Способ получения жёсткого пенополиуретана

Изобретение относится к способам получения жесткого пенополиуретана, который может применяться в качестве теплоизоляционного материала в строительной индустрии, холодильной технике, утепления резервуаров с вязкими нефтепродуктами, для заполнения объемов плавучести в судовых конструкциях и других отраслях промышленности.

Известен способ получения пенополиуретана путем взаимодействия гидроксилсодержащего соединения и полиизоционата в присутствии вспенивающего агента, катализатора, поверхностно-активного вещества и антипирена, при этом в качестве гидроксилсодержащего соединения, катализатора и поверхностно-активного вещества используют продукт взаимодействия таллового масла, триэтаноламина и гидроксида калия с гидроксильным числом 370-950 мг. KОН/г и содержанием калия 0,5-3,8 мас. % при массовом соотношении триэтаноламина и калия (16-58):1. АС 1265198 МПК С08G 18/14, опубл. 23.10.86.

Однако при получении пенополиуретана используется специально приготовленный продукт взаимодействия таллового масла, триэтаноламина и гидроксида калия с гидроксильным числом 370-950 мг. КОН/г и содержанием калия 0,5-3,8 мас. %, что усложняет данный способ изготовления ППУ.

Известна композиция для получения жесткого пенополиуретана, способ которой заключается в смешении дистиллированного таллового масла, триэтаноламина, эмульгатора-продукта, обработки моно- и диалкилфенолов окисью этилена-ОП-10 или ОП-7 с добавлением полиизоционата. АС 642327 МПК C08G 18/14, опубл. 15/01/79.

Однако содержание триэтаноламина 30-80 в.ч. приводит к высокой скорости реакции полимеризации, которая сопровождается деструкцией структуры пены и терморазложению.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения жесткого ППУ путем взаимодействия полиизоционата с гидроксилсодержащим полиэфиром и талловым маслом в количестве 5-9 вес.ч. на 100 вес.ч. полиэфира, а также в присутствии катализатора, эмульгатора, вспенивающего агента и других целевых добавок. А.С. 516705 M. Кл. ² C08G 18/14, опубл. 05.06.76.

Однако полученный ППУ при использовании таллового масла в количестве 5-9 вес.ч. на 100 вес.ч. полиэфира имеет достаточно высокую стоимость.

Задача изобретения: создание способа получения пенополиуретана с улучшенными показателями качества продукта и сниженной стоимостью.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение качества целевого продукта за счет уменьшения размера ячейки пены и ее уплотнения, а также снижение его себестоимости за счет применения дешевого таллового масла и снижения расхода диаминодифенилметандиизоционата (МДИ).

Технический результат достигается тем, что способ получения жесткого пенополиуретана путем смешения гидроксилсодержащего полиэфира с полиизоционатом, талловым маслом, катализатором, вспенивающим агентом и другими целевыми добавками, отличающийся тем, что талловое масло в количестве 10-60 в.ч. из расчета на 100 в.ч. гидроксилсодержащего полиэфира предварительно смешивают с 0,4-2,4 в.ч. катализатора - триэтаноламина и 0,13-0,78 в.ч. неионогенного высокомолекулярного поверхностно-активного вещества с преимуществом гидрофобных групп из расчета на 100 в.ч. таллового масла.

Отличием заявляемого решения от известных является использование смеси таллового масла в количестве 10-60 в.ч. на 100 в.ч. гидроксилсодержащего полиэфира с триэтаноламином и неионогенного высокомолекулярного поверхностно-активного вещества с преимуществом гидрофобных групп. Такое сочетание позволяет в начальной стадии пенообразования при зарождении ячеек увеличить количество ячеек с более мелкими размерами, сохраняя их до конца пенообразования, что обеспечивает получение пены с однородной и более мелкоячеистой структурой с повышенной плотностью, прочностью на сжатие, теплостойкостью, более низким водопоглощением.

Использование достаточно дешевого таллового масла в указанном количестве способствует удешевлению получаемого пенополиуретана. При использовании таллового масла менее 10 вес.ч. на 100 вес.ч полиола качество пены практически не улучшается.

Для осуществления способа использовали: талловое масло с кислотным числом, содержащим не менее 175 мг КОН/г, ТУ 13-0281078-119-89;

Полиур А-00 - (оксипропилированный сложный эфир таллового масла и триэтаноламина, молекулярная масса 600-700) - ТУ 2494-148-04-691277-96; Полиур А-03 - (продукт взаимодействия окиси пропилена и глицерина. Молекулярная масса 370±20) - ТУ 2226-254-05763441-99; Полиур А-01 (сахарозный полиэфир, представляющий собой продукт оксипропилирования смеси сахарозы и воды в присутствии щелочного катализатора и обладающий гидроксильным числом в пределах 400-450 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 2000-3000 мПа⋅с молекулярной массой 1380) - ТУ 2226-478-05763441-2005; диметилэтаноламин ТУ 2423-004-78722668; пента 483 - ТУ 2483-026-40245042; фреон 141В ГОСТ Р-51521-99; трихлорэтилфосфат ТУ 6-06-241-92. Оксифос Б- (Ди-(алкилполиэталенгликолевый) эфир калиевой соли фосфорной кислоты ТУ 4404-344-05763441-2001; Неонол 1020-3 (моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе вторичных жирных спиртов, ТУ 38.107 129-85; Pluronic 123 НО(СН₂СНО)₂₀[СН₂СН(СН₃)O]₇₀(СН₂СН₂)₂₀Н; Проксанол 224 ТУ 6-14-642-82.

Способ получения пенополиуретана иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. (Исходная система без таллового масла)

Для получения компонента А в емкость для вспенивания загружают 100 мас.ч. полиола, состоящего из 50 в.ч. Полиура А-03 и 50 в.ч. Полиура А-01, 1,37 в.ч. глицерина, 5,086 г 30% ацетата калия в этиленгликоле, 1,55 в.ч. диметилэтаноламина, 1,74 в.ч. Пента 483, 18,92 в.ч. Фреона 141 В, 17,36 в.ч. трихлорэтилфосфата. Смесь тщательно перемешивают 60 сек механической мешалкой с n=1500 об/мин. Затем добавляют 195 г 4,4'-диаминодифенилметандиизоционата (МДИ) и перемешивают 10 сек. Реакционная масса вспенивается через 35-60 сек и отверждается за 250-300 сек.

Полученная пена имеет однородную мелкоячеистую структуру. Физико-технические показатели приведены в таблице 1.

Пример 2. Система с талловым маслом. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но к смеси полиолов добавляют талловое масло из расчета 60 в.ч. на 100 в.ч. полиола. При получении компонента А загружают смесь, состоящую из 31,25 в.ч. Полиура А-01 и 31,25 в.ч. Полиура А-03, добавляют 37,5 в.ч. сырого таллового масла. После чего добавляют 0,856 в.ч. глицерина, 3,19 в.ч. 30% ацетата калия в этиленгликоле, 0,97 в.ч. диметилэтаноламина, 1,087 в.ч. Пента 483, 11,82 в.ч. Фреона 141В, 195 в.ч. 4,4'-диаминодифенилметандиизоционата (МДИ).

Полученная пена имеет неоднородную непрозрачную структуру, высокое водопоглощение и большое количество открытых пор. Физико-технические показатели приведены в таблице 1.

Пример 3. Способ осуществляют из расчета 60 в.ч. таллового масла на 100 в.ч. гидроксилсодержащего полиэфира.

При получении компонента A в емкость для вспенивания загружают 37,5 в.ч. таллового масла, добавляют 1,5 в.ч. триэтаноламина, 0,49 в.ч. неионогенного высокомолекулярного поверхностно-активного вещества с преимуществом гидрофобных групп - Pluronic 123. Смесь перемешивают 30 сек мешалкой, делающей 1500 об/мин. Затем загружают смесь полиэфиров 31,25 в.ч. Полиура А-01, 31,25 в.ч. Полиура А-03, 0,856 в.ч. глицерина, 3,19 в.ч. 30% раствора ацетата калия в этиленгликоле, 0,97 в.ч. диметилэтаноламина, 1,087 в.ч. Пента 483, 11,82 в.ч. Фреона 141В, 10.85 в.ч. трихлорэтилфосфата. Смесь перемешивают 60 сек. Далее добавляют 155,7 в.ч. 4,4'-диаминодифенилметандиизоционата (МДИ), смесь перемешивают 10 сек и вспенивают.

Полученная пена представляет собой однородную мелкоячеистую структуру с повышенной плотностью, прочностью на сжатие, теплостойкостью, более низким водопоглощением. Физико-механические показатели приведены в табл. 1

Пример 4. Способ осуществляют аналогично примеру 3, но талловое масло берут из расчета 10 в.ч. на 100 в.ч. полиола. В емкость для вспенивания загружают 9,1 в.ч. таллового масла, 0,36 г триэтаноламина, 0,02 в.ч. неионогенного высокомолекулярного поверхностно-активного вещества с преимуществом гидрофобных групп Pluronic 123 и перемешивают 30 сек мешалкой с 1500 об/мин. Затем загружают смесь полиэфиров, состоящую из 45,5 в.ч. Полиура А-01 и 45,45 в.ч. Полиура А-03, 1,25 в.ч. глицерина, 4,63 в.ч. 30% раствора ацетата калия в этиленгликоле, 1,41 в.ч. диметилэтаноламина, 1,6 в.ч. Пента 483, 15.80 в.ч. трихлорэтилфосфата, 17,22 в.ч. Фреона 141 В. Смесь перемешивают 60 сек. Затем добавляют 185,25 в.ч. 4,4'-диаминодифенилметандиизоционата (МДИ) и перемешивают 10 сек, после чего масса вспенивается.

Полученная пена представляет собой однородную мелкоячеистую структуру с повышенной плотностью, прочностью на сжатие, теплостойкостью, более низким водопоглощением. Физико-механические показатели приведены в табл. 1.

Пример 5. Способ осуществляют аналогично примеру 3, но вместо Pluronic 123 используют Неонол 1020-3. Физико-механические показатели приведены в табл. 1.

Пример 6. (Исходная система без таллового масла) При получении компонента A в емкость для вспенивания загружают 100 в.ч. Полиур А-00, 65 в.ч. трихлорэтилфосфата, 3,125 в.ч. Пента 483, 3,59 в.ч. оксифоса Б, 5,78. в.ч. 30% раствор ацетата калия в этиленгликоле, 44,22 в.ч. Фреона 141 В. Смесь перемешивают 60 сек. Затем добавляют 244 в.ч. 4,4'-диаминодифенилметандиизоционата (МДИ) и перемешивают 5 сек, после чего масса вспенивается. Физико-механические показатели приведены в табл. 1.

Пример 7. Способ осуществляют аналогично примеру 6, но талловое масло берут из расчета 60 в.ч. на 100 в.ч. гидроксилсодержащего полиэфира.

При получении компонента A в емкость для вспенивания загружают 37,5 в.ч. таллового масла, 1,5 в.ч. триэтаноламина, 0,49 в.ч. Проксанол 224 и перемешивают 30 сек мешалкой с 1500 об/мин. Затем в полученную смесь вносят 62,5 в.ч. Полиур А-00, 1,95 в.ч. Пента 483, 2,25 в.ч. оксифоса Б, 5,64 в.ч. 30% раствор ацетата калия в этиленгликоле, 27,04 в.ч. Фреона 141В, 40,62 в.ч. трихлорэтилфосфата. Смесь перемешивают 60 сек, добавляют 207,4 в.ч. 4,4'-диаминодифенилметандиизоционата (МДИ) и перемешивают 5 сек. Полученная пена имеет мелкоячеистую структуру. Физико-механические показатели приведены в табл. 1.

Полученная пена представляет собой однородную мелкоячеистую структуру с повышенной плотностью. Физико-механические показатели приведены в табл. 1

Данные таблицы показывают, что содержание 10-60 в.ч. таллового масла, предварительно смешанного с триэтаноламином и неионогенным высокомолекулярным поверхностно-активным веществом с преимуществом гидрофобных групп, из расчета на 100 в.ч. гидроксилсодержащего полиэфира (пример 3,7) имеет более высокие показатели качества по плотности, водопоглощению, теплостойкости, пределу прочности при сжатии по сравнению с исходной неразбавленной системой (см. пример 1,6). При этом обеспечивается мелкопористая, более плотная структура пенополиуретана, а также уменьшается расход МДИ от 5-15%.

Использование таллового масла из расчета 60 в.ч. на 100 в.ч. гидроксилсодержащего полиэфира без добавления триэтаноламина и неионогенного высокомолекулярного поверхностно-активного вещества с преимуществом гидрофобных групп приводит к значительному снижению всех физико-механических показателей (см. пример 2).

Таким образом, заявляемое изобретение снижает себестоимость пенополиуретана за счет применения дешевого таллового масла и снижения расхода диаминодифенилметандиизоционата (МДИ).