RU2764442C1 - Polymer composition for the production of high-strength, thermo- and fire-resistant syntactic foams - Google Patents
Polymer composition for the production of high-strength, thermo- and fire-resistant syntactic foams Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764442C1 RU2764442C1 RU2021106594A RU2021106594A RU2764442C1 RU 2764442 C1 RU2764442 C1 RU 2764442C1 RU 2021106594 A RU2021106594 A RU 2021106594A RU 2021106594 A RU2021106594 A RU 2021106594A RU 2764442 C1 RU2764442 C1 RU 2764442C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- epoxy
- strength
- polymer composition
- epoxy resin
- fire
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/16—Solid spheres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
- C08L63/06—Triglycidylisocyanurates
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения высокопрочных, термо- и огнестойких синтактовых пенопластов - сферопластиков, устойчивых к длительному солнечному излучению.The invention relates to the field of obtaining high-strength, heat- and fire-resistant syntactic foam plastics - spheroplastics, resistant to long-term solar radiation.
Известна полимерная композиция, патент №2226202 опубл. 27.03.2004, бюл. №9. Изобретение относится к полимерным продуктам, применяемым для изготовления защитных покрытий строительных конструкций, трубопроводов с целью их теплоизоляции и комплексной изоляции. Теплоизолирующая композиция с плотностью 51-75 кг/м3 на основе жесткого пенополиуретана, содержащая 70-95 мас. % полиуретана и 5-30 мас. % стеклянных микросфер. Используются фракции стеклянных микросфер размером 30-50 мкм, 60-140 мкм, а также смеси указанных фракций.Known polymer composition, patent No. 2226202 publ. 03/27/2004, bul. No. 9. The invention relates to polymer products used for the manufacture of protective coatings for building structures, pipelines for the purpose of their thermal insulation and complex insulation. Heat-insulating composition with a density of 51-75 kg/m 3 based on rigid polyurethane foam containing 70-95 wt. % polyurethane and 5-30 wt. % glass microspheres. Fractions of glass microspheres with a size of 30-50 microns, 60-140 microns, as well as mixtures of these fractions are used.
Недостатком композици является недостаточная светостойкость.The disadvantage of the composition is insufficient light fastness.
Известна полимерная композиция, патент №2220990 опубл. 10.01.2004, бюл. №27 Изобретешь относится к самозатухающим полимерным композициям с наполнителем в виде полых микросфер, которые служат для заполнения участков сотовых конструкций, используемых в авиационной технике. Полимерная композиция включает, ч.: эпоксидная смола 32-35, олигоамидоамин 20-23, полые стеклянные микросферы 26-30, аммоний фосфорнокислый 16-18 и порошок отвержденной фенолформальдегидной смолы 5-15.Known polymer composition, patent No. 2220990 publ. 01/10/2004, bul. №27 Invention relates to self-extinguishing polymer compositions with filler in the form of hollow microspheres, which serve to fill sections of honeycomb structures used in aviation technology. The polymer composition includes, parts: epoxy resin 32-35, oligoamidoamine 20-23, hollow glass microspheres 26-30, ammonium phosphate 16-18 and powder of cured phenol-formaldehyde resin 5-15.
Недостатками известных композиций является то, что обладают недостаточно высокой прочностью при сжатии.The disadvantages of the known compositions is that they have insufficiently high compressive strength.
Известна композиция с использованием эпоксидных соединений и полых микросфер, позволяющая, по данным авторов, получать высокопрочные сферопластики (патент RU 2540084, опубл. 27.01.2015, бюл. №3, прототип). В указанном патенте приводятся полимерные составы на основе циклоалифатических эпоксидных смол УП-612, УП-632 и УП-639, называемых авторами прототипа олигомерами, хотя на самом деле они как минимум на 99% являются мономерными диокисями, традиционно в промышленности именуемые смолами. Недостатками упомянутых составов являются низкие прочностные показатели полимеров на их основе и плохая адгезия к стеклянным волокнам и микросферам, т.к. они являются диокисями олефинов. Важнейшие прочностные показатели - прочность при растяжении и статическом изгибе - отвержденных смол УП-612 и УП-632 в 2÷3 раза ниже, чем у полимеров на основе самых распространенных смол ЭД-20 и ЭД-16 (Справочник по пластическим массам / под ред. В.М. Катаева, В.А. Попова, Б.И. Сажина. - М: Химия, 1975. Т. 2. - 567 с.). Кроме того, полимеры на основе циклоалифатических смол УП-632 и др. горючи, как и все парафины или циклопарафины (их коксовое число равно нулю, в то время как у полимеров на основе смол типа ЭД-20 оно составляет 35%, а у негорючих фенолоформальдегидных полимеров - 55%).A composition using epoxy compounds and hollow microspheres is known, which, according to the authors, makes it possible to obtain high-strength spheroplastics (patent RU 2540084, publ. 27.01.2015, bull. No. 3, prototype). This patent provides polymer compositions based on cycloaliphatic epoxy resins UP-612, UP-632 and UP-639, called oligomers by the authors of the prototype, although in fact they are at least 99% monomeric dioxides, traditionally referred to in the industry as resins. The disadvantages of the mentioned compositions are the low strength properties of polymers based on them and poor adhesion to glass fibers and microspheres, tk. they are olefin dioxides. The most important strength indicators - tensile and static bending strength - of cured resins UP-612 and UP-632 are 2–3 times lower than those of polymers based on the most common resins ED-20 and ED-16 (Handbook of plastics / ed. V. M. Kataeva, V. A. Popova, B. I. Sazhina, Moscow: Chemistry, 1975, vol. 2, 567 p.). In addition, polymers based on cycloaliphatic resins UP-632 and others are combustible, like all paraffins or cycloparaffins (their coke number is zero, while for polymers based on resins of the ED-20 type it is 35%, and for non-combustible phenol-formaldehyde polymers - 55%).
Известно, что наиболее высокие прочностные показатели в сочетании с повышенной теплостойкостью литых образцов полимеров и стеклонаполненных материалов достигаются при использовании составов на основе эпоксидированных ароматических и гетероциклических аминов. Это смолы типа УП-610, ЭХД и ЭЦ. Причем последний состав, содержащий триазиновый цикл и по структуре цикла являющийся аналогом меламино-формальдегидных смол, устойчив к воздействию пламени, солнечного излучения, коронных разрядов. Однако из-за высокой активности указанных смол в процессе отверждения любыми серийными отвердителями (вследствие каталитического действия входящего в их структуру третичного азота и повышенного содержания - 30÷40% - эпоксидных групп) они самовоспламеняются по причине сильного выделения экзотермического тепла в литых образцах толщиной 30÷50 мм, что усугубляется введением теплоизолирующих полых микросфер.It is known that the highest strength characteristics in combination with increased heat resistance of cast samples of polymers and glass-filled materials are achieved using compositions based on epoxidized aromatic and heterocyclic amines. These are resins such as UP-610, EHD and ETs. Moreover, the latter composition, containing a triazine cycle and being an analogue of melamine-formaldehyde resins in terms of the structure of the cycle, is resistant to flame, solar radiation, and corona discharges. However, due to the high activity of these resins in the process of curing with any serial hardeners (due to the catalytic action of tertiary nitrogen included in their structure and an increased content - 30 ÷ 40% - of epoxy groups), they spontaneously ignite due to the strong release of exothermic heat in cast samples with a thickness of 30 ÷ 50 mm, which is exacerbated by the introduction of heat-insulating hollow microspheres.
Целью заявляемого изобретения является полимерная композиция, позволяющий получать высокопрочные, термо- и огнестойкие сферопластики без воспламенения при отверждении наполненных полыми микросферами образцов толщиной до 400 мм.The purpose of the claimed invention is a polymer composition that makes it possible to obtain high-strength, heat- and fire-resistant spheroplasts without ignition during curing of specimens up to 400 mm thick filled with hollow microspheres.
Поставленная техническая задача решается с помощью использования азотосодержащей смолы - триглицидилизоцианурата марки ЭЦ-Н (ТУ 6-05-1190-76), широко применяемой в виде раствора при изготовлении предварительно пропитанных стеклотканей, лент и термостойких композитов на их основе еще со времен СССР. Известно, что образцы на основе ЭЦ-Н малой толщины обладают высокой прочностью и теплостойкостью до +300°С. Однако эта смола в исходном состоянии представляет собой высоковязкий продукт и не позволяет получать наполненные сферопластики больших толщин, т.к. при отверждении в слое толщиной 30÷50 мм воспламеняется при нагревании до +100°С даже без отвердителя за счет каталитического действия третичного азота в ее структуре.The technical problem posed is solved by using a nitrogen-containing resin - triglycidyl isocyanurate brand ETs-N (TU 6-05-1190-76), widely used in the form of a solution in the manufacture of pre-impregnated glass fabrics, tapes and heat-resistant composites based on them since the times of the USSR. It is known that samples based on EC-N of small thickness have high strength and heat resistance up to +300°C. However, this resin in the initial state is a highly viscous product and does not allow one to obtain filled spheroplasts of large thicknesses, because when cured in a layer with a thickness of 30÷50 mm, it ignites when heated to +100°C even without a hardener due to the catalytic action of tertiary nitrogen in its structure.
Авторам удалось преодолеть недостатки смолы ЭЦ-Н за счет разбавления ее моноокисью винилциклогексена (CAS 100-40-3) - эпоксидного соединения с самой минимальной вязкостью при +20°С среди всех известных эпоксидов, равной 0,001 Па⋅с, а также за счет применения системы двух отвердителей, отверждающих эпоксидные смолы при разных температурах. Эта система состоит из жидкого амино-аддукта пара-аминобензиланилина - результата взаимодействия последнего с диглицидиловым эфиром полиэпихлоргидрина (техническое название смола Э-181, ТУ 2225-606-11131395-2003), впервые полученного Лапицким В.А. с сотрудниками, и второго компонента в системе отвердителей - 4,4'-дифенилметандиизоцианата, блокированного метилпиразолом, ранее синтезированного и запатентованного в СССР с участием одного из авторов настоящего патента, а позднее описанного в монографии Лапицкого В.А. и Крицука А.А. «Физико-механические свойства эпоксидных полимеров и стеклопластиков» (Киев: Наукова думка, 1986. - 96 с.).The authors managed to overcome the shortcomings of the ETs-N resin by diluting it with vinylcyclohexene monoxide (CAS 100-40-3), an epoxy compound with the lowest viscosity at +20°C among all known epoxides, equal to 0.001 Pa⋅s, and also by using dual hardener systems that cure epoxy resins at different temperatures. This system consists of a liquid amino adduct of para-aminobenzylaniline - the result of the interaction of the latter with polyepichlorohydrin diglycidyl ether (technical name resin E-181, TU 2225-606-11131395-2003), first obtained by Lapitsky V.A. with employees, and the second component in the system of hardeners - 4,4'-diphenylmethane diisocyanate blocked with methylpyrazole, previously synthesized and patented in the USSR with the participation of one of the authors of this patent, and later described in the monograph by Lapitsky V.A. and Kritsuka A.A. "Physical and mechanical properties of epoxy polymers and fiberglass" (Kiev: Naukova Dumka, 1986. - 96 p.).
Первый компонент начинает отверждать смоляную часть, начиная с температуры +50°С, а второй остается инертным до разблокировки при температуре 150÷170°С. Поэтому отверждение происходит в два этапа с допустимым выделением экзотермического тепла и позволяет в один прием получить высоконаполненные сферопластики толщиной до 400 мм.The first component begins to cure the resin part, starting from a temperature of +50°C, and the second one remains inert until unlocking at a temperature of 150÷170°C. Therefore, curing occurs in two stages with an acceptable release of exothermic heat and makes it possible to obtain highly filled spheroplastics up to 400 mm thick in one step.
Пример 1Example 1
1. Получение смоляной части1. Getting the resin part
В реактор с быстроходной мешалкой загружают эпоксидную смолу марки ЭЦ-Н (ТУ 6-05-1190-76) (А) и моноокись винилциклогексена (CAS 100-40-3) (Б) в соотношении 70:30 и при +50°С перемешивают в течение 20 минут, после чего выгружают в металлические емкости. Срок хранения - 2 месяца.Epoxy resin brand ETs-N (TU 6-05-1190-76) (A) and vinylcyclohexene monoxide (CAS 100-40-3) (B) are loaded into a reactor with a high-speed stirrer in a ratio of 70:30 and at +50°C mixed for 20 minutes, after which they are unloaded into metal containers. Shelf life - 2 months.
2. Получение отверждающей системы2. Obtaining a curing system
В реактор с быстроходной мешалкой загружают 23 мас.ч. пара-аминобензиланилина марки «Бензам АБА» (ТУ 2225-415-04872688-99) и поднимают температуру до +90°С, а затем в течение 30 минут приливают эпоксидную смолу Э-181 (ТУ 2225-606-11131395-2003, содержание эпоксидных групп 30%) в количестве 10 мас. ч., т.е. при пятикратном избытке отвердителя от стехиометрического количества для эпоксидной смолы. В результате получают компонент (В). Реакция экзотермична, поэтому реактор должен постоянно охлаждаться. После введения смолы к отвердителю реакционная масса перемешивается в течение 20 минут, а затем к ней добавляют порошок блокированного изоцианата (Г) в количестве 22 мас. ч., т.е. соотношение В:Г=60:40, и перемешивают в течение 5 минут. Готовый продукт сливают в металлические емкости. Срок хранения - 3 месяца.In a reactor with a high-speed stirrer load 23 wt.h. para-aminobenzylaniline brand "Benzam ABA" (TU 2225-415-04872688-99) and raise the temperature to +90°C, and then pour the epoxy resin E-181 (TU 2225-606-11131395-2003, content epoxy groups 30%) in the amount of 10 wt. hours, i.e. with a fivefold excess of hardener from the stoichiometric amount for epoxy resin. The result is component (B). The reaction is exothermic, so the reactor must be constantly cooled. After introducing the resin to the hardener, the reaction mass is stirred for 20 minutes, and then powder of blocked isocyanate (G) is added to it in an amount of 22 wt. hours, i.e. ratio W:D=60:40, and stirred for 5 minutes. The finished product is poured into metal containers. Shelf life - 3 months.
3. Получение сферопластика3. Obtaining spheroplast
В реактор с вакуумирующим устройством загружают 100 мас. ч. смоляной части и 60 мас. ч. отвердителя, полученных на двух предыдущих этапах, а затем при температуре загруженной массы +40°С вводят полые алюмосиликатные микросферы марки АСПМ-500 диаметром от 10 до 500 мкм (ТУ 5717-001-11843486-2004) в весовом соотношении полимерная основа: микросферы, равном 70:30. Смесь вакуумируют в течение 10 минут, а затем выгружают в ограничительные металлические формы и отверждают в две ступени, первая - при +70°С в течение 4 часов, вторая - при +160°С в течение 2 часов.100 wt. including the resin part and 60 wt. hours of hardener obtained in the two previous stages, and then at a temperature of the loaded mass of +40 ° C, hollow aluminosilicate microspheres of the ASPM-500 brand with a diameter of 10 to 500 microns (TU 5717-001-11843486-2004) are introduced in a weight ratio polymer base: microspheres, equal to 70:30. The mixture is evacuated for 10 minutes, and then unloaded into restrictive metal molds and cured in two stages, the first at +70°C for 4 hours, the second at +160°C for 2 hours.
Полимерная основа обладает высокой клеющей способностью, поэтому при изготовлении образцов ограничительные металлические формы покрывают антиадгезивом, а при изготовлении конструкций с покрытием из полученного сферопластика дополнительный клей не требуется.The polymer base has a high adhesive capacity, therefore, in the manufacture of samples, restrictive metal molds are coated with an anti-adhesive agent, and in the manufacture of structures coated with the resulting spheroplast, no additional glue is required.
Примеры 2÷4 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением отдельных параметров по таблице 1.Examples 2÷4 are carried out similarly to example 1 with a change in individual parameters according to table 1.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021106594A RU2764442C1 (en) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | Polymer composition for the production of high-strength, thermo- and fire-resistant syntactic foams |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021106594A RU2764442C1 (en) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | Polymer composition for the production of high-strength, thermo- and fire-resistant syntactic foams |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2764442C1 true RU2764442C1 (en) | 2022-01-17 |
Family
ID=80040525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021106594A RU2764442C1 (en) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | Polymer composition for the production of high-strength, thermo- and fire-resistant syntactic foams |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2764442C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1457160A (en) * | 1973-08-20 | 1976-12-01 | Upjohn Co | Syntatic foam |
US5665461A (en) * | 1992-09-15 | 1997-09-09 | The Dexter Corporation | Low moisture absorption syntactic foam |
RU2301241C2 (en) * | 2005-07-13 | 2007-06-20 | Виталий Степанович Беляев | Composition for preparing anticorrosion, fire-resistant, and heat-retention coating and application thereof |
RU2540084C1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Polymer composition |
-
2021
- 2021-03-12 RU RU2021106594A patent/RU2764442C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1457160A (en) * | 1973-08-20 | 1976-12-01 | Upjohn Co | Syntatic foam |
US5665461A (en) * | 1992-09-15 | 1997-09-09 | The Dexter Corporation | Low moisture absorption syntactic foam |
RU2301241C2 (en) * | 2005-07-13 | 2007-06-20 | Виталий Степанович Беляев | Composition for preparing anticorrosion, fire-resistant, and heat-retention coating and application thereof |
RU2540084C1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Polymer composition |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
MOHAMMAD JALALIAN, QIXIANG JIANG, ALEXANDER BISMARCK "AIR TEMPLATED MACROPOROUS EPOXY FOAMS WITH SILICA PARTICLES AS PROPERTY-DEFINING ADDITIVE", ACS APPLIED POLYMER MATERIALS, 2019, 1, 335-343. * |
А.В. КОВАЛЕНКО, Н.К. СИДЕЛЬНИКОВ, И.И. СОКОЛОВ. К.О. ТУНДАЙКИН "СФЕРОПЛАСТИК С РЕГУЛИРУЕМОЙ ВЯЗКОСТЬЮ ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ УЧАСТКОВ СОТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ", ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ "ТРУДЫ ВИАМ", 11, 2019. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101709360B1 (en) | Epoxy resin based core filler material developing low exothermic heat | |
US8188165B2 (en) | Fire-retardant low-density epoxy composition | |
CN105339411B (en) | The epoxy-based composition of filler as honeycomb cell | |
US4670346A (en) | Process for preparing high heat-distortion-temperature polyisocyanurate polymers | |
WO2012015604A1 (en) | Solvent-free benzoxazine based thermosetting resin composition | |
RU2540084C1 (en) | Polymer composition | |
CN110637041B (en) | Epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material and fiber-reinforced composite material | |
RU2764442C1 (en) | Polymer composition for the production of high-strength, thermo- and fire-resistant syntactic foams | |
JP6224694B2 (en) | Low density epoxy composition with low water absorption | |
EP2609136B1 (en) | Formulated benzoxazine based system for transportation applications | |
RU2768641C1 (en) | Method for producing high-strength, heat and fire-resistant spheroplastics | |
EP3233961B1 (en) | High-temperature resistant duromers on the basis of naphthalene-based epoxy resins and cyanate esters, and improvement of the impact strength | |
Dispenza et al. | Cure behaviour of epoxy resin matrices for carbon fibre composites | |
RU2310668C2 (en) | Binding composition for impregnation of reinforcing material at armouring of solid propellant charges by winding method | |
US10077359B2 (en) | Flame-retardant, high temperature resistant thermosets on the basis of naphthalene-based epoxy resins and cyanate esters | |
RU2614701C1 (en) | Epoxy binder for producing self-extinguishing fiberglasses by pultrusion method | |
US3558558A (en) | Curable mixtures of epoxide resins and alkyl substituted ureas | |
Oswitch | The development of a new class of polyimide laminating resins | |
Meier et al. | High temperature epoxy resins: Latent curing with various imidazoles and further enhancement of the mechanical and flame retardant properties | |
Elharf | Comparative study of the rheological and thermal properties of the formol phenol novolac epoxy and those of the model resin diglycidylether of bisphenol A (DGEBA). | |
PL219382B1 (en) | Composition of reactive resins, process for the preparation of reactive resins and epoxy-isocyanate material |