Способ получения огнестойкого наполненного пенополиуретана

Изобретение относится к способу получения огнестойкого пенополиуретана на основе композиции, включающей полиэфирполиол, полиизоцианат, расширенный графит, аминный активатор, вспениватель - вода или фреон, цианурат меламина и глицерин, причем полиэфирполиол при взаимодействии с полиизоцианатом предварительно смешивают с аминным активатором, глицерином, вспенивателем и смесью, состоящей из расширенного графита, цианурат меламина и фосфогипса - в качестве модифицирующей добавки, при соотношении (1-2):(1-2):1 соответственно, причем фосфогипс вводится в количестве от 30 до 50 мас.% от общего количества компонентов. Полученный заявленным способом пенополиуретан обладает высокой огнестойкостью с сохранением тепло- и звукоизолирующих свойств, повышенными показателями по прочности, а также является более экономически выгодным, поскольку содержит в своем составе более дешевый минеральный наполнитель, а именно фосфогипс - отход производства фосфорной кислоты и фосфатных удобрений. Такой пенополиуретан находит свое применение в транспорте, строительстве и других областях промышленности, где требуются тепло- и звукоизолирующие материалы. 2 табл.

 

Изобретение относится к получению огнестойкого пенополиуретана с увеличенной теплостойкостью и прочностью и может быть использовано в транспорте, строительстве и других областях, где требуется тепло- и звукоизоляционные материалы.

Пенополиуретаны относятся к органическим горючим материалам, так как имеют высокую удельную поверхность, заполненную воздухом. Этим свойством обладают не только эластичные открытопористые (на 98-99%) пенополиуретаны, но и их жесткие закрытопористые аналоги. Однако получить без специальных неорганических добавок на 100% закрытую жесткую пенополиуретановую массу невозможно. В пределе такие материалы имеют закрытые поры на 95-97%. Как показывает эксперимент, заполнение всего образца воздухом за счет открытых пор (на 3-5%) происходит достаточно быстро (от 1 часа до 3-4 часов). Для снижения горючести пенополиуретанов используют обычно метод введения антипиренов.

Из уровня техники известен способ получения огнестойкого пенополиуретана, включающий взаимодействие полиэфирполиола с аминным активатором, модифицирующей добавкой - многоатомный спирт, вспенивателем - вода или фреон и расширенным графитом, предварительно смешанным с циануратом меламина при соотношении 1-(2:1), причем в приготовленную смесь графита с циануратом меламина дополнительно вводят природный гипсовый камень в количестве от 5 до 50 мас.% от общего количества компонентов, а затем смешивают приготовленной смеси с полиизоцианатом.

Природный гипсовый камень является ценным полезным ископаемым и используется для производства гипсового вяжущего, а также при производстве цемента, однако является достаточно дорогим.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является патент RU 2268899 С1, опубликованный 27.01.2006, раскрывающий способ получения огнестойкого пенополиуретана, включающий смешение полиэфирполиола с аминным активатором, стабилизатором, вспенивателем - вода или фреон и расширенным графитом, предварительно смешанным с циануратом меламина при отношении 1-2:1, и добавляют в суммарном количестве 15-30 мас.% от общего количества компонентов, а затем взаимодействие полученной смеси с полиизоцианатом. Причем при необходимости в полиэфирполиол можно вводить фосфатный антипирен - трихлорэтилфосфат.

Предложенный способ получения огнестойкого пенополиуретана отличается от известного тем, что предварительно приготовленную смесь расширенного графита и цианурата дополнительно вводят фосфогипс в суммарном количестве 10-50 мас.% от общего количества компонентов, при этом отношение компонентов смеси составляет (1-2):(1-2):1 соответственно.

Задача, решаемая изобретением, - создание способа получения жесткого пенополиуретана, сочетающего в себе высокую огнестойкость с сохранением тепло- и звукоизолирующих свойств, а также повышенными показателями по прочности. Помимо этого решается и задача по утилизации фосфогипса - отхода производства фосфорной кислоты и фосфатных удобрений.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе получения огнестойкого пенополиуретана на основе композиции, включающей полиэфирполиол, полиизоцианат, расширенный графит, аминный активатор, вспениватель - вода или фреон, цианурат меламина и глицерин, отличающийся тем, что полиэфирполиол при взаимодействии с полизоцианатом предварительно смешивают с аминным активатором, глицерином, вспенивателем, и смесью, состоящей из расширенного графита, цианурат меламина и фосфогипса - в качестве модифицирующей добавки, при соотношении (1-2):(1-2):1 соответственно, причем фосфогипс вводится в количестве от 30 до 50 мас.% от общего количества компонентов.

Новая добавка - фосфогипс, содержащий до двух молекул воды на молекулу CaSO₄, играет роль не только наполнителя, который удешевляет представленную композицию, но, как показано предварительными исследованиями, фосфогипс должен заметно увеличить прочность получаемого жесткого наполненного пенополиуретана и оказать положительное влияние на теплостойкость выпускаемых изделий.

В качестве полиэфирполиола используют, например, лапрол 564 (ТУ 2226-019-10488), полученный на основе окиси этилена и окиси пропилена с гидроксильным числом не более 110 мг К на 1 г полиэфирполиола и молекулярной массой 500-600.

В качестве полиизоцианата используют, например, «Супрасек 5005» или «Супрасек 2456» (фирма Хантсман, США), которые являются модифицированными производными смеси 4,4- и 2,4- изомеров дифенилметандиизоцианата.

Аминный активатор - диметилэтаноламин (ТУ 6 - 02 - 1086 - 91) или другие третичные амины.

Модификатор - глицерин (ГОСТ 6824 - 96) или многоатомные спирты.

Вспениватель - вода или фреоны.

Расширенный графит может быть использован, например, марки РГ - М (ТУ 5728-006-115907317-99), полученный обработкой графита серной кислотой с размером частиц не более 50-100 мкм.

Цианурат меламина - Э - ЦМ.

Фосфогипс - отход производства фосфорной кислоты и фосфатных удобрений (ТУ 113-08-418-94).

Способ осуществляют следующим образом.

Полиэфирполиол смешивают с расчетными количествами (по массе) фосфогипса, аминного активатора, расширенного графита, циануратом меламина, вспенивателем и полученную массу тщательно перетирают до однородного состояния. Затем подготовленную систему компонентов переносят в форму и добавляют к ней полиизоцианат и снова интенсивно перемешивают в течение 10-15 секунд. Смесь вспенивается, готовое пенополиуретановое изделие извлекается из формы через 15-20 минут, далее проверяются его физические и механические характеристики.

Горючесть полученного пенополиуретана оценивали по ГОСТ 12.1.044-89, п.4.3, на приборе ОТМ.

Среднюю плотность материала оценивали по ГОСТ 17177-94.

Прочность при 10% деформации по ГОСТ 17177-94.

Водополголощение за 24 часа по ГОСТ 17177-94.

Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение.

Пример №1.

В смеситель, снабженный мешалкой, загружают 30 г лапрола, 1,2 г воды, 0,3 г диметилэтаноламина, 4,5 г глицерина расчетное количество (по массе) расширенного графита, цианурата меламина и фосфогипса. Полученную массу диспергируют в течение 3 минут. Смесь указанных реагентов переносят в форму, добавляют 50 г полиизоцианата и подвергают интенсивному перемешиванию (скорость мешалки 2700 об/мин) в течение 15 секунд. Смесь вспенивается (около 15 минут), после полного окончания подъема вспененной массы и ее отверждения образец извлекают и анализируют.

Примеры 2, 3 приготовлены аналогично примеру 1 и представлены в таблице 1. Физико-механические свойства и огнестойкость полученных материалов представлены в таблице 2. В таблицах 1 и 2 для сравнения показаны состав и свойства пенополиуретана наполненного гипсовой мукой взамен фосфогипса.

Таблица 1.
Компоненты	Содержание компонентов, мас.% состава (гр.)
1	2	3	Известный
ПИЦ	32,8 (50,0)	28,1 (50,0)	23,4 (50,0)	32,8 (50,0)
Лапрол	19,7 (30,0)	16,9 (30,0)	14,1 (30,0)	19,7 (30,0)
Вода	0,8 (1,2)	0,7 (1,2)	0,6 (1,2)	0,8 (1,2)
ДМЭА	0,2 (0,3)	0,1 (0,3)	0,1 (0,3)	0,2 (0,3)
Глицерин	3,0 (4,5)	2,6 (4,5)	2,1 (4,5)	3,0 (4,5)
Расширенный графит	7,0 (10,7)	6,0 (10,7)	5,0 (10,7)	7,0 (10,7)
Цеанурат меламина	6,6 (10,0)	5,6 (10,0)	4,7 (10,0)	6,6 (10,0)
Фосфогипс	30,0 (45,8)	40,0 (71,2)	50,0 (106,7)	-
Гипс	-	-	-	30,0 (45,8)

Таблица 2.
Свойства композиции	Составы
1	2	3	Известный
Плотность, кг/м3	99	113	135	97
Прочность, МПа	0,40	0,43	0,48	0,40
Водопоглощение об., %	4,4	4,4	4,8	4,5
Коэффициент открытой пористости, %	22,99	23,12	23,56	23,25
Огнестойкость	Трудногорючий	Трудногорючий	Трудногорючий	Трудногорючий

Для сравнения использован образец жесткого пенополиуретана с содержанием гипсового наполнителя 30%, полученный с использованием компонентов:

- полиизоцианат - 50 г,

- лапрол - 30 г,

- вода - 1,2 г,

- диметилэтаноламин - 0,3 г,

- глицерин - 4,5 г,

- расширенный графит - 10,7 г,

- гипсовая мука - 45,8 г.

Полученный пенополиуретан также является трудногорючим, но значительно уступает предлагаемому в экономичности, т.к. содержит значительно более дорогой наполнитель - природный гипсовый камень.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить огнестойкий пенополиуретан с улучшенными характеристиками по прочности (до 0,48 МПа при 10% деформации при содержании фосфогипса в количестве от 30 до 50 мас.% от общего количества компонентов) за счет применения дешевого минерального наполнителя.

Способ получения огнестойкого пенополиуретана на основе композиции, включающей полиэфирполиол, полиизоцианат, расширенный графит, аминный активатор, вспениватель - вода или фреон, цианурат меламина и глицерин, отличающийся тем, что полиэфирполиол при взаимодействии с полиизоцианатом предварительно смешивают с аминным активатором, глицерином, вспенивателем, и смесью, состоящей из расширенного графита, цианурат меламина и фосфогипса - в качестве модифицирующей добавки, при соотношении (1-2):(1-2):1 соответственно, причем фосфогипс вводится в количестве от 30 до 50 мас.% от общего количества компонентов.