Способ получения карбамидоформальдегидного пенопласта

 

Изобретение относится к области получения полимерных материалов, а именно карбамидоформальдегидных пенопластов, используемых в качестве теплоизоляционных материалов в строительстве, для улучшения структуры почв и изготовления комплексных удобрений в сельском хозяйстве, а также для аранжировки цветов. Способ заключается в том, что в карбамидоформальдегидную смолу с конечным молярным соотношением мочевины к формальдегиду 1,00:(1,5-1,65) предварительно вводят карбамидоформальдегидную смолу с конечным молярным соотношением мочевины к формальдегиду 1,00:(1,15-1,20) при массовом соотношении между ними 1,0:(0,5-4,0), затем смесь смол диспергируют и смешивают со вспененным раствором вспенивающе-отверждающего агента. Пенопласт для аранжировки цветов получают при массовом соотношении между смолами 1,00:(3,0-4,0), причем в раствор вспенивающе-отверждающего агента добавляют кислотостойкий краситель в количестве 0,3-0,7 г на 100 г раствора, и пенопласт дополнительно обрабатывают в течение 10-30 мин при 50-60^oC водным раствором, содержащим соль азотной или щавелевой кислоты в количестве 25-50 г/л и гликоль или водорастворимый полигликоль в количестве 25-50 г/л. Способ позволяет получить пенопласт с пониженной токсичностью при сохранении основных показателей качества, расширить области применения карбамидоформальдегидных пенопластов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Предполагаемое изобретение относится к области получения полимерных материалов, в частности карбамидоформальдегидных пенопластов (КФП), используемых в качестве теплоизоляционных материалов, например, различных строительных конструкций. Они могут быть также использованы в сельском хозяйстве для улучшения структуры почв, изготовления комплексных удобрений и для аранжировки цветов.

Известны способы получения КФП путем вспенивания вспенивающе-отверждающего агента (АВО) и последующего смешения "исходной пены" рабочего раствора АВО с диспергированной карбамидоформальдегидной смолой (КФС) [1] Недостатком этих способов является сравнительно высокая токсичность полученного пенопласта, обусловленная свободным формальдегидом, выделяющимся из свежесформованного пенопласта при отверждении.

Известен способ, позволяющий снизить выделения формальдегида в процессе отверждения пенопласта, путем введения в рабочий раствор АВО мочевины или аммиака [2] Однако использование при получении пенопласта мочевины и аммиака приводит к появлению у пенопласта хрупкости и сыпучести.

Известен также способ получения пенопласта, по которому для снижения токсичности в компонент АВО рекомендуется вводить диальдегиды [3] Однако в этом случае наблюдается недостаточное снижение токсичности.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ получения КФП, по которому готовят рабочий раствор АВО и вспенивают его. Затем в "исходную пену" рабочего раствора АВО вводят предварительно диспергированную карбамидоформальдегидную смолу с массовой долей сухого остатка более 65% при массовом соотношении КФС и АВО 1,0:(0,5-2,5) 4. Используемые КФС марки УКС (ГОСТ 14231-69) и позднее замененные на марки КФЖ, КФБЖ (ГОСТ 14231-88) имеют конечное молярное соотношение мочевины к формальдегиду 1,00:(1,50-1,65).

В известном способе для приготовления АВО в качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ) используют триэтаноламиновые соли сульфированных спиртов жирного ряда с C₁₂-C₁₆, а в качестве кислотного катализатора ортофосфорную кислоту.

Недостатком этого способа является получение пенопласта с высокой токсичностью: количество формальдегида, выделяющегося из свежесформованного пенопласта может достигать 0,9% (определение массовой доли выделяющегося формальдегида осуществляют по методике НПО "Полимерсинтез", N 74-18-7-87, г. Владимир).

Токсичность КФП является серьезным препятствием на пути внедрения из в различных областях народного хозяйства. Например, получаемые по известным способам пенопласты МФП-2 1 и МФП-3 4 были разрешены к применению Минздравом СССР в качестве теплоизоляционного материала в гражданском и промышленном строительстве лишь при условии полной герметизации пенопласта в строительной конструкции. Следует отметить, что пенопласты МФП-2 и МФП-3 из-за высокой токсичности не пригодны для использования в сельском хозяйстве и для аранжировки цветов.

Предлагаемое изобретение направлено на разработку способа получения КФП с низкой токсичностью при сохранении хороших физико-механических свойств. Реализация предлагаемого способа позволяет значительно расширить применения пенопласта: строительство, сельское хозяйство, аранжировка цветов, где реализуются основные преимущества получаемого пенопласта: низкая токсичность (0,4-0,09% против 0,5-0,7% по известному способу), хорошие физико-механические свойства, возможность варьирования свойств в зависимости от назначения (высокое водопоглощение пенопласта для аранжировки цветов, структурирование почвы; низкое для теплоизоляции строительных конструкций). Кроме того, предлагаемый способ получения малотоксичных пенопластов различного назначения реализуется на существующем стандартом оборудования без значительных изменений технологического режима.

Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что карбамидоформальдегидный пенопласт получают путем приготовления раствора АВО, его вспенивания и последующего смешения с диспергированной карбамидоформальдегидной смолой с конечным молярным соотношением мочевины к формальдегиду 1,00: (1,5-1,65), в указанную смолу предварительно вводят карбамидоформальдегидную смолу с конечным молярным соотношением мочевины к формальдегиду 1,00^oC(1,15-1,20) пи массовом соотношении между ними 1,00:(0,5-4,0).

В зависимости от массового соотношения смол получают пенопласты различного назначения, а именно: пенопласт, применяемый в качестве теплоизоляционного материала для строительной индустрии получают на смесях смол при массовом соотношении между ними 1,0:(0,5-2,0); пенопласт для сельского хозяйства (структурирования почв, искусственной почвы, повышения урожайности, изготовления комплексных удобрений) получают на смесях смол при их массовом соотношении 1,0:(3,0-4,0); пенопласт для аранжировки цветов получают на смесях смол также при массовом соотношении между ними 1,0:(3,0-4,0), но с предварительным введением в рабочий раствор АВО кислотостойкого красителя в количестве 0,3-0,7 г на 100 г рабочего раствора АВО, а полученный пенопласт дополнительно обрабатывают в течение 10-30 мин при температуре 50-60^oC водным раствором, содержащим соль азотной или щавелевой кислоты в количестве 25-50 г/л, и водорастворимый гликоль, полигликоль или лапрол в количестве 25-50 г/л.

В качестве смол используют освоенные промышленностью смолы, которые имеют разный состав, и условно их можно разделить на 2 группы: смолы типа КФЖ или КФБЖ (ГОСТ 14231-88), имеющие конечное молярное соотношение мочевины к формальдегиду 1,00:(1,5-1,65) и массовую долю свободного формальдегида 0,8-0,9% на которых можно получить пенопласты с хорошими физико-механическими показателями, но высокой токсичностью; смолы типа КФМТ-15 (ТУ 05-221-1435-87), КФ-0,15 (ТУ 13-914-86), имеющие конечное молярное соотношение мочевины к формальдегиду 1,00^oC(1,15-1,20) и массовую долю свободного формальдегида не более 0,15% Пенопласты на основе этих смол получить практически невозможно, т.к. при высыхании они трескаются и рассыпаются в порошок. Смолы как первой, так и второй группы предназначены для применения в качестве клеевых и связующих составов при производстве фанеры, мебели, древесно-стружечных плит и в полной мере не отвечают требованиям производства пенопласта. Смолы, отвечающие требованиям производства пенопластов, нашей промышленностью не освоены.

Введение смол второй группы в смолы первой группы с целью получения пенопластов в литературе ранее не описано. Можно было предположить, что добавление смол типа КФМТ-15 и КФ-0,15 приведет к значительному ухудшению качества получаемых пенопластов. Однако неожиданно оказалось, что даже при массовом соотношении между смолами первой и второй группы равном 1,0:4,0 показали качества полученных пенопластов остаются хорошими, а токсичность значительно снижается.

Раствор АВО готовят из поверхностно-активного вещества, кислотного катализатора и воды. В качестве ПАВ используют пенообразователь N 3 (триэтаноламиновые соли сульфированных спиртов жирного ряда C_12-16) (ТУ 6-14-508-80), в качестве кислотного катализатора ортофосфорную кислоту (ГОСТ 10678-76).

При получении пенопласта для аранжировки цветов в раствор АВО предварительно вводят любые водорастворимые кислотные красители, например, арилметановый, антрахиноновый, азокрасители. Можно использовать смеси этих красителей с неорганическими пигментами. Особенностью пенопластов для аранжировки цветов, является высокая влагоудерживающая способность (не ниже 8% незначительная механическая прочность, позволяющая легко вставлять в него стебли срезанных цветов, но достаточная для того, чтобы удерживать их в заданном положении. В предполагаемом изобретении осуществляют обработку пенопласта для аранжировки цветов водным раствором, содержащим азотнокислые или щавелевокислые соли, например, азотнокислый аммоний, азотнокислый натрий, щавелевокислый аммоний, и водорастворимые гликоли или полигликоли, например, диэтиленгликоль, глицерин, полиэтиленгликоль ПЭГ-115 (ТУ 6-14-820-72), лапрол 202-3-100 (ТУ 6-05-221-826-88).

Выбор граничных значений соотношения смол в смеси обусловлен тем, что при соотношении КФЖ (КФБЖ) КФМТ-15 (КФ-0,15) меньше, чем 1:0,5 увеличивается токсичность пенопласта, его хрупкость, а больше, чем 1:4,0, токсичность не снижается, увеличивается плотность пенопласта и водопоглощение, что ограничивает сферы его применения.

Пример 1. В смолу КФЖ предварительно вводят смолу КФМТ-15 при массовом соотношении между ними 1,0-0,5. В металлический стакан помещают 45 мл рабочего раствора АВО и с помощью механической мешалки (n=1400 об/мин) вспенивают в течение 2-3 мин. К образовавшейся "исходной пене", не прекращая перемешивания, добавляют 45 мл смеси смол и продолжают перемешивание в течение 10 с.

Полученный свежесформованный пенопласт переносят в форму. Через 0,5 ч пенопласт вынимают из формы, сушат на воздухе при комнатной температуре.

Примеры 2-11. Пенопласты получают по методике примера 1, но соотношение между смолами КФЖ, КФБЖ и смолами КФМТ-15, КФ-0,15 в смесях изменяется в пределах 1,00:(0,5-4,0).

Пример 12. В промышленных условиях КФП получают на заливочных установках по двухкомпонентной системе, для чего готовят: рабочий раствор АВО по вышеуказанной рецептуре;
смесь смолы КФЖ и смолы КФМТ-15 в соотношении по массе 1,0:1,0.

Рабочий раствор АВО с помощью дозирующего насоса подают к пенообразующему устройству типа инжектора, к которому подведен сжатый воздух с давлением 5,5-6,0 ати. За счет сжатого воздуха рабочий раствор АВО вспенивается, и "исходная пена" поступает к пистолету-смесителю. Смесь смол дозируют насосом и подают к пистолету-смесителю, к которому подведен сжатый воздух с давлением 5,0 ати. Смесь смол диспергируется сжатым воздухом и смешивается с "исходной пеной" рабочего раствора АВО, фиксируя ее структуру. Массовое соотношение диспергированной смеси смол и рабочего раствора АВО составляет 1,0: 1,0. Из пистолета-смесителя свежесформованный пенопласт по шлангу заливают в форму, где происходит его отверждение.

Примеры 13 и 14 (по прототипу). Пенопласты получают в условиях примера 1, но используют смолу КФЖ или смолу КФБЖ без их предварительного смешения с другими смолами.

Свойства пенопластов, полученных на смолах различных марок и их смесях, приведены в табл.1.

Как следует из данных табл.1, предлагаемый способ позволяет получить малотоксичные пенопласты. При этом стало возможным регулировать качество пенопласта, вводя смолы в различном количественном соотношении. Из табл.1 также следует, что пенопласты, получаемые на смесях смол КФЖ (КФБЖ) КФ-0,15 (КФМТ-15)= 1 (0,5-2,0), обладают водопоглощением, не превышающим достигнутых норм для КФП, используемых при теплоизоляции строительных конструкций. При увеличении количества смолы КФ-0,15 (КФМТ-15) в смесях со смолами КФЖ (КФБЖ) пенопласты получаются с более высоким водопоглощением, благодаря чему их можно использовать в сельском хозяйстве и для аранжировки цветов. Условия обработки и свойства таких пенопластов приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 видно, что предполагаемое изобретение позволяет получить малотоксичные пенопласты с повышенным влагопоглощением за счет дополнительной обработки.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить малотоксичные пенопласты различного назначения, а именно:
пенопласты, применяемые в качестве теплоизоляционного материала для строительной индустрии, получают на смесях смол с конечным молярным соотношением мочевины к формальдегиду 1,00:(1,50-1,65) и 1,00:(1,15-1,20) при массовом соотношении между ними 1:(0,5-2,0) (примеры 1, 2, 5, 6, 7, 10, 12 из табл. 1);
пенопласты для сельского хозяйства (структурирования почв, искусственной почвы, изготовления комплексных удобрений, повышения урожайности) получают на смесях смол при их массовом соотношении 1:(3,0-4,0) (примеры 3, 4, 8, 9, 11 из табл.1);
пенопласты для аранжировки цветов получают на смесях смол при их массовом соотношении 1:(3,0-4,0) при введении кислотостойкого красителя в рабочий раствор АВО и при дополнительной обработке пеопласта водным раствором, содержащим азотнокислые или щавелевокислые соли и гликоли или полигликоли (см. табл.2).

Осуществление предлагаемого способа возможно на стандартном оборудовании без существенного изменения технологического режима.

Формула изобретения

1. Способ получения карбамидоформальдегидного пенопласта путем приготовления раствора вспенивающе-отверждающего агента, его вспенивания и последующего смешения с диспергированной карбамидоформальдегидной смолой с конечным мольным соотношением мочевины к формальдегиду 1,00 (1,50 1,65), отличающийся тем, что в указанную смолу предварительно вводят карбамидоформальгидную смолу с конечным мольным соотношением мочевины к формальдегиду 1,00 (1,15 1,20), причем массовое соотношение между смолами составляет 1,0 (0,5 4,0).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при массовом соотношении между смолами 1,0 (3,0 4,0) полученный пенопласт дополнительно обрабатывают водным раствором, содержащим соль азотной или щавелевой кислоты в количестве 25 50 г/л и водорастворимый гликоль или полигликоль в количестве 25 50 г/л при 50 60^oС, в течение 10 30 мин.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в раствор вспенивающе-отверждающего агента дополнительно вводят кислотостойкий краситель в количестве 0,3 0,7 г на 100 г раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2