КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛАСТИЧНЫХ ФОРМОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1994 года по МПК C08G18/12 C08G18/12 C08G101/00 

Изобретение относится к химии пенополиуретанов и касается композиции для изготовления эластичных формованных изделий мебеотного назначения.

В конструкции бытовой мягкой мебели используют эластичные формованные пенополиуретановые изделия разнообразной конфигурации, получаемые методом формования жидкой композиции в форме. Основными потребительскими свойствами этих изделий являются: эксплуатационная долговечность, оцениваемая по величине относительной остаточной деформации (обратная зависимость), и комфортность, оцениваемая по величине напряжения сжатия при 40% деформации, которая должна быть в пределах 1,9-3,5 кПа. С точки зрения экономических показателей кажущаяся плотность изделий должна быть ниже 40 кг/м³. Кроме этого, композиция должна перерабатываться в изделия в необогреваемых или слабо обогреваемых формах с температурой стенок 25-30^оС.

Известна композиция, включающая простой олигоэфир с мол. массой 3000-6000, 70-75 % -ный раствор продукта взаимодействия толуилендиизоцианата с полиоксиалкиленглицерином с мол. массой 6000 в толуилендиизоцианате, содержащий 15 мас. % изоцианатных групп, воду, кислородсодержащий третичный амин, кремнийорганический пенорегулятор, 1,4-ди- азабицикло-(2,2,2)-октан. Композиция позволяет получать эластичные формованные изделия мебельного назначения с кажущейся плотностью ниже 40 кг/м³. Однако композиция перерабатывается при 40-65^оС, а получаемые изделия имеют повышенные значения относительной остаточной деформации (более 10%).

Наиболее близкой по технической сути является композиция, включающая простой олигоэфир с мол. массой 4500-6000, содержащий от 60 до 100 % от общего количества первичных гидроксильных групп, 50-65 %-ный раствор продукта взаимодействия смеси полиизоцианата и толуилен- диизоцианата с полиэксиалкиленглицерином с мол. массой 4500-6000 и полиоксиэтиленгликолем с мол. массой 400-600 в толуилендиизоцианате, содержащий 30-34 мас.% изоцианатных групп, азотсодержащий олигоэфир с мол. массой 290-610, воду, кислородсодержащий третичный амин, кремнийорганический пенорегулятор, 1,4-диазабицило-(2,2,2)-октан и третичный амин. Композиция позволяет получать эластичные формованные изделия мебельного назначения в формах с температурой стенок 25-30^оС. Величины относительной остаточной деформации при сжатии изделий, а также величины напряжений сжатия при 40% деформации находятся в рамках требований мебельной промышленности и составляют соответственно 6-8% и 1,9-3,5 кПа. Недостатком композиции является невозможность получения изделий с кажущейся плотностью ниже 40 кг/м³, особенно в случае использования форм сложной конфигурации. Как правило, кажущаяся плотность изделий на основе этой композиции составляет 40-43 кг/м³.

Цель изобретения состоит в разработке композиции, позволяющей получать эластичные формованные изделия с кажущейся плотностью ниже 40 кг/м³ при сохранении потребительских свойств на том же уровне (а именно относительная остаточная деформация изделий не должна превышать 8%, а величина напряжения сжатия при 40% деформации должна находиться в пределах 1,9-3,5 кПа).

Эта цель была неожиданно достигнута путем дополнительного введения в известную композицию, включающую простой олигоэфир с молекулярной массой 4500-6000, содержащий от 60 до 100% от общего количества первичных гидроксильных групп, 50-65 %-ный раствор продукта взаимодействия смеси полиизоцианата и толуилендиизоцианата с полиокси- алкиленглицерином с мол. массой 4500-6000 и полиоксиэтиленгликолем с мол. массой 400-600 в толуилендиизоцианате, содержащий 30-34 мас.% изоцианатных групп, азотсодержащий олигоэфир с мол. массой 290-610, воду, кислородсодержащий третичный амин, кремнийорганический пенорегулятор 1,4-диазабицикло-(2,2,2)-октан и третичный амин, простой олигоэфир с мол. массой 3000-3600, содержащий от 0 до 50% от общего количества первичных гидроксильных групп и талловое масло с кислотным числом 96-180 мг КОН/г, при следующем соотношении, мас.ч.:
Простой олигоэфир с мол. массой 4500-6000 100,00
50-65 %-ный раствор
пpодукта взаимодействия
смеси полиизоцианата
и толуилендиизоцианата
с полиоксиалкиленглице-
рином с мол. массой 4500-
6000 и полиоксиэтиленгли-
колем с мол. массой 400-600
в толуилендиизоци- анате 45,00-70,00
Азотсодержащий олиго-
эфир с мол. мас- сой 290-610 0,70-2,00 Вода 3,90-4,90
Кислородсодержащий третичный амин 0,05-0,40
Кремнийорганический пенорегулятор 0,20-0,80
1,4-Диазабицикло-(2,2,2)- октан 0,10-0,40 Третичный амин 0,05-0,50
Простой олигоэфир
с мол. массой 3000-3600,
содержащий от 0 до 50 %
от общего количества пер-
вичных гидроксильных групп 1,00-3,00
Талловое масло с кислот- ным числом 96-180 мг КОН/г 0,10-0,30
В соответствии с изобретением используют следующие ингредиенты композиции:
Простой олигоэфир с мол. массой 4500-6000, содержащий 60-100% от общего количества первичных гидроксильных групп, представляет собой оксиалкилированный триол (глицерин или триметилолпропан). Причем триол сначала оксиалкилируют, используя оксид пропилена или смесь оксидов пропилена и этилена, содержащую преимущественно оксид пропилена, затем промежуточный продукт, имеющий в основном вторичные гидроксильные группы, подвергают оксиэтилированию, в процессе которого синтезируемый простой олигоэфир приобретает 60-100 мас. % первичных гидроксильных групп. Примерами простого олигоэфира являются продукты с торговыми марками: Лапрол 5003-2Б-10 (ТУ 6-05-1513-75), Лапрол 5003-2-15 (ТУ 6-55-221-1141-90), Лапрол 6003-2Б-18) ТУ 6-05-221-880-86). Лупранолы: 2040; 2041; 2042; 2045 Систолы: Т 116, Т 119 (фирмы БАСФ, ФРГ), Десмофен 3900 (фирмы Байер, ФРГ), Воранолы: СП 4711, СП 4800 (фирмы Дау, США) Эксенол 820 (фирмы "Асахи Гласс", Япония);
50-65% -ный раствор продукта взаимодействия смеси полиизоцианата и толуилендиизоцианата с полиокси- алкиленглицерином с мол. массой 4500-6000 и полиоксиэтиленгликолем с мол. массой 400-600 в толилендиизоцианате, содержащий 30-34 мас.% изоцианатных групп, представляет собой стабильную при хранении жидкость с вязкостью 70-170 мПа с. (200^оС). Раствор получают путем взаимодействия смеси из 1 мас.ч. полиизоцианата и 0,74-1,00 мас.ч. толуилендиизоцианата с полиоксиалкиленглицерином с мол. массой 4500-6000 и полиоксиэтиленгликолем с мол. массой 400-600 при общем эквивалентном соотношении реагирующих групп ОН:NCO, равном 1:(4-9), причем на 1 мас.ч. полиоксиалкиленглицерина берут 1,1-3,0 мас.ч. полиоксиэтиленгликоля с последующим разбавлением продукта взаимодействия 1,6-3,0 мас.ч. толуилендиизоцианата;
азотсодержащий олигоэфир с мол. массой 290-610 представляет собой оксиалкилированный этилендиамин или диэтилентриамин, или их смеси. Примерами такого олигоэфира являются Лапромол 294 (ТУ 6-05-1681-80), Систол Т 103, Лупранол 3402 (фирмы БАСФ, ФРГ).

1,4-диазобицикло-(2,2,2)-октан представляет собой индивидуальное вещество, кристаллическое при нормальных условиях, содержание примесей менее 0,1 мас. % . Выпускают под марками: ДАБКО крист. НИАКС А 100, Тексакат ТД 100. Тойокат ТЕДА, Десморапид СО, Тегоамин 100;
кремнийорганический пенорегулятор представляет собой трис(триметилсилокси)фенилсилан или ди(триметилсилокси) метилгексилсилан, или ди(алкилполи- оксипропилен)силан, или частично алкилированный ди/полиоксипропилен/силан. Примерами подобных соединений являются: продукт 133-176 (ТУ 6-02-1233-82), КС 43, КС 53 (фирмы Байер, ФРГ). Тегостабы: Б 4113, Б 4690, Б 8631, Б 3680 (фирмы Гольдшмидт, ФРГ) НИАКС Л 5307, НИАКС Л 5309 (фирмы Юнион Карбайд, США);
кислородсодержащие третичные амины-соединения, содержащие гидроксильную группу и/или простую эфирную связь, в том числе в гетероцикле, например диметилэтаноламин, метилдиэтаноламин, диметиламиноэтоксиэтанол, диметиами- ноэтилморфолин, диметиламиноэтоксиэтанол, диметиаминоэтилморфолин, бис(диметиламиноэтиловый) эфир, диэтиловый эфир морфолина. Указанные кислородсодержащие третичные амины выпускают различные формы под следующими наименованиями: ДАБКО, ДМЭА, Лупраген Н 107, Тексакат ЦР 70, ДАБКО Т, НИАКС А-1, ДАБ-КО БЛ-11, Тегоамин БДЕ, ДАБКО, ХМД, Тексакат ДМДЕЕ;
третичные амины - это соединения, выбранные из группы алкил-, алкилциклогексиламинов, перметилированных алифатически ди-, полиаминов, например триэтиламин, диметилциклогексиламин, тетраметилэтилендиамин, тетраметил-1,3-бутандиамин, тетраметилпропилендиамин, пентаметилдиэтилентриамин. Указанные третичные амины выпускают различные формы под следующими торговыми марками: ДАБКА, ТЕТН, Лупраген Н 102, Десморапид 726Б, Каолицер 10, Поликат 8, Поликат 12, Десморапид РФ, Тегоамин РМДС, Поликат 5, Поликат 6, Тойокат МР, НИАКС ТМБДА, Поликат 9, Поликат 77, Каолицер ТМПДА;
простой олигоэфир с мол. массой 3000-3600, содержащий 0-50 мас.% от общего количества первичных гидроксильных групп, представляет собой оксиалкилированный триол (глицерин, триметилолпропан) или оксиалкилированную смесь триола и диола (например, смесь глицерина с этиленгликолем или пропиленгликолем). Причем для оксиалкилирования применяют или только оксид пропилена, или смесь оксида этилена и оксида пропилена. В силу своей большей активности оксид этилена быстрее вступает в реакцию, чем оксид пропилена и тем самым способствует тому, что продукт синтеза содержит менее 50 мас.% от общего количества первичных гидроксильных групп. Для целей изобретения пригодны простые олигоэфиры следующих марок. Ларол 3003 (ТУ 6-05-1513-75). Лапрол 3603-2-12 (ТУ 6-05-2014-86) Лапрол 3003-2-60 (ТУ 6-05-221-839-85) Систол Т 112, Лупранол 2020, Лупранол 2030 (фирмы БАСФ, ФРГ) Дальтоцел Ф 4801 (фирмы Ай-Си-Ай, Англия), Воранол СП 3322 (фирмы Дау, США) Десмофен 3800 (фирмы Байер, ФРГ);
талловое масло является побочным продуктом процесса получения сульфатной целлюлозы.

Представляет собой сложную смесь химических веществ, основными ее составляющими являются жирные и смоляные кислоты. В связи с этим основным показателем таллового масла является величина кислотного числа. Для цели данного изобретения талловое масло должно иметь кислотное число в пределах 96-180 мг КОН/г. Пригодно как сырое талловое масло (ОСТ 13-184-83), так и предварительно "облагороженное" дистилляцией.

Для получения композиции ингредиенты смешивают друг с другом в указанных массовых соотношениях.

Как известно специалистам, увеличением воды можно снизить кажущуюся плотность пенополиуретана, однако одновременно с увеличением воды резко возрастает жесткость изделий (увеличивается величина напряжения сжатия при 40% деформации) и относительная остаточная деформация. Можно предположить, что талловое масло, играя роль пластифицирующей добавки, снизит величину напряжения сжатия. Талловое масло, будучи однофункциональным соединением (на одну молекулу таллового масла приходится в среднем одна карбоксильная группа), должно непременно увеличить при своем использовании в композиции величину относительной остаточной деформации. Дополнительно используемый в композиции простой олигоэфир отличается от основного простого олигоэфира молекулярной массой (3000-3600, по сравнению с 4500-6000) и химической активностью, поскольку содержит в основном вторичные, а не первичные гидроксильные группы. Прогнозировать влияние этого простого олигоэфира на свойства элластичных формованных изделий можно только однозначно, а именно в виде того, что данный олигоэфир практически не отличается по функциональности от основного олигоэфира, он не должен оказать заметного влияния на величину напряжения сжатия при 40% деформации изделий и должен несколько снизить величину относительной остаточной деформации при сжатии в силу несколько меньшей молекулярной массы. Таким образом, ни один из ингредиентов в отдельности (вода, простой олигоэфир с мол. массой 3000-3600, талловое масло) не может привести к достижению цели изобретения. И наоборот, совместное их применение, как найдено авторами изобретения, приводит к синергическому эффекту, выражающемуся в том, что эластичные формованные изделия можно получать легче, в среднем на 5 кг/м³, по сравнению с прототипом, при сохранении, на том же уровне основных (определяющих) потребительских свойств изделий: напряжений сжатия при 40% деформации на 1,0-3,5 кПа и относительной остаточной деформации при сжатии - 3,5-6,0%.

Достигаемый неожиданный эффект авторы изобретения объясняют тем, что талловое масло и простой олигоэфир определенной структуры, взятые в совокупности, в присутствии повышенного количества воды способствуют протеканию конкурирующих реакций уретано- и мочевинообразования таким образом, что получаемые изделия обладают комплексом требуемых свойств. Граничные значения по содержанию воды, простого олигоэфира с мол. массой 3000-3600 и таллового масла с кислотным числом 96-180 мг КОН/г объясняются следующим образом:
при уменьшении количества воды ниже заявляемого уровня невозможно стабильное получение формованных изделий с кажущейся плотностью ниже 40 кг/м³. При увеличении количества воды выше заявляемого уровня невозможно получить изделия с удовлетворительным качеством поверхности (т.е. без раковин, утяжин и отслоения поверхностной пленки);
при уменьшении количества таллового масла ниже заявляемого резко возрастает величина относительной остаточной деформации изделий, при увеличении количества таллового масла выше заявляемого изделия приобретают устойчивый запах, что крайне нежелательно по санитарно-гигиеническим требованиям. При использовании таллового масла с кислотным числом ниже 96 мг КОН/г невозможно получение изделий с качественной поверхностью (т.е. без дефектов). Для достижения целей изобретения благоприятно использование таллового масла с более высоким кислотным числом (ближе к 180 мг КОН/г, выше этого значения кислотного числа талловое масло не производится);
при уменьшении количества простого олигоэфира с мол. массой 3000-3600 ниже заявляемого уровня существенно возрастают величины относительной остаточной деформации и напряжения сжатия изделий. При увеличении количества простого олигоэфира выше заявляемого уровня поверхностное отверждение изделий ухудшается, что приводит к деформированию изделий при извлечении из форм, и необходимо увеличивать температуру стенок форм выше 30^оС, что недопустимо. Молекулярная масса простого олигоэфира выбрана как с экономической точки зрения, так и с точки зрения влияния на качество поверхности изделий. Отступление от выбранного интервала по молекулярной массе приводит либо к удорожанию продукта (при молекулярной массе выше 3600), либо к ухудшению качества поверхности изделия (при молекулярной массе ниже 3000). Количество первичных гидроксильных групп в простом олигоэфире (менее 50 мас. % от общего количества) установлено авторами в результате экспериментов. При увеличении количества первичных гидроксильных групп сверх заявленного предела существенно возрастает относительная остаточная деформация и жесткость изделий.

Композиция по изобретению предназначена для получения на ее основе эластичных формованных изделий мебельного назначения на существующем оборудовании.

В таблице приведены составы композиций и свойства полученных на их основе эластичных формованных изделий. Потребительские показатели изделий оценивают, определяя кажущуюся плотность по ГОСТу 409-77, напряжение сжатия при 40% деформации - по ГОСТу 26605-85, относительную остаточную деформацию - по ГОСТу 18268-72.

Изобретение позволяет снизить кажущуюся плотность в среднем на 5 кг/м³ при сохранении потребительских свойств на том же уровне, а именно добиться величины относительной деформации 3,5-6,0% и величины напряжения сжатия при 40% деформации 1,9-3,5 кПа, что полностью соответствует требованиям мебельной промышленности (сравни примеры 2-6 с примером 1).

Сущность изобретения: композиция, включающая простой олигоэфир с мол.м. 4500 - 6000 г, содержащий от 60 до 100 мас.% от общего количества первичных гидроксильных групп, 50 - 65 %-ный раствор продукта взаимодействия смеси полиизоцианата и толуилендиизоцианата с полиоксиалкиленглицерином и полиоксиэтиленгликолем в толуилендиизоцианате, содержащий 30 - 34 мас.% изоцианатных групп азотосожержащий олигоэфир с мол. м. 290 - 610, воду, кислородсодержащий третичный амин, кремнийорганический пенорегулятор 1,4-диазабицикло-(2,2,2)-октан и третичный амин, дополнительно содержит 1,0 - 3,0 мас.ч. простого олигоэфира с мол.м. 3000 - 3600, содержащего 0 - 50 мас.% от общего количества первичных гидроксильных групп, и 0,1 - 0,3 мас.ч. таллового масла с кислотным числом 96 - 180 мг КОН/г в расчете на 100 мас.ч. и простого олигоэфира. Изделия из композиции получают в формах при температуре стенок 25 - 30°С. Изделия имеют следующие характеристики: относительная остаточная деформация 3,5 - 6,0%, напряжение сжатия 1,9 - 3,5 кПа при кажущейся плотности ниже 40 кг/м³. 1 табл.

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛАСТИЧНЫХ ФОРМОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ мебельного назначения, включающая простой олигоэфир с мол.м. 4500-6000, содержащий 60 - 100% от общего количества первичных гидроксильных групп, 50 - 65%-ный раствор продукта взаимодействия смеси полиизоцианата и толуилендиизоцианата с полиоксиалкиленглицерином с мол.м. 4500 - 6000 и полиоксиэтиленгликолем с мол. м. 400 - 600 в толуилендиизоцианате, содержащий 30 - 34 мас.% изоцианатных групп, азотсодержащий олигоэфир с мол.м. 290 - 610, воду, кислородсодержащий третичный амин, кремнийорганический пенорегулятор, 1,4-диазабицикло-(2,2,2)-октан, третичный амин, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит простой олигоэфир с мол.м. 3000 - 3600, содержащий 0 - 50 % от общего количества первичных гидроксильных групп, и талловое масло с кислотным числом 96 - 180 мгКОН/г при следующем соотношении ингредиентов композиции, мас.ч.:
Простой олигоэфир с мол.м. 4500 - 6000 100,00
50 - 65%-ный Раствор продукта взаимодействия смеси полиизоцианата и толуилендиизоцианата с полиоксиалкиленглицерином с мол.м. 4500 - 6000 и полиоксиэтиленгликолем с мол. м. 400 - 600 в толуилендиизоцианате 45,00 - 70,00
Азотсодержащий олигоэфир с мол.м. 290 - 610 0,70 - 2,00
Вода 3,90 - 4,90
Кислородсодержащий третичный амин 0,05 - 0,40
Кремниорганический пенорегулятор 0,20 - 0,80
1,4-Диазабицикло-(2,2,2)-октан 0,10 - 0,40
Третичный амин 0,05 - 0,50
Простой олигоэфир с мол.м. 3000 - 3600, содержащий 0 - 50% от общего количества первичных гидроксильных групп 1,00 - 3,00
Талловое масло с кислотным числом 96 - 180 мг КОН/г 0,10 - 0,30