Жидкий олигомер на основе модифицированного дицианового эфира дифенилолпропана

Жидкий олигомер на основе модифицированного дицианового эфира дифенилолпропана

Реферат

Изобретение относится к области химии полимеров, а именно к области получения жидкого термореактивного олигомера на основе модифицированного 2,2-бис(4-цианатофенил)пропана, высокоселективная термическая полициклотримеризация которого приводит к формированию тепло- и термостойкой полициануратной полимерной матрицы, обладающей высокими физико-механическими и электрофизическими свойствами. Жидкий модифицированный дициановый эфир дифенилолпропана может использоваться в качестве заливочного или пропиточного компаунда для высоковольтной техники, а также связующего для изготовления конструкционных стеклопластиков электротехнического назначения.

Известны жидкие олигомеры на основе дицианового эфира дифенилолпропана, модифицированного эпоксидными смолами (Файнлейб A.M., Шанталий Т.А., Сергеева Л.М. Пластические массы, №1, 1995, с.16-17 [1]), бисмалеимидом и полисульфоном (JP №63205328 А, МПК C08G 73/06, опубл. 24.08.1988 [2]), на основе смеси замещенных и незамещенных арилдицианатов (JP №9104752 А, МПК C08G 73/00, опубл. 22.04.1997 [3]), синтезированные с использованием третичных аминов в качестве катализаторов циклотримеризации арилдицианатов (CN №101367935 А, МПК C08G 73/06, опубл. 18.02.2009 [4]).

На основе указанных олигомеров методом термической циклотримеризации получены полимерные матрицы с температурой стеклования 200-230°С, ударной вязкостью по Шарпи 15-25 кДж/м², удельным объемным электрическим сопротивлением (ρ_v) 10¹¹-10¹³ Ом·м и цементирующей способностью 200-300 Н.

Недостатком известных в [1]-[4] олигомеров является их склонность к кристаллизации в процессе хранения и недостаточно высокие значения физико-механических и диэлектрических свойств (утвержденных полимерных матриц на их основе.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является принятый за прототип жидкий олигомер на основе дицианового эфира дифенилолпропана, получаемый олигомеризацией при 250°С 2,2-бис(4-цианатофенил)пропана в присутствии в качестве модифицирующих добавок полиаминоимидного олигомера ПАИС-104 и изо-метилтетрагидрофталевого ангидрида (РФ №2237683 С2, МПК C08G 73/06, опубл. 10.10.2004 [5]), при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

2,2-Бис(4-цианатофенил)пропан	80-95
Полиаминоимидный олигомер ПАИС-104	2-12
Изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид	3-8

Недостатками олигомера (прототипа) в [5] являются ограниченная жизнеспособность и фазовая неустойчивость при пониженных температурах, значительная усадка в процессе отверждения, сравнительно невысокие диэлектрические свойства и термоокислительная устойчивость отвержденной полимерной матрицы, обусловленные использованием в качестве модифицирующих добавок высокополярных соединений.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание жидкого олигомера с повышенной жизнеспособностью и фазовой устойчивостью вплоть до отрицательных температур.

Техническим эффектом от реализации поставленной задачи является увеличение термостойкости и диэлектрических характеристик отвержденного полимера с одновременным уменьшением усадки в процессе отверждения, что в совокупности повысит надежность полимерной электрической изоляции и увеличит срок безаварийной эксплуатации электродвигателей, трансформаторов, изоляторов, электронных схем.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического эффекта предложен жидкий олигомер на основе дицианового эфира дифенилолпропана, получаемый температурной циклотримеризацией (олигомеризацией) 2,2-бис(4-цианатофенил)пропана в присутствии модифицирующей добавки, при этом в качестве модифицирующей добавки используют полисульфидный каучук тиокол II-HT при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

2,2-Бис(4-цианатофенил)пропан	70-90
Полисульфидный каучук тиокол II-HT	10-30

Существенным отличием предлагаемого вещества является введение в состав реакционной массы при олигомеризации 2,2-бис(4-цианатофенил)пропана в качестве модифицирующей добавки жидкого полисульфидного каучука тиокола II-HT. Процесс изотермической олигомеризации (циклотримеризации) 2,2-бис(4-цианатофенил)пропана сопровождается модификацией образующегося олигоцианурата за счет химического взаимодействия его цианатных групп с сульфгидрильными группами полисульфидного каучука, для которых характерна высокая нуклеофильность в сочетании с относительно низкой основностью.

Сформированный таким образом жидкий термореактивный олигоциануратный блоксополимер содержит статистически распределенные иминотиоэфирные и конформационно-подвижные тиокольные фрагменты, предотвращающие кристаллизацию олигомера даже при температурах ниже 0°С. Длительная жизнеспособность олигомера обусловлена отсутствием в его составе - в отличие от прототипа - азотсодержащих групп и легко гидролизующихся до карбоксильных ангидридных циклов. После отверждения олигомер образует более устойчивую к термоокислительной деструкции полимерную матрицу за счет способности тиольных групп выступать в роли радикальных ловушек. Кроме того, олигомеризация и отверждение арилдицианата в присутствии полисульфидного каучука протекают с весьма незначительными скоростями с формированием гетерофазной структуры матричного типа, в которой частицы эластичной фазы - тиокола - равномерно распределены в матрице густосетчатого стеклообразного полимера, способствуя тем самым релаксации внутренних напряжений и уменьшению усадки в процессе отверждения модифицированного олигомера.

Сопоставление предлагаемых составов олигоциануратного олигомера, модифицированного полисульфидным каучуком, с уровнем техники и отсутствие описания аналогичных технических решений в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемых составов вещества критерию «новизна».

Заявляемые варианты состава вещества характеризуются совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».

Примеры осуществления.

Пример 1.

В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и барботером для подачи аргона, загружают одновременно 90 мас.ч. 2,2-бис(4-цианатофенил)пропана (ТУ 6-02-618-89) и 10 мас.ч. полисульфидного каучука тиокола II-НТ (ТУ 38-003151-80). Содержимое колбы нагревают при интенсивном перемешивании в токе аргона при температуре 140±10°С в течение 180±30 мин. Получают жидкий олигомер с динамической вязкостью 900 мПа·с и конверсией цианатных групп по данным ИК-спектроскопии 20-25%.

Пример 2.

Аналогично примеру 1 получают жидкий олигомер с динамической вязкостью 1100 мПа·с и конверсией цианатных групп 28-30% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

2,2-Бис(4-цианатофенил)пропан	80
Полисульфидный каучук тиокол II-HT	20

Пример 3.

Аналогично примеру 1 получают жидкий олигомер с динамической вязкостью 1400 мПа·с и конверсией цианатных групп 35-40% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

2,2-Бис(4-цианатофенил)пропан	70
Полисульфидный каучук тиокол II-HT	30

Пример 4.

Аналогично примеру 1 получают жидкий олигомер с динамической вязкостью 1680 мПа·с и конверсией цианатных групп 46-48% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

2,2-Бис(4-цианатофенил)пропан	60
Полисульфидный каучук тиокол II-HT	40

Пример 5.

Аналогично примеру 1 получают жидкий олигомер с динамической вязкостью 840 мПа·с и конверсией цианатных групп 10-12% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

2,2-Бис(4-цианатофенил)пропан	95
Полисульфидный каучук тиокол II-HT	5

Свойства олигомеров и отвержденных полимерных матриц на их основе приведены в таблице, где примеры 1, 2, 3 - предлагаемые, 4, 5 - полученные при соотношениях исходных компонентов, выходящих за рамки предлагаемого состава, 6 - прототип.

Из приведенной таблицы следует, что жидкий олигомер предлагаемого состава обладает по сравнению с прототипом существенно более высокой жизнеспособностью и фазовой устойчивостью вплоть до отрицательных температур, усадка при его отверждении уменьшается с 6 (прототип) до 1%, в ≈1,6 раза увеличивается цементирующая способность отвержденной полимерной матрицы, значительно возрастают удельное объемное электрическое сопротивление последней и устойчивость к термоокислительной деструкции. Олигомер, полученный при соотношениях исходных компонентов 2,2-бис(4-цианатофенил)пропан : полисульфидный каучук тиокол II-НТ=60:40 мас.ч. (пример 4) и 95:5 мас.ч. (пример 5), либо формирует при отверждении полимерную матрицу с неудовлетворительными диэлектрическими свойствами, либо не обладает длительной фазовой устойчивостью соответственно.

№ примера	Олигомер	Отвержденная полимерная матрица
Жизнеспособность, сутки*	Фазовое состояние**	Ударная вязкость, кДж/м2	Линейная усадка при отверждении, %	Цементирующая способность, Н	Удельное объемное электрическое сопротивление ρv, Ом·м	Потери массы после термообработки при 220°С в течение 200 ч, %
1	неограничена	жидкий	30	3	400	1·105	7
2	неограничена	жидкий	31	3	430	4·1014	5
3	неограничена	жидкий	34	1	480	7·1013	4
4	неограничена	жидкий	34	1	480	2·1011	4
5	неограничена	кристаллический	22	5	320	8·1014	11
6	65	кристаллический	28	6	300	7·1012	18
*) определяется временем, в течение которого фиксируется двукратное увеличение вязкости олигомеров в процессе хранения при температуре 20±2°С.
**) определяется визуально после 30 суток хранения олигомеров при температуре - 18±2°С.

Таким образом, предлагаемый олигомер может быть использован в качестве заливочного или пропиточного компаунда, обладающего длительной жизнеспособностью и фазовой устойчивостью в широком интервале температур, обеспечивающий после отверждения формирование механически прочной высоковольтной электрической изоляции с высокой термоокислительной устойчивостью. Использование олигомера в качестве связующего позволит получать по растворной или расплавной технологии препреги с практически неограниченной жизнеспособностью для изготовления на их основе конструкционных стеклопластиков электротехнического назначения, способных длительно эксплуатироваться при температурах 200-220°С.

Жидкий олигомер на основе дицианового эфира дифенилолпропана, получаемый термической циклотримеризацией 2,2-бис(4-цианатофенил)пропана в присутствии модифицирующей добавки, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют полисульфидный каучук тиокол II-HT при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

2,2-бис(4-цианатофенил)пропан	70-90
полисульфидный каучук тиокол II-HT	10-30