному соотношению компонентов ОБД: ОСД: НПГ=0,5:0-5:2,0:1,1, прикапывают 0,1 г ДЛДБО и перемешивают реакционную смесь при комнатной температуре в течение 1 ч 55 мин, а затем добавляют 0,06 г этанола и 84,97 г ТХЭ. В результате получают гомогенный, стабильный в течение не менее двух месяцев раствор высокомолекулярного ПУ с концентрацией 31,53 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 1,24 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p=8,9 МПа, отн.=428% ост.17% 100=3,1 МПа. 300=6,4 МПа.

П р и м е р 9. К 7,14 г гомоолигомертриола окиси этилена ММ 860 добавляют 3,96 г МДЭ, 105,36 г МХ и перемешивают при комнатной температуре в течение 5 мин. Затем к раствору полученной ГСС добавляют 10,13 г 2,4-толуилендиизоцианата (ТДИ), что соответствует молярному соотношению компонентов олигоэфиртриол: ТДИ:МДЭА=1:7:5,05. В результате получают гомогенный, стабильный раствор ПУ с концентрацией 16,8 мас.

П р и м е р 10. К 57,04 г ОБД, используемого в примере 3, добавляют 10,54 г МДИ, что соответствует их молярному соотношению 1:1,5, 45,05 г ТХЭ и перемешивают при комнатной температуре в течение 5 мин. Затем к полученному раствору прикапывают 0,05 г ДЛДБО и перемешивают реакционную смесь при комнатной температуре в течение 2 ч 50 мин. К 53,12 г полученного раствора ИЦУА с концентрацией 60 мас. добавляют 0,84 г МДЭА и после гомогенизации смеси в течение 3 мин при перемешивании медленно по каплям добавляют 0,08 г ДЛДБО при комнатной температуре. Затем к раствору добавляют 106,23 г ТХЭ, температуру поднимают до 69оС и при перемешивании производят порционное добавление 1,03 г МДИ. В результате получают гомогенный, стабильный в течение не менее месяца раствор высокомолекулярного ПУ с концентрацией 20,42 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 0,76 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p=4,0 МПа, отн.=1088% ост.69% 100=0,9 МПа, 300=1,7 МПа.

П р и м е р 11. К 122,91 г статического соолигомердиола окиси алкилена с массовым соотношением окиси этилена и окиси пропилена 70:30 и ММ 1690 добавляют 0,5 г 36,5% соляной кислоты и перемешивают при комнатной температуре в течение 30 мин. Затем туда же при перемешивании добавляют 37,8 г МДИ, что соответствует молярному соотношению олигоэфирдиол: МДИ=1:2, и после гомогенизации смеси прикапывают 0,06 г 00 л. После прекращения экзотермического выделения тепла температуру реакционной массы продолжают поддерживать на уровне 80оС в течение 3 ч 10 мин, контролируя изменение концентрации свободных NCO-групп. После установления постоянного значения их концентрации реакционную массу охлаждают до температуры ниже 40оС. Таким образом, получают ИЦУА, содержащий 3,81 мас. свободных NCO-групп. 28,56 г. Полученного ИЦУА растворяют при перемешивании в 184,55 г МХ при комнатной температуре, затем добавляют 2,86 г дианола и 1,15 г триметилолпропана и после гомогенизации смеси прикапывают 0,43 г ДЛДБО. После установления постоянного значения приведенной вязкости, равной 0,34 дл/г к реакционной массе порционно добавляют 1,35 г МДИ при температуре 38-40оС. Затем раствор охлаждают до температуры 20-25оС. В результате получают гомогенный раствор с концентрацией 15,5 мас. и значением приведенной вязкости полимера 1,54 дл/г.

П р и м е р 12. 39.07 г ИЦУА, полученного согласно примеру 11, растворяют в 164,68 г МХ при комнатной температуре, затем туда добавляют 2,10 г МДЭА и при перемешивании прикапывают 0,41 г ДЛДБО, после чего температуру повышают до 37оС и порционно добавляют 1,35 г МДИ. В результате получают гомогенный, стабильный в течение не менее месяца раствор ПУ, имеющего значение приведенной вязкости 1,20 дл/г. Концентрация раствора 20,67 мас.

П р и м е р 13. К 12,28 г ОБД ММ 1240 добавляют 6,47 г дианола и растворяют при перемешивании и комнатной температуре в 105,46 г МХ. Затем к полученному раствору ГСС добавляют 7,62 г МДИ, что соответствует молярному соотношению компонентов ОБД:МДИ: дианол=1:3:2 и перемешивают 30 мин, после чего медленно добавляют 0,24 г 00 л, повышают температуру реакционной смеси до 37оС, порционно добавляют 0,75 г МДИ и разбавляют до концентрации 8 мас. В результате получают гомогенный, стабильный в течение не менее месяца раствор ПУ, значение приведенной вязкости которого равно 1,34 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p=33,4 МПа, отн=330% ост.151% 100=16,4 МПа, 300=27,1 МПа.

П р и м е р 14. К 53,97 г соолигомердиола, используемого в примере 11, добавляют 0,01 мл 36,5% соляной кислоты и перемешивают при комнатной температуре в течение 30 мин. Затем туда же при перемешивании добавляют 1036 г п-фенилендиизоцианата (ФДИ), что соответствует мольному соотношению компонентов олигоэфирдиол: ФДИ=1:2, и температуру повышают до 100оС. После полного расплавления ФДИ температуру повышают до 94-96оС и поддерживают ее значение на этом уровне постоянно в течение 2 ч 55 мин, контролируя изменение концентрации свободных NCO-групп в реакционной массе. После установления постоянного значения концентрации NCO-групп реакционную массу охлаждают до температуры ниже 40оС. Таким образом, получают ИЦУА, содержащий 4,24 мас. свободных NCO-групп. 15,51 г. полученного ИЦУА растворяют в 71,84 г МХ при комнатной температуре, затем к этому раствору при перемешивании прикапывают 0,18 г ДЛДБО, повышают температуру реакционной массы при этой температуре в течение 47 мин к ней порционно добавляют 0,45 г МДИ при перемешивании и температур 37оС, а затем охлаждают раствор до температуры 25оС. В результате получают гомогенный, стабильный в течение месяца раствор ПУ с концентрацией 20,4 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 1,54 дл/г.

П р и м е р 15. К 71,66 г соолигомердиола, используемого в примере 11, добавляют 32,88 г МДИ, что соответствует молярному соотношению групп ОН и NCO, равному 1:2, и проводят гомогенизацию смеси путем перемешивания в атмосфере осушенного инертного газа в течение 5 мин при температуре 25оС. Затем повышают температуру до 80оС и реакционную смесь перемешивают в течение 7 ч 55 мин до содержания в ней свободных NCO- групп 6,87 мас. после чего охлаждают до температуры ниже 40оС. 19,14 г Полученного ИЦУА растворяют при перемешивании в 96,96 г МХ при температуре 20-25оС, затем туда добавляют 5,10 г дианола и после его полного растворения при перемешивании 0,24 г 00л, повышая температуру реакционной массы до 37оС. Затем проводят порционное дробление 0,34 г МДИ. В результате получают гомогенный, стабильный раствор ПУ с концентрацией 20,18 мас. в который в конце процесса добавляют 0,06 мл н-бутанола. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 1,32 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p=7,1 МПа, отн=1193% ост.=107% 100=0,8 МПа, 300=1,0 МПа.

П р и м е р 16. К 7098 г соолигомердиола, используемого в примере 11, добавляют 43,12 г МДИ, что соответствует молярному соотношению групп ОН и NCO, равному 1:4, и проводят гомогенизацию смеси путем перемешивания в атмосфере осушенного инертного газа в течение 5 мин при температуре 25оС. Затем повышают температуру реакционной массы до 80оС и перемешивают ее в течение 7 ч 20 мин до содержания в ней свободных NCO-групп 9.24 мас. после чего охлаждают до температуры ниже 40оС. 22,26 г полученного таким образом ИЦУА растворяют при перемешивании в 96,6 г МХ при температуре 20-25оС, затем к этому раствору добавляют 1,89 г пропиленгликоля -1,2 и после перемешивания в течение 5 мин прикапывают 0,24 г 00л. Затем повышают температуру реакционной массы до 37оС и порционно добавляют туда 0,20 г МДИ. В результате получают гомогенный, стабильный в течение не менее месяца раствор ПУ с концентрацией 20,09 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 0,96 дл.г.

П р и м е р 17. 15,49 г ИЦУА, полученного согласно примеру 16, растворяют в 84,16 г МХ при комнатной температуре добавляют 5,55 г дианола и после его полного растворения при перемешивании к реакционной смеси прикапывают 0,23 г 00л, повышая температуру до 37оС. Затем проводят порционное добавление 0,30 г МДИ и получают в результате гомогенный, стабильный в течение не менее месяца раствор ПУ с концентрацией 20,18 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 0,72 дг/л. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: p= 27,4 МПа, отн.=655% ост=24% 100= 0,7 МПа, 300=1,6 МПa.

Сравнительный пример А. К 48,19 г ОБД, используемого в примере 1, добавляют 21,76 г МДИ, что соответствует их молярному соотношению 1:4, и проводят гомогенизацию смеси путем перемешивания в атмосфере осушенного инертного газа в течение 5 мин при температуре 20-25оС. Затем температуру повышают до 80оС и реакционную смесь перемешивают в течение 1 ч 25 мин до содержания в ней свободных NCO-групп, равного 7,78 мас. после чего охлаждают до 20-25оС. 21,08 г полученного ИЦУА растворяют при перемешивании в 62,05 г МХ при температуре 20-25оС и затем медленно приливают к раствору 1,37 г 1,2-пропандиамина (ПДА) в 65,17 г МХ. В результате получают нерастворимый продукт, выпадающий из МХ сразу после прилива всего количества ПДА.

Сравнительный пример Б. К 140,00 г раствора ИЦУА в МХ с концентрацией 15,0 мас. полученного согласно сравнительному примеру А, при температуре 20-25оС добавляют 1,24 г этиленгликоля (ЭГ) и после перемешивания в течение 2 мин медленно прикапывают 0,15 г 00л. Через 5 мин после добавления всего количества 00л раствор мутнеет. Через 30 мин к нему приливают 53,2 г МХ.

Через 12 ч получают нерастворимый в МХ гель.

Сравнительный пример В. К 11,30 г ОБД, используемого в примере 3, добавляют 0,34 г ЭГ, 77,84 г ТХЭ, перемешивают 5 мин при комнатной температуре, затем к раствору полученной ГСС добавляют 2,11 г МДИ, что соответствует молярному соотношению компонентов ОБД: МДИ: ЭГ=1:1,5:2,1, и прикапывают 0,08 г ДЛДБО, перемешивают реакционную смесь в течение 47 мин при температуре 77оС, после чего добавляют 0,2 г МДИ. В результате получают мутный раствор, который через 30 мин превращается в гель.

Сравнительный пример Г. К 132,00 г ОБД, используемого в примере 3, добавляют 5,83 г 1,4-бутандиола (БД), 682,48 г ТХЭ и 32,80 г МДИ, что соответствует молярному соотношению компонентов ОБД: МДИ:БД=1:2,0:1,05, и после перемешивания в течение 5 мин при комнатной температуре прикапывают 0,04 г ДЛДБО. Через 40 мин раствор начинает мутнеть, к нему добавляют 4 мл этанола, разбавляют 820,4 г ТХЭ, но несмотря на это он в течение последующих 60 мин превращается в гель.

П р и м е р 18. К 11,31 г ОБД ММ 2111 добавляют 15,67 г дианола, 226,15 г МХ и перемешивают при 25оС до полного растворения дианола. Затем к полученному раствору ГСС добавляют 13,38 г МДИ, что соответствует молярному соотношению компонентов ОБД:МДИ:дианол=1:10:9, прикапывают 0,15 г ДЛДБО при той же температуре и перемешивают.

В результате получают гомогенный стабильный в течение менее одного месяца раствор высокомолекулярного ПУ с концентрацией полимера 15,14 мас. Значение приведенной вязкости полученного ПУ равно 0,80 дл/г. Монолитные пленки ПУ имеют следующие характеристики: р=41,0 МПа, отн.= 203% ост.=170% 100= 28 МПа.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРОВ ЛИНЕЙНЫХ ПОЛИУРЕТАНОВ путем взаимодействия олигополиола, ароматического диизоцианата и низкомолекулярного удлинителя цепи в среде органического растворителя, отличающийся тем, что в качестве олигополиолов используют гидроксилсодержащие олигомеры с диеновой, силоксановой или оксиалкиленовой цепью со среднечисленной мол.м. 860 3540, в качестве удлинителя цепи используют низкомолекулярные гликоли разветвленного строения, в качестве органического растворителя используют хлорсодержащие углеводороды и процесс осуществляют при молярном соотношении изоцианатных групп диизоцианата и гидроксильных групп олигополиола, равном 1,5 10.