Патент на изобретение №2270217

(54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к полимерной химии, в частности, к холодному отверждению полиэфирных композиций. Полимерная композиция включает связующее 100 мас.ч., абразивный наполнитель 110-160 мас.ч., аэросил 0,5-5,2 мас.ч., инициатор – гидроперекись кумола 0,2-0,4 мас.ч. и ускоритель 0,5-0,7 мас.ч. В качестве связующего она содержит ненасыщенную полиэфирную смолу или акриловый олигомер или их смесь, а в качестве ускорителя она содержит комплексное соединение, полученное взаимодействием пятиокиси ванадия со смесью ортофосфорной кислоты, воды и бутанола в количестве 0,03-0,6 мас.% от связующего. Технический результат изобретения состоит в выборе оптимального состава полимерной композиции с использованием дешевого, высокоэффективного ускорителя.

Изобретение относится к полимерной химии, в частности к холодному отверждению полиэфирных композиций, в состав которых входят связующее – полиэфирные смолы или их смеси, акриловые олигомеры; окислительно – восстановительная система, состоящая из инициатора и ускорителя полимеризации.

Отверждение полимерных смол протекает обычно в присутствии перекисных инициаторов при 80-150°С; в случае использования ускорителей при 20-30°С и даже более низких температурах (с.713. т.2. Энциклопедия полимеров в 3-х. т. М.: “Советская энциклопедия”. 1972-1977). Выбор инициатора и ускорителя, а также их дозировка, зависит от состава полиэфира и мономера, их соотношения.

Известна композиция холодного отверждения (Патент США №5276074, 524 – 8, 1995), содержащая перекись метилэтилкетона и амины, например диметилланилин, в качестве ускорителей отверждения метакриловых олигомеров. Недостаток – сравнительно большое время отверждения композиции при 20°С: от 30 мин до нескольких часов.

Техническое решение композиции (Патент США №5314729, 428 – 15) на основе ненасыщенных полиэфирных смол и акриловых олигомеров содержит в качестве инициатора гидроперекись изопропилбензола (гипериза) и в качестве ускорителя – нафтенат кобальта.

Недостаток композиции – потребность для отверждения сравнительно большого количества (3-10%) масс от связующего как нафтената кобальта, так и гипериза; время отверждения при 20°С составляет от 40 мин до нескольких часов. Известна “Полимербетонная смесь” (Патент РФ №2049752, кл. 6 С 04 В 26/18), включающая компоненты, мас.ч.: ненасыщенная полиэфирная смола (ПН-1, ПН-12) – 8,4-15; ускоритель (нафтенат кобальта – НК) – 0,4-0,8; инициатор (гипериз) – 0,2-0,5; модификатор (глицидилметакрилат) – 1-1,7; наполнитель (отходы переработки природного камня) – остальное.

А.с-во СССР №827509, кл. C 08 L 31/08 включает ингридиенты:

олигоэфиракрилатный олигомер (триметилолпропан, фталевый ангидрид и монометакриловый эфир); инициатор (перекись метилэтилкетона, гидроперекись кумола); ускоритель (нафтенат кобальта, линолеат кобальта); наполнитель или пигмент (двуокись кремния или смесь диабазовой муки и двуокиси кремния); 2 -виниллоксибутадиен.

Данное техническое решение требует использования значительного количества инициатора и ускорителя (10-18%) в композиции.

Сочетание инициатора и ускорителя НК обеспечивает удовлетворительную скорость и большую глубину отверждения стиролсодержащих смол и хорошие физико-механические свойства отвержденных продуктов. Недостаток – использование значительного количества инициатора и ускорителя (11-15%) в композиции.

В техническом решении (Патент РФ №2005739, C 08 j 5/10) в качестве ускорителя использован толуольный раствор нафтената кобальта или раствор пятиокиси ванадия в монобутилфосфорной кислоте, в качестве раствора ненасыщенного полиэфира в смешивающем мономере – полуфабрикатный лак.

Известен состав пятиокиси ванадия с монобутилфосфорной кислотой с содержанием ванадия 0,5±0,05%, используемый в качестве ускорителя отверждения смолы (А.с. СССР №1010094, С 09 D 3/68, 1983).

Известен способ получения ускорителя путем взаимодействия пятиокиси ванадия с монобутилфосфорной кислотой с образованием ускорителя №31, входящего в состав лака. Последний представляет собой четырехкомпонентную систему, состоящую из полуфабриката лака (раствора ненасыщенной смолы в смеси растворителей: стироле, бутилацетате и ацетоне), ускорителя №31 (раствора пятиокиси ванадия в монобутилфосфорной кислоте), инициатора (гидропероксида изопропилбензола – гипериза) и всплывающей добавки (3%-ного раствора парафина в стироле марки Б) (с.25. Лакокрасочные материалы: Технические требования и контроль качества: Справочное пособие. М.И.Карякина и др. М.: Химия, 1983, 336 с.).

В качестве прототипа заявляемого технического решения выбрана композиция на основе полиэфирной смолы (“Шпатлевка №10” с.119. Справочник по пластическим массам. Изд.2, т.2/Под ред. В.М.Катаева М.: Химия, 1975, 568 с.), состоящая из ингредиентов, мас.ч:

Задачей заявляемого изобретения является выбор оптимального состава полимерной композиции с использованием дешевого, доступного высокоэффективного ускорителя с значительным расширением диапазона по сравнению с прототипом.

Для решения поставленной технической задачи, в соответствии с изобретением, предложена полимерная композиция, включающая в качестве связующего ненасыщенную полиэфирную смолу или акриловый олигомер или их смесь, а в качестве ускорителя она содержит комплексное соединение, полученное взаимодействием пятиокиси ванадия со смесью ортофосфорной кислоты, воды и бутанола в количестве 0,03-0,6 мас.% от связующего при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч: указанное связующее – 100; абразивный наполнитель – 110-160; аэросил – 0,5-5,2; указанный инициатор – 0,2-0,4; указанный ускоритель – 0,5-0,7.

В техническом решении полимерной композиции использованы:

Связующее – ненасыщенные полиэфиры ПН-1 (ГОСТ 22181) и ПН-12 (ТУ 6-05-101-32-73, ГОСТ 21970), НПС 609-21 М (ГОСТ 27952-88); диметакрилат триэтиленгликоля ТГМ-3 (ТУ 6-16-2010-82), олиоэфиракрилат МГФ-9 (Каталог “(Мет) акриловые мономеры и олигоэфиракрилаты”, Черкассы, 1988);

Абразивный наполнитель: карбид кремния черный и зеленый, электрокорунд нормальный по ТУ У3.02-0022222-59-94 (ОАО “Запорожский абразивный завод.);

зернистость абразивов по ГОСТ 3647-71 (микропорошки для шлифовальных кругов);

Аэросил (например А-175; А-300; А-380 – ГОСТ 14922-77);

Инициатор – гидроперекись кумола (ТУ 38-10293-82);

Бутиловый спирт (ГОСТ 5208-76).

Ускоритель полимеризации представляет собой комплексное химическое соединение пятиокиси ванадия со смесью ортофосфорной кислоты, воды и бутанола со следующими характеристиками: плотность – 1,49-1,53 г/см³, содержание металла (ванадия) – 0,5-0,9%; однородная жидкость от голубого до зеленого цвета; жидкость прозрачная, без механических включений.

Тип связующего и наполнителя выбирается в зависимости от назначения изделий (абразивный инструмент, шпатлевка, клей, лак и т.д.).

Сущность изобретения проиллюстрирована на пяти примерах изготовления эластичного абразивного инструмента.

Пример 1. В смеситель, снабженный перемешивающим устройством, загружают 100 мас.ч полиэфирной ненасыщенной смолы марки НПС-609-21М, содержащей до 60% диметакрилового эфира триэтиленгликоля (техническое название ТГМ-3); 0,5 мас. ч. ванадиевого ускорителя. Смесь перемешивают 10 мин. Затем при непрерывном перемешивании в течение 20-30 минут в полученный раствор загружают по частям смесь 114 мас. ч. карбида кремния черного М28 и 0,54 мас. ч. аэросила. После чего в смеситель добавляют 0,26 мас. ч. гидроперекиси кумола и перемешивают 2 мин. Полученную вязкотекучую смесь выливают в форму, где она отверждается за 7-10 минут. Полученный абразивный круг вынимают из формы и выдерживают не менее 14 суток. После выдержки круг обрабатывается на токарном станке до требуемых размеров и используется по назначению.

Область применения абразивного круга – заточка медицинских игл однократного использования. Стойкость круга в 1,5-2,0 раза превышает круг на глифталевой связке, который использовался до освоения данного предлагаемого изобретения.

Пример 2. Используя вышеописанную технологию, в емкость загружают 100 мас.ч. ненасыщенной полиэфирной смолы ПН-1, содержащей до 30% стирола, электрокорунда нормального №16 – 158 мас.ч, аэросила 3,15 мас.ч.; ускорителя полимеризации 0,66 мас.ч и гидроперекиси кумола 0,32 мас.ч. Смесь отверждается за 10-15 мин.

Пример 3. По примеру 1 берут 100 мас.ч. ненасыщенной полиэфирной смолы марки ПН-12, содержащей до 30% стирола, 153 мас.ч. нормального электрокорунда М10; 5,2 мас.ч. аэросила; 0,66 мас.ч. ванадиевого ускорителя и 0,4 мас.ч. гидроперекиси кумола. Смесь отверждается за 8-13 мин.

Пример 4. В химический цилиндр загружают 100 мас.ч олигоэфиракрилат марки МГФ-9; 160 мас.ч карбида кремния зеленого марки 64С зернистости М28; 2 мас.ч аэросила; 0,5 мас.ч ванадиевого ускорителя и 0,4 мас.ч гидроперекиси кумола. Смесь отверждается за 10-12 мин.

Пример 5. По примеру 4 получают композицию, содержащую смесь полиэфирной смолы ПН-12 и ТГМ-3 (массовое соотношение 1:2 соответственно) 100 мас.ч, электрокорунд нормальной марки 14 А зернистости М20-110 мас.ч; аэросила 1,7 мас.ч; ванадиевого ускорителя 0,5 мас.ч и гидроперекиси кумола 0,4 мас.ч. Композиция отверждается в течение 5-10 мин.

Предложенные композиции могут быть применены в производстве лакокрасочных материалов (например, лак ПЭ-265); клеев для склеивания металлов и неметаллических материалов; герметиков, компаундов; стеклопластиков; полимербетонов для бесшовных покрытий полов и стен; искусственного мрамора; шпаклевок; замазок и абразивного инструмента.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно – техническим источникам информации, выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленной полимерной композиции, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений (Энциклопедия полимеров в 3-х т. М.: “Советская энциклопедия”, 1972 -1977; X. Ли, К. Невилл. Справочное руководство по эпоксидным смолам. М., “Энергия”, 1973; Берлин А.А. и др. Акриловые олигомеры и материалы на их основе. “Химия”, 1983; Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. М., “Машиностроение”, 1977), совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной полимерной композиции. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Не известны составы полимерной композиции, обеспечивающие достигнуть поставленную цель, что свидетельствует об удовлетворении критерия “изобретательский уровень”.

Заявленное техническое решение может быть использовано в медицинской промышленности, оно раскрыто в материалах заявки с полнотой, достаточной для его осуществления, и обеспечивает заточку медицинских игл из нержавеющей стали одноразового использования. Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения “промышленная применимость”.

Формула изобретения

Полимерная композиция, включающая связующее, абразивный наполнитель, аэросил, инициатор – гидроперекись кумола и ускоритель, отличающаяся тем, что в качестве связующего она содержит ненасыщенную полиэфирную смолу, или акриловый олигомер, или их смесь, а в качестве ускорителя она содержит комплексное соединение, полученное взаимодействием пятиокиси ванадия со смесью ортофосфорной кислоты, воды и бутанола в количестве 0,03-0,6 мас.% от связующего при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: