Способ получения карбамидоформальдегидного пенопласта

Способ получения карбамидоформальдегидного пенопласта, включающий введение водного раствора карбамидоформальдегидного олигомера в водный раствор поверхностно-активных веществ и катализатора отверждения, насыщение полученного раствора газом под внешним избыточным давлением до 10 атм, при этом вспенивание производят снятием внешнего избыточного давления с выделением газовой фазы. Полученный пенопласт характеризуется улучшенными теплоизолирующими и механическими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к способу получения пористых полимерных материалов, например газонаполненных пластмасс, в том числе пенопластов.

Создание пор в материалах диктуется стремлением получить высокие теплоизоляционные свойства. Одним из основных направлений является получение пен с последующим их отверждением. Пена представляет собой ячеистую дисперсную систему, состоящую из пузырьков газа (воздуха) - дисперсной фазы, разделенных тонкими стенками дисперсной среды. Характеристики вспененных материалов зависят от свойств вещества дисперсной среды, свойств дисперсной фазы и пространственных структурных параметров пены.

Известен способ получения пенопласта, изготовляемого на основе водоэмульсионных карбамидоформальдегидных олигомеров. Он включает в себя получение пенообразующего раствора, его вспенивание и последующее отверждение. Для получения пены добавляют поверхностно-активные вещества. Для отверждения пены используют катализатор. Предварительно получают водный раствор кислоты (катализатора отверждения) и пенообразователя (поверхностно-активного вещества), данный раствор вспенивают с помощью смешивания со сжатым воздухом. Вспенивание происходит в пеновзбивателе, представляющем собой цилиндрический аппарат с вертикальной многолопастной мешалкой. Внизу мешалки происходит введение в пену раствора карбамидоформальдегидного олигомера («Технология пластических масс. Под ред. В.В.Коршака» - М.: Химия, 1976 - 608 с., с.374-375). Известен аналогичный современный способ получения аналогичного теплоизоляционного материала «Меттэмпласт». Для его получения используются следующие компоненты:

- карбамидоформальдегидная смола ВПС-Г, являющаяся связанной твердой формой карбамидоформальдегидного олигомера (ТУ 2223-057-05015227-96);

- поверхностно-активное вещество АБСФК (ТУ 2481-036-04689375-95);

- ортофосфорная кислота в качестве катализатора отверждения (ГОСТ 6552-80);

- вода (ГОСТ 249202-81).

Способ производства «Меттэмпласт основан на увеличении первоначального объема рабочих растворов за счет их вспенивания сжатым воздухом при прохождении через ячеистую среду пеногенератора. Первоначально также получают водный раствор поверхностно-активною вещества и катализатора отверждения, затем его вспенивают воздухом в ячеистом пеногенераторе. В полученную пену вводят водный раствор карбамидоформальдегидной смолы. («Теплоизоляционные материалы «Меттэмпласт», http://www.ntc-mettem.ru/mplast.htm; «Сырье для производства «Меттэмпласт», http://www.ntc-mettem.ru/components.htm; «Оборудование для производства «Меттэмпласт», http://www.ntc-mettem.ru/equipment.htm.

Недостатком описанных способов является получение неоднородной пространственной ячеистой структуры. Получение пены в этих способах осуществляется диспергированием (перемешиванием) газа в жидкой среде. Ни пеновзбиватель, ни пеногенератор с ячеистой структурой не могут обеспечить одинаковые характеристики для обрабатываемых компонентов. Воздействие на них зависит от точки нахождения компонентов относительно лопастей мешалки или расстояния до краев ячейки. Как следствие, неодинаковые параметры обработки ведут к неоднородности параметров ячеек получаемой пены. Это ведет к следующим основным двум факторам:

- неоднородность (анизотропия) механических характеристик;

- неоднородность теплоизоляционных характеристик, так как теплопроводность ячеистой структуры зависит от размера пузырьков и от совокупной длины стенок пузырьков в направлении теплопередачи.

Задачей заявляемого способа является улучшение теплоизолирующих и механических свойств карбамидоформальдегидного пенопласта. Достигаемый технический результат - получение более однородной пространственной ячеистой структуры карбамидоформальдегидного пенопласта.

Указанный технический результат достигается тем, что используют способ получения карбамидоформальдегидного пенопласта из карбамидоформальдегидного олигомера, поверхностно-активных веществ, катализатора отверждения, воды и газа, включающий растворение в воде поверхностно-активных веществ, катализатора отверждения, карбамидоформальдегидного олигомера, смешивание компонентов, их вспенивание и отверждение пены, причем в водный раствор поверхностно-активных веществ и катализатора отверждения вводят карбамидоформальдегидный олигомер, полученный раствор насыщают газом под внешним избыточным давлением до 10 атм, а вспенивание производят снятием внешнего избыточного давления с выделением газовой фазы.

Кроме того, в качестве газа могут использовать атмосферный воздух.

Кроме того, в качестве катализатора отверждения могут использовать ортофосфорную кислоту.

Суть заявляемого изобретения в том, что предварительно получают единый водный раствор всех компонентов, включая весь необходимый карбамидоформальдегидный олигомер, поверхностно-активные вещества, катализатор отверждения. Этот раствор газируют (насыщают газом) под избыточным внешним давлением до 10 атм. Вспенивание получают выделением газовой фазы в растворе при снятии внешнего избыточного давления. Благодаря тому, что раствор был насыщен газом во всем объеме, его выделение будет происходить во многих точках раствора. Ячейки будут расти сразу и, практически, по всему объему раствора. Их размер будет определяться тем, что растущие ячейки будут доходить до границ друг друга. Так как скорость роста ячеек сходна для всего объема раствора из-за одинаковых условий в растворе на момент снятия избыточного внешнего давления, то и газонаполненные ячейки будут расти до сходных размеров. В качестве газа может использоваться атмосферный воздух или газ с более низкой теплопроводностью, например углекислый газ, аргон и др. В качестве катализатора отверждения может использоваться ортофосфорная кислота. Отличия и преимущества заявляемого способа отражены в таблице.

Заявляемый способ	Известный способ
1. Получение единого водного раствора катализатора отверждения (КО), поверхностно-активного вещества (ПАВ), карбамидоформальдегидного олигомера	1. Получение водного раствора катализатора отверждения (КО) и поверхностно-активного вещества (ПАВ)
2. Введение газа в единый водный раствор под внешним избыточным давлением (газирование), раствор насыщается растворенным газом, сохраняя жидкое состояние	2. Вспенивание водного раствора КО и ПАВ перемешиванием с воздухом
3. Получение пены путем снятия внешнего избыточного давления,	3. Введение в полученную пену водного раствора
которое ведет к выделению газовой фазы в растворе.	карбамидоформальдегидного олигомера
4. Отверждение пены, получение карбамидоформальдегидного пенопласта	4. Отверждение пены, получение карбамидоформальдегидного пенопласта

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена принципиальная схема способа получения карбамидоформальдегидного пенопласта.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.

Предварительно в воду вводят рассчитанное количество поверхностно-активного вещества (ПАВ), например АБСК (алкилбензолсульфокислота), и катализатора отверждения (КО), например ортофосфорной кислоты. Затем в этот раствор вводят весь необходимый карбамидоформальдегидный олигомер. Для улучшения растворимости его тоже вводят в виде водного раствора. Этот раствор сразу начинают газировать, т.е. насыщать газом, например атмосферным воздухом. Насыщение газом ведут сразу после получения единого водного раствора компонентов или вместе с введением карбамидоформальдегидного олигомера, так как катализатор отверждения начинает свое действие при соприкосновении с олигомером. Газирование производят под внешним избыточным давление до 10 атм. Получают единый водный раствор компонентов с растворенным газом, который находится в жидком состоянии под внешним избыточным давлением. Давление подбирают с учетом пропорций компонентов, коэффициента вспенивания и с учетом удержания газа во вспененном материале после снятия внешнего избыточного давления. Снятие внешнего избыточного давления производят, например, выпуская единый раствор через дроссель в камеру с атмосферным давлением. Отверждение пены производят выдержкой в спокойном состоянии, в течение которой происходит реакция полимеризации стенок ячеек пены.

Заявленный способ может быть осуществлен с помощью известных в области техники средств и компонентов и соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

1. Способ получения карбамидоформальдегидного пенопласта из карбамидоформальдегидного олигомера, поверхностно-активных веществ, катализатора отверждения, воды и газа, включающий растворение в воде поверхностно-активных веществ, катализатора отверждения, карбамидоформальдегидного олигомера, смешивание компонентов, их вспенивание и отверждение пены, отличающийся тем, что в водный раствор поверхностно-активных веществ и катализатора отверждения вводят водный раствор карбамидоформальдегидного олигомера, полученный раствор насыщают газом под внешним избыточным давлением до 10 атм, а вспенивание производят снятием внешнего избыточного давления с выделением газовой фазы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа используют атмосферный воздух.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора отверждения используют ортофосфорную кислоту.