Смесь циклопентана, изопентана и предельных углеводородов

Изобретение относится к органической химии, а именно к области получения композиций для производства жестких пенополиуретанов (ППУ), применяемых в качестве теплоизоляционных материалов в различных отраслях промышленности.

Жесткие пенополиуретаны используют преимущественно для теплоизоляции, например в холодильной технике, и в производстве строительных деталей.

Жесткие ППУ получают с использованием вспенивающего агента, который дозируют посредством смесителя и вводят непосредственно перед вспениванием в композицию, включающую полиол (см., например, патенты РФ №2632198, №2702357).

Одним из основных требований к вспенивающим агентам является то, что вещество должно быть жидкостью при комнатной температуре, предпочтительно температура кипения при комнатной температуре должна находиться в пределах 25-45°С.

От состава вспенивающего агента существенно зависят требуемые свойства готового ППУ.

В настоящее время многие производители пенополиуретана перешли на использование вспенивающих агентов, представляющих собой смесь циклопентана с изопентантаном, что позволяет снизить затраты, связанные с увеличением плотности ППУ, а теплопроводность его при этом не увеличивается.

Известен целый ряд вспенивающих агентов (пенообразователей) для производства жестких пенополиуретанов, включающих смесь циклопентана с изопентаном.

Известен состав пенообразователя, включающий смесь циклопентана с изопентаном, гидрофторуглерод и воду, позволяющий получать пенополиуретан с низкими показателями коэффициента теплопроводности (патент CN 104262670).

Известен также комбинированный пенообразователь, включающий смесь циклопентана с изопентаном и гидрофторуглерод, позволяющий снизить коэффициент теплопроводности пенополиуретана (патент CN 106188606).

Известен трехкомпонентный пенообразователь включающий смесь циклопентана с изопентаном и трифторхлорэтилен, позволяющий уменьшить коэффициент теплопроводности пенополиуретана (патент CN 106188615).

Известен также состав пенообразователя, включающий смесь циклопентана с изопентаном, гидрофторуглерод и воду, позволяющий снизить теплопроводность жесткого пенополиуретана (патент CN 106700118).

Известные пенообразователи, включающие смесь циклопентана с изопентаном, позволяют получать пенополиуретан с низкими показателями коэффициента теплопроводности.

Однако, известные пенообразователи сложны, затратны и в силу этого малопригодны для построения на их основе технологического процесса, производство конечного продукта в промышленных масштабах проблематично без проведения дополнительных исследований и экспериментов, так как результаты в основном получены в лабораторных условиях.

Кроме того, эти пенообразователи содержат дорогостоящие фторорганические и малодоступные реагенты.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка простой по составу компонентов и экономичной по изготовлению смеси, используемой в качестве вспенивающего агента в композициях для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения.

При разработке изобретения решалась также техническая проблема по расширению арсенала вспенивающих агентов, используемых для получения пенополиуретанов.

Технический результат заключается в повышении прочности на сжатие готовой пены при сохранении требуемой теплопроводности и обеспечении стабильности линейных размеров, что позволяет получать высококачественные жесткие пенополиуретаны теплоизоляционного назначения в полупромышленных масштабах.

Технический результат достигается тем, что смесь циклопентана, изопентана и предельных углеводородов содержит циклопентан в количестве 56-79 масс. %, изопентан в количестве 18-39 масс. % и смесь предельных углеводородов в количестве 0,5-5 масс. %.

При этом смесь предназначена для введения в качестве вспенивающего агента, преимущественно в количестве 13,5-14,5 масс. ч., в композицию, включающую изоцианат и полиол в требуемом соотношении массовых частей для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения.

Полученный жесткий пенополиуретан обладает при сохранении требуемой теплопроводности увеличенной прочностью на сжатие готовой пены повышенной стабильностью линейных размеров, что подтверждено при практическом применении предлагаемой смеси в соответствии со специально разработанным технологическим процессом.

Исследования показали, что оптимальным с точки зрения получения высокого качества конечного продукта является использование в качестве вспенивающего агента смеси циклопентана, изопентана и предельных углеводородов, содержащей циклопентан в количестве 56-79 масс. %, изопентан в количестве 18-39 масс. % и смесь предельных углеводородов в количестве 0,5-5 масс. %.

Экспериментально подтверждено, что количественные значения компонентов в предлагаемых пределах соотношений, способствуют повышении прочности на сжатие готовой пены

Новым и полезным для обеспечения требуемой теплопроводности жестких пенополиуретанов является также введение в состав вспенивающего агента смеси предельных углеводородов (смеси алканов и циклоалканов) в количестве 0,5-5 масс. %.

Применение смеси предельных углеводородов в количестве менее 0,5 масс. % или более 5 масс. % может приводить к повышению теплопроводности жестких пенополиуретанов, что не допустимо.

Для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, в соответствии с разработанным технологическим процессом, предпочтительным является использование в композиции, включающей изоцианат и полиол, предлагаемого вспенивающего агента в количестве 13,5-14,5 масс. ч.

При этом при применении вспенивающего агента в предлагаемых количественных пределах позволяет сохранить требуемую теплопроводность и обеспечить стабильность линейных размеров жестких пенополиуретанов.

Применение вспенивающего агента в количестве менее 13,5 масс. ч. и более 14,5 масс. ч. может в ряде случаев приводить к ухудшению характеристик пенополиуретанов.

Важным является также то, что предлагаемая смесь, предназначенная для использования в качестве вспенивающего агента, состоит из сравнительно дешевых и доступных компонентов.

В результате многочисленных опытов, при проведении которых использовались известные компоненты, вводились новые компоненты, а так же варьировалось массовое соотношение компонентов смеси, предназначенной для использования в качестве вспенивающего агента в технологическом процессе производства жестких пенополиуретанов, разработана смесь с оптимальными значениями компонентов, позволяющая получать высококачественные жесткие пенополиуретаны теплоизоляционного назначения.

Кроме того, использование предлагаемой смеси, предназначенной для введения в качестве вспенивающего агента в композицию, включающую изоцианат и полиол, не требует разработки сложного технологического процесса и предполагает возможность использования типового оборудования.

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом.

Предварительно готовят компонент С (вспенивающий агент) путем последовательного смешивания всех необходимых составляющих жидкостей: циклопентана в количестве 56-79 масс. %, изопентана в количестве 18-39 масс. % и смеси предельных углеводородов (смеси жидких алканов и циклоалканов) в количестве 0,5-5 масс. %.

При этом сначала смешивают циклопентан и изопентан и перемешивают в течение 20-30 секунд с применением высокоскоростной мешалки, число оборотов которой составляет 1500-3000 об/мин.

Затем добавляют смесь предельных углеводородов и, снижая число оборотов мешалки до 1000 об/мин., перемешивают полученную смесь в течение 10-15 секунд.

Смешивание компонента «С» с компонентом «А» (полиол, гидроксильное число 400-450 мг КОН /г) и последующее смешивание с компонентом «В» (изоцианат, содержание NCO 30,4-32%) осуществляют непосредственно перед использованием композиции для получения жесткого пенополиуретана.

В лабораторных условиях композицию для получения жесткого пенополиуретана готовят из смеси компонентов «А» и «С» с компонентом «В» в полиэтиленовом стакане с применением высокоскоростной мешалки в течение 7-10 секунд при скорости мешалки 2500-3000 об/мин.

В промышленных условиях композицию для получения жесткого пенополиуретана готовят из смеси компонентов «А» и «С» с компонентом «В», с помощью машин высокого или низкого давления в течение 1-3 секунд, в зависимости от конструкции оборудования.

При этом исходные компоненты смешивают при температуре от 20 до 35°С.

Затем смесь заливают в форму с использование специального оборудования при получении ППУ в промышленных условиях, либо смесь оставляют в стакане, в котором она была смешана (лабораторные условия) для определения показателей технологической пробы.

Соотношение компонентов композиции определяется областью применения и рассчитывается исходя из состава гидроксилсодержащих соединений, входящих в состав компонента «А».

Примеры конкретных составов заявляемой композиции и свойства полученных жестких ППУ представлены в таблицах 1 и 2.

Полученный жесткий пенополиуретан обладает при сохранении теплопроводности увеличенной прочностью на сжатие готовой пены и повышенной стабильностью линейных размеров, что обусловлено применением вспенивающего компонента разработанного состава в исходной композиции для получения ППУ.

Состав композиции для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения приведен в таблице 1.

Композиция, на основе которой получают жесткий пенополиуретан, может содержать 100 частей по массе полиола (компонента А), 140 частей по массе изоцианата (компонент В) и 14 частей по массе вспенивающего агента (компонента С).

Основные параметры полученных жестких пенополиуретанов (ППУ) теплоизоляционного назначения, определенные на образцах, приведены в таблице 2.

Параметры приведены для двух составов смеси вспенивающего компонента:

C₁ - смесь, содержащая циклопентан в количестве 79 масс. %, изопентан в количестве 18 масс. % и смесь предельных углеводородов в количестве 3 масс. %.

С₂ - смесь, содержащая циклопентан в количестве 56 масс. %, изопентан в количестве 39 масс. % и смесь предельных углеводородов в количестве 5 масс. %.

Состав смеси вспенивающего компонента С по настоящему изобретению имеет хорошую совместимость к полиолам.

Поставленная изобретением техническая проблема решается совокупностью заявляемых компонентов, а их количество соотношение подобрано таким образом, чтобы обеспечить оптимальные параметры вспенивания и отверждения композиции, а также получить необходимые физико-механические свойства и структуру образующегося пенополиуретана.

Использование изобретения позволяет получать высококачественные жесткие пенополиуретаны теплоизоляционного назначения в полупромышленных масштабах, что подтверждено при практическом применении.