Способ получения полиэфиров для эластичных пенополиуретанов

 

Использование: для изготовления эластичных пенополиуретанов. Сущнсоть: сложные полиэфиры получают поликонденсацией адипиновой кислоты, диэтиленгликоля и пентаэритрита при их молярном соотношении соответственно (33,5 - 35,0) : (35 - 37) : (1,0 - 1,3) в присутствии титаноорганического катализатора. Поликонденсацию проводят до получения полиэфира с гидроксильным числом 60 ± 3 мг КОН/г и кислотным числом не более 1,5 мг КОН/г.

Изобретение относится к области получения сложных полиэфиров, применяемых для получения эластичных пенополиуретанов, которые могут найти применение для производства лаков и различных покрытий на их основе.

Известен способ получения сложных полиэфиров путем взаимодействия триметилолпропана, адипиновой кислоты и диэтиленгликоля. Мольное соотношение применяемых компонентов соответственно равно 1 : 16 : 16. На основании этого сложного полиэфира получают эластичные пенополиуретаны.

Этот способ является промышленным и разработан немецкой фирмой Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft, которая запатентовала свое изобретение во многих странах и заключила контракты по продажу технологии получения сложного полиэфира.

Нашей страной в 1959 году у этой фирмы был закуплен по контракту технологический процесс получения сложного полиэфира Десмофена Д-2200 (отечественный продукт - полиэфир П-2200). Производство полиэфира П-2200 было организовано на нескольких предприятиях нашей страны. Метод производства - поликонденсация адипиновой кислоты, диэтиленгликоля и триметилолпропана в присутствии каталитических веществ (тетрабутоксититана, молибдата аммония, железного порошка). Полиэфир П-2200 применяется для получения эластичных пенополиуретанов.

На предприятии-заявителе производство полиэфира П-2200 было введено в эксплуатацию в 1968 году по вышеуказанной технологии.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения полиэфиров для эластичных пенополиуретанов, осуществляемый путем взаимодействия адипиновой кислоты, диэтиленгликоля и многоатомного спирта в присутствии титаноорганического катализатора. Мольное соотношение указанных компонентов соответственно равно 15 : 15,8 : 1.

Полиэфиры, получаемые по патенту США, имеют светлую окраску с кислотным числом 1,3-1,8 мг КОН/г. Полиэфир является горючим веществом, а для производства используется остродефицитный компонент - триметилолпропан.

Рецептура и технология получения полиэфира по известному способу и полиэфира П-2200 аналогичны.

Полиэфир П-2200 по внешнему виду представляет собой вязкую однородную жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Кислотное число, не более 1,5 мг КОН/г, гидроксильное число 57-63 мг КОН/г, массовая доля воды, не более 0,1%, цветность по йодометрической шкале, не более 5,0, вязкость динамическая при 75^оС 925-1075 МПа˙с (сПз). Продукт горюч. Температура вспышки 186^оС, температура воспламенения 200^оС, температура самовоспламенения 440^оС, температурные пределы взрываемости: нижний 172^оС, верхний 184^оС (ТУ 6-05-1607-79).

Технической задачей изобретения является замена дефицитного сырья (триметилолпропана), получение полиэфира с показателями, аналогичными полиэфиру П-2200.

Данная задача решается тем, что в способе получения полиэфиров для эластичных пенополиуретанов, осуществляемом поликонденсацией адипиновой кислоты, диэтиленгликоля и многоатомного спирта в присутствии титаноорганического катализатора, в качестве многоатомного спирта используют пентаэритрит и процесс проводят при мольном соотношении пентаэритрита, адипиновой кислоты и диэтиленгликоля (1-1,3) : (33,5-35,0) : (35-37) соответственно до получения полиэфира с гидроксильным числом 60 ± 3 мг КОН/г и кислотным числом не более 1,5 мг КОН/г.

При загрузке пентаэритрита меньше нижнего предела получаемый полиэфир имеет гидроксильное число меньше 57 мг КОН/г, вязкость меньше 925 сПз, кислотное число выше 1,5 мг КОН/г. Из такого полиэфира получить эластичный пенополиуретан с требованиями ОСТ 6-05-407-75 невозможно.

При загрузке пентаэритрита больше верхнего предела полиэфир будет иметь гидроксильное число больше 63 мг КОН/г, вязкость больше 1075 сПз. При этом получить эластичный пенополиуретан вообще невозможно.

П р и м е р 1. В реактор, снабженный механической мешалкой, барботером для инертного газа, холодильником, дефлагматором, термометром, в токе инертного газа при комнатной температуре загружают 4891 г (33,5 моль) адипиновой кислоты, 3710 (35 моль) диэтиленгликоля, 136 г (1,15 моль) пентаэритрита и 0,084 г тетрабутоксититана, нагревают до 132 ± 2^оС. Достижение данной температуры считается началом процесса поликонденсации при атмосферном давлении. Затем постепенно повышают температуру до 205 ± 5^оС и проводят поликонденсацию до кислотного числа 40 мг КОН/г. При этой же температуре проводят вакуумную поликонденсацию в течение 24 ч до кислотного числа 1,5 мг КОН/г. Получают 7426,5 г полиэфира - 85% от суммы загружаемых компонентов со следующими свойствами: кислотное число 1,5 мг КОН/г, гидроксильное число 57,3 мг КОН/г, вязкость при 75^оС сПз, массовая доля воды 0,09%. По внешнему виду полиэфир представляет собой вязкую однородную жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Температура вспышки - отсутствует, воспламенения - отсутствует; температура самовоспламенения - 427^оС, трудногорючий по ГОСТу 12.1.044-84.

П р и м е р 2. Проводят в условиях примера 1 с той лишь разницей, что используют 5005,6 г (34,25 моль) адипиновой кислоты, 3820,3 г (36 моль) диэтиленгликоля, 156,6 (1,15 моль) пентаэритрита. Получают 7626,1 г полиэфира (84,9% от суммы загружаемых компонентов) со следующими свойствами: кислотное число 0,8 мг КОН/г, гидроксильное число 59,7 мг КОН/г, вязкость при 75^оС 997 сПз, массовая доля воды 0,07%. Внешний вид - вязкая однородная жидкость светло-желтого цвета.

П р и м е р 3. Проводят в условиях примера 1 с той лишь разницей, что используют 5115,3 г (35 моль) адипиновой кислоты, 3926,4 г (37 моль) диэтиленгликоля, 177,0 (1,3 моль) пентаэритрита. Получают полиэфира 85,1% от суммы загруженных компонентов со следующими свойствами: кислотное число 0,7 мг КОН/г, гидроксильное число 62,6 мг КОН/г, вязкость при температуре 75^оС 1015 сПз, массовая доля воды 0,05%. Внешний вид - вязкая однородная жидкость светло-коричневого цвета.

П р и м е р 4 (контрольный). Проводят в условиях примера 2, с той лишь разницей, что в качестве многоатомного спирта используют триметилолпропан в количестве 154,1 г (1,15 моль), адипиновую кислоту 5005,6 г (34,25 моль), диэтиленгликоль 3820,3 г (36 моль). Получают 7633,0 г полиэфира (85% от суммы загружаемых компонентов) со следующими свойствами: кислотное число 2,3 мг КОН/г, гидроксильное число 47,3 мг КОН/г, вязкость при 75^оС 1350 сПз, массовая доля воды 0,15%. Внешний вид - вязкая однородная жидкость светло-желтого цвета.

Ввиду нестандартности полученного полиэфира по показателям вязкости, кислотного и гидроксильного числа получить из него пенополиуретан, соответствующий требованиям ОСТа 6-05-407-75, не удалось.

Как следует из приведенных данных, замена триметилолпропана на пентаэритрит при синтезе полиэфиров не приводит к изменению распределения по типу функциональности целевого продукта по изобретению, по сравнению с полиэфиром П-2200. Характеристики этих полиэфиров аналогичны.

Кроме того, полиэфир, полученный по изобретению, при переработке его в пенополиуретан проявляет повышенную реакционную способность, что приводит к снижению количества активирующей смеси на 10%.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭФИРОВ ДЛЯ ЭЛАСТИЧНЫХ ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВ поликонденсацией адипиновой кислоты, диэтиленгликоля и многоатомного спирта в присутствии титанорганического катализатора, отличающийся тем, что в качестве многоатомного спирта используют пентаэритрит и процесс проводят при молярном соотношении пента эритрита, адипиновой кислоты и диэтиленгликоля (1,0 - 1,3) : (33,5 - 35) : (35 - 37) соответственно до получения полиэфира с гидроксильным числом 60±3 мг·КОН/г и кислотным числом не более 1,5 мг·КОН/г.