Способ получения жесткого наполненного пенополиуретана

Изобретение относится к получению жестких пенополиуретанов. Описывается способ получения жестких наполненных пенополиуретанов взаимодействием гидроксилсодержащего компонента (А), изоцианатного компонента (Б) - полиизоцианата с содержанием NCO-групп 29-33 мас.% и неорганического наполнителя (В) - жидкого стекла с модулем 4 и плотностью 1,3-1,5 г/см³ в количестве 50-150 мас.ч. на 100 мас.ч. суммы гидроксилсодержащего и изоцианатного компонентов, в присутствии целевых добавок. В качестве жидкого стекла используют калиевое жидкое стекло, а процесс смешивания компонентов (А), (Б) и (В) проводят одновременно в смесительной головке трехкомпонентной заливочной машины под давлением 15-22 МПа противоструйным методом. Полученные таким способом пенополиуретаны не способны к горению, обладают прочностью на сжатие при 10% деформации до 0,73 МПа, теплопроводностью 0,025 Вт/мк при 25°С, термостойкостью до 265°С и влагопоглощением на уровне 0,02 кг/м² и могут быть использованы при изготовлении теплоизоляционных материалов для нужд строительной и холодильной техники, а также в машиностроении. 2 табл.

 

Изобретение относится к получению жестких пенополиуретанов и может быть использовано при изготовлении теплоизоляционных материалов с повышенной термо- и огнестойкостью в строительстве, машиностроении и холодильной технике, отвечающим требованиям по экологической чистоте.

Известен способ получения полиизоциануратного пенопласта путем вспенивая и отверждения композиции, состоящей из изоцианата, катализатора тримеризации, вспенивающего агента и других целевых добавок. В качестве вспенивающего агента используют малеиновый ангидрид с дополнительным вводом олигомеров фурфурола с последующей многочасовой термообработкой при температуре 150-160°С, а затем при температуре 235-245°С [SU, А.С. №711049, С 08 G 18/14, 1980].

Недостаток способа в том, что он сложен из-за необходимости приготовления предварительной смеси фурфурола с добавками, многочасового выдерживания ее при большой температуре, а затем также при большой температуре готовой продукции, что очень сильно усложняет техпроцесс изготовления, при этом пенопласт обладает низкими теплоизоляционными свойствами.

Известен также способ получения пенополиуретана для теплоизоляционного огнестойкого материала путем взаимодействия полиольного компонента - простого полиэфирполиола с мол.массой 350-820 и целевых добавок (кремнийорганического пеностабилизатора, воды, хладона) с полиизоцианатом и диметиловым эфиром метилфосфоновой кислоты [RU, №2050375, 1995].

Способ также не лишен недостатков, в частности в нем предусмотрено использование озоноразрушающих компонентов - хладонов, т.е. способ не относится к экологически чистым производствам.

Известен способ получения наполненного пенополиуретана для огнестойких теплоизоляционных изделий взаимодействием гидроксилсодержащего компонента с изоцианатным компонентом в присутствии целевых добавок и неорганического наполнителя [SU, №593671, 1978]. Данный способ предусматривает использование в качестве неорганического наполнителя водных суспензий, различных нерастворимых или трудно растворимых в воде неорганических соединений, в том числе силикатов. Содержание наполнителя в пенопласте не превышает 85 мас.%. Содержание NCO-группы в изоцианатном компоненте составляет 20-32 мас.%. Получаемый наполненный пенополиуретан не обладает достаточной огнестойкостью.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ получения наполненного пенополиуретана для теплоизоляционных изделий взаимодействием гидроксилсодержащего компонента (А) с изоцианатным компонентом (Б) в присутствии целевых добавок и наполнителя (В), в качестве последнего используют натриевое жидкое стекло с модулем до 4,0 и плотностью 1,3-1,5 г/см³, взятым в количестве 50-150 мас.ч. (в пересчете на силикат натрия) на 100 мас.ч. суммы гидроксилсодержащего и изоцианатного компонентов, в качестве изоцианатного компонента (Б) - полиизоцианат с количеством NCO-групп 29-33 мас.%. Процесс получения пенополиуретана проводят в два этапа. Сначала осуществляют предварительно смешивание гидроксилсодержащего компонента (А) с целевыми добавками и жидким натриевым стеклом (В), затем полученную смесь смешивают с изоцианатным компонентом (Б) [RU, №2123013, С 08 G 18/00, С 08 К 3/34// (С 08 G 18/00, 101:00), 1998].

Недостаток известного способа - получаемый наполненный пенополиуретан - обладает недостаточной огнестойкостью и прочностью на сжатие.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение наполненного пенополиуретана с высокой огнестойкостью и повышенной прочностью на сжатие при сохранении при этом комплекса физико-механических характеристик, необходимых для использования его в качестве теплоизоляционного материала, отвечающего требованиям экологической и гигиенической чистоты.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения пенополиуретана для теплоизоляционных изделий взаимодействием гидроксилсодержащего компонента (компонента А) с изоцианатным компонентом - полиизоцианатом с содержанием NCO-групп 29-33 мас.% (компонент Б) в присутствии целевых добавок и неорганического наполнителя (компонент В) в виде жидкого калиевого стекла с модулем до 4 и плотностью 1,3-1,5 г/см³ в количестве 50-150 мас.ч. в пересчете на силикат калия на 100 мас.ч. суммы гидроксилсодержащего и изоцианатного компонетнов, процесс смешивания всех компонентов (А, Б и В) ведут одновременно в смесительной головке 3-х компонентной заливочной машины под давлением 15,0-22,0 МПа противоструйным методом. Процесс вспенивания и формообразования заканчивается через 15-25 мин. Полное отверждение материала (пенополиуретана) наступает через 1-2 суток.

Технический результат удается достичь только при использовании указанных условий. Снижение содержания NCO-групп в полиизоцианате, изменение против указанного модуля жидкого стекла или его концентрации в реакционной смеси, а также использование в качестве наполнителя другого силиката металла или изменение условий смешивания и давлений в смесительной головке заливочной машины, приводят к резкому снижению огнестойкости и прочностных характеристик получаемого материала.

В качестве гидроксилсодержащего полиольного компонента (основная часть компонента А) в способе используют сложные и простые полиэфиры или их смеси, такие как простые полиэфиры-лапролы с м.м. 370, Лапрол 5003-2Б-10 (ТУ 6-05-1513-75 - оксипропилированный глицерин с м.м. 5000; Лапрол 805, Лапромол 294 (ТУ 6-05-1681-74), Лапрол 373 (ТУ 6-05-221-831-85) - оксипропилированный глицерин, Лапрол 36 03-2-12 и т.д.; сложные полиэфиры марок П-2200, ПЭФ П-7 (ТУ 6-05-221-429-80), П-509 - на основе таллового масла, триэтаноламина и адипиновой кислоты, ПДА-800 (поли-этиленглисольадипинат) и др.

В качестве целевых добавок в заявляемом способе используют различные традиционные добавки, обычно используемые при получении пенополиуретанов, такие как пеностабилизаторы (пенорегуляторы), катализаторы, вспенивающие агенты, вода, органические растворители.

В качестве пеностабилизаторов используют, в частности, кремнийорганические пеностабилизаторы КЭП-2, КЭП-3, оксиалкиленорганосилоксановый блоксополимер (ТУ 6-02-996-74) или КС-43, КС-53 фирмы БАСФ продукт 133-176, представляющие собой трис(триметилсилокси) фенилсилан или ди(алкилполиоксипропилен)силан или частично алкилированный ди(полиоксипропилен)силан.

В качестве катализаторов используют третичные амины: диметилэтансламин, диазобициклооктан; растворы солей щелочных металлов в гликолях, например 30% раствор ацетата калия в этиленгликоле или глицерине и др.

В качестве вспенивающих агентов используют, в частности, порофор ЧХЗ-21 (азодикарбонамид), пенообразующий концентрат Пенокон П 1-У или СЗА (ТУ 6-05-221-840-85) и др.

В качестве жидкого стекла (компонент В) используют калиевое жидкое стекло с модулем до 4 и плотностью 1,3-1,5 г/ см³.

В качестве изоцианатного компонента (Б) используют полиизоцианаты с содержанием NCO-групп 29-33% (полиизоцианаты марок А и Б; толуилендиизоцианаты; ПИЦ - смесь 4,4 - дифемилметандиизоцианат с более высокофункциональными полиметиленполифенилендиизоцианатами и др.

При получении пенополиуретана данным способом возможно использование таких дополнительных добавок как поверхностно-активные вещества, пигменты, красители.

Пример 1. Получают пенополиуретан по следующей рецептуре и способу смешивания компонентов: сначала приготавливают компонент А - смешивают гидроксилсодержащий компонент - простой полиэфир Лапрол 805 с целевыми добавками (пеностабилизатор КЭП-2, катализатор - диазобициклооктан и вспенивающий агент - порофор ЧХЗ-21) и полученный компонент А из расчета 50 мас.ч. заливают в расходную емкость заливочной машины. Во вторую расходную емкость заливают компонент Б - изоцианатный компонент с содержанием NCO-групп 29-33% (полиизоцианат Б) из расчета 50 мас.ч. В третью расходную емкость заливают компонент В - калиевое жидкое стекло с модулем 3,2-3,8 и плотностью 1,3-1,5 г/см из расчета 50 мас.ч. (в пересчете на силикат калия на 100 мас.ч. суммы гидроксилсодержащего и изоцианатного компонентов). После подготовки всех трех компонентов А, Б и В смешивание компонентов ведут одновременно в смесительной головке 3-х компонентной заливочной машины под давлением 15,0-22,0 МПа противоструйным методом.

Пример 2. Приготовленный компонент А (по описанию, приведенному в примере 1) заливают в расходную емкость из расчета 50 мас.ч. Во вторую расходную емкость заливают компонент Б - полиизоцианатный компонент (по описанию, приведенному в примере 1) из расчета 50 мас.ч. В третью расходную емкость заливают компонент В - калиевое жидкое стекло (по описанию, приведенному в примере 1), из расчета 100 мас.ч., порядок и способ смешивания всех трех компонентов А, Б и В проводят согласно порядку и способу смешивания, описанному в примере 1.

Пример 3. Приготовленный компонент А (по описанию, приведенному в примере 1) заливают в расходную емкость из расчета 50 мас.ч. Во вторую расходную емкость заливают компонент Б - полиизоцианатный компонент (по описанию, приведенному в примере 1) из расчета 50 мас.ч. В третью расходную емкость заливают компонент В - калиевое жидкое стекло (по описанию, приведенному в примере 1) из расчета 150 мас.ч. и порядок, и способ смешивания всех трех компонентов А, Б и В производят согласно порядку и способу смешивания, описанному в примере 1.

В табл. 1 приведены рецептуры реакционной смеси для получения пенополиуретана. Результаты испытаний образцов теплоизоляционных материалов после стабилизации их свойств в течение 14 суток при температуре (20±5)°С приведены в табл.2.

Как видно из приведенных в табл.2 данных, предлагаемый способ получения теплоизоляционных материалов позволяет получить материалы с повышенной огнестойкостью, прочностью на сжатие, при этом процесс получения материалов - экологически чистый (не используются такие компоненты, как фреоны и антипирены).

Табл.1
Наименование компонентов пенополиуретана	Соотношение компонентов по примерам (мас.ч.)
	1	2	3
Реакционная смесь:
- компонент А (гидроксилсодержащий компонент - простой полиэфир Лапрол 805 с целевыми добавками - пеностабилизатор КЭП-2, катализатор - диазобициклооктан, вспенивающий агент - порофор ЧХЗ-21)	50	50	50
- компонент Б (изоцианатный компонент с содержанием NCO-групп 29-33% - полиизоцианат Б)	50	50	50
- компонент В (жидкое калиевое стекло с модулем 3,2-3,8 и плотностью 1,35-1,5 г/см3)	50	100	150

Способ получения жесткого наполненного пенополиуретана взаимодействием гидроксилсодержащего компонента (А), изоцианатного компонента (Б) - полиизоцианата с содержанием NCO-групп 29-33 мас.% и неорганического наполнителя (В) - жидкого стекла с модулем 4 и плотностью 1,3-1,5 г/см³ в количестве 50-150 мас.ч. на 100 мас.ч. суммы гидроксилсодержащего и изоцианатного компонентов в присутствии целевых добавок, отличающийся тем, что в качестве жидкого стекла используют калиевое жидкое стекло и процесс смешивания компонентов (А), (Б) и (В) проводят одновременно в смесительной головке трехкомпонентой заливочной машины под давлением 15-22 МПа противоструйным методом.