КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПЕНОПЛАСТА Российский патент 1997 года по МПК C08J9/06 C08L61/24 

Изобретение относится к составам для получения карбамидоформальдегидного пенопласта пониженной токсичности и может быть использовано в строительных конструкциях для теплоизоляции стеновых панелей, холодильных камер, утепления кровель, трубопроводов, для упаковочных материалов и т.д.

Пенопласт на основе карбамидоформальдегидной смолы позволит заменить дефицитные и дорогостоящие вспененные теплоизоляционные материалы на основе полиуретана, полистирола, полиэтилена и других полимеров.

Известна композиция для получения пенопласта на основе карбамидной смолы, поверхностно-активного вещества, кислотного катализатора и воды (авт. св. СССР N 1565859, кл. C 08 61/24, C 08 9/06, 1990), в которой для повышения, в частности, прочности пенопласта присутствует карбонат кальция, однако прочность не превышает 0,044 МПа.

Известна композиция для получения пенопласта, содержащая карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель, поверхностно-активное вещество и воду (авт. св. СССР N 883103, кл. C 08 61/24, C 08 9/08, C 08 9/08, 1981), в которую для повышения прочности при сжатии добавляют 10-50% от веса карбамидоформальдегидной смолы фенолоспирты. За счет введения фенолоспиртов в таком количестве добиваются повышения объемной массы пенопласта до 80-120 кг/м³ и, как следствие, увеличения прочности на сжатие до 0,16-0,19 МПа. Достигаемый положительный эффект по прочности, как видно, не столь значителен, но санитарно-гигиенические свойства пенопласта существенно ухудшаются.

Наиболее близким к предлагаемой является композиция для пенопласта, содержащая карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель (о-фосфорную кислоту), поверхностно-активное вещество (пенообразователь), воду и модифицирующую водорастворимую добавку (перекись водорода и сернокислое железо).

Недостатками известной композиции являются низкая прочность на сжатие и высокая концентрация формальдегида в воздухе.

Целью изобретения является создание композиции для получения экологически чистого карбамидоформальдегидного пенопласта с повышенной прочностью на сжатие.

Цель достигается тем, что композиция, включающая карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель, поверхностно-активное вещество и воду, в качестве добавки содержит реакционно-способный к формальдегиду и водорастворимый мономер и/или полимер при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Карбамидоформальдегидная смола 1,0
Поверхностно-активное вещество 0,005-0,05
Кислотный отвердитель 0,01-0,04
Вода 0,66-1,16
Водорастворимая добавка 0,00002-0,045
В качестве водорастворимой добавки используются N,N'-дифенилгуанидин, акриламид, полиакриламид, поливиниловый спирт и смесь N,N'-дифенилгуанидина с полиакриламидом.

В качестве карбамидоформальдегидной смолы использовали водный раствор карбамидоформальдегидного олигомера марки КФЖ (сухого вещества 65-69%), который содержит от 4 до 14% непрореагировавшего формальдегида. Выделение формальдегида при использовании карбамидных смол и различных материалов на их основе, например, пенопласта, может отрицательно влиять на здоровье лиц, страдающих астмой, бронхитом и др. В предлагаемом изобретении предлагается устранить указанный недостаток известных пенопластов с помощью добавок, которые позволяют связать химически свободный формальдегид, содержащийся в исходной карбамидоформальдегидной смоле, формальдегид, выделяющийся при отверждении композиции (в результате гидролиза простой эфирной связи -CH₂-O-CH₂), и одновременно повысить механические характеристики (прочность при сжатии, уменьшить трещинообразование) за счет оптимальной сшивки, сохранив при этом открыто-ячеистую структуру пенопласта, обусловливающую теплоизоляционные свойства.

Важнейшим требованием к выбору добавок является не только их высокая реакционная способность по отношению к формальдегиду в условиях получения пенопласта (без дополнительных операций, чтобы не усложнять технологический процесс), но и растворимость вводимых веществ в реакционной среде (водной), что существенно повышает эффективность взаимодействия последних с формальдегидом по всему объему реакционной массы.

Реакционная способность указанных добавок заключается во взаимодействии с формальдегидом по следующим схемам:

Образовавшиеся в результате приведенной реакции метилольные производные N, N'-дифенилгуанидина могут вступать в реакцию с метилольными группами (-CH₂OH), содержащимися в карбамидоформальдегидной смоле при ее отверждении, поэтому увеличивается прочность пенопласта и уменьшается трещинообразование в нем. О протекании указанных реакций свидетельствует снижение содержания свободного формальдегида в отвержденном пенопласте, получаемом из смолы, модифицированной N, N'-дифенилгуанидином, и повышение прочности (таблица, опыты 1-6).

В случае использования акриламида также происходит связывание формальдегида с образованием метилольных производных акриламида, что подтверждает данные по уменьшению содержания формальдегида в отвержденном пенопласте (таблица, опыты 7-10).

Реакция протекает по схеме:

Полиакриламид реагирует с формальдегидом аналогично с образованием метилольных производных полиакриламида (таблица, опыты 11-18):

Поливиниловый спирт связывает формальдегид (таблица, опыты 24-28), образуя при этом поливинилацетальные фрагменты в цепи полимера по схеме:

Поливиниловый спирт, как и полиакриламид, может участвовать в образовании поперечных сшивающих мостов при сшивке карбамидоформальдегидной смолы, что также приводит к существенному повышению прочности пенопласта. При использовании в качестве добавки смеси N,N'-дифенилгуанидина с полиакриламидом содержание свободного формальдегида в пенопласте меньше, чем в случае использования одного полиакриламида, а прочность на сжатие больше, чем в случае применения только N,N'-дифенилгуанидина (таблица, опыты 19-23).

Анализ полученных результатов показывает, что содержание свободного формальдегида в пенопласте по сравнению с содержанием его в исходной смоле за счет использования реакционно-способных водорастворимых добавок уменьшается в 9-55 раз. В качестве вспенивающего агента используют пенообразователи марок ПО-1, ПО-1Д, ПО-6К и др. В качестве катализатора отверждения смолы используют минеральные (например, ортофосфорную, серную, соляную) и органические (например, п-толуолсульфокислоту, трихлоруксусную) кислоты.

В таблице приведены рецептуры композиций для пенопласта и характеристика свойств отвержденного пеноматериала. Выход за указанные пределы компонентов в композиции нецелесообразен, поскольку только предлагаемые концентрационные пределы обеспечивают оптимальный эффект и экономичность процесса получения пенопласта.

Плотность пенопласта в зависимости от рецептуры изменяется в пределах 60-85 кг/м³, прочность на сжатие 0,244-0,876 МПа, коэффициент теплопроводности 0,0065-0,016 Вт/м•^oC.

Для получения карбамидоформальдегидного пенопласта готовят два рабочих раствора, один из которых включает пенообразователь, катализатор отверждения и воду, а другой карбамидоформальдегидную смолу с добавкой. Затем первый раствор вспенивается в пеногенераторном блоке и смешивается с вторым раствором в смесительной головке заливочного пистолета. Образуемая карбамидная пена заливается в полость определенной конфигурации в зависимости от типа изделия, где отверждается при комнатной температуре (18-25^oC) и атмосферном давлении в течение 10-30 мин и далее высушивается.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получать вспененный теплоизоляционный материал заливочного типа пониженной токсичности и повышенной прочности из дешевой карбамидоформальдегидной смолы. Процесс отличается технологичностью, несложным оборудованием, протекает при комнатной температуре и атмосферном давлении. Композиция может готовиться и заливаться непосредственно на месте применения пенопласта либо в цеху, где можно готовить теплоизоляционные плиты разного размера, скорлупы для теплоизоляции различных трубопроводов, а также другие изделия.

Рецептура композиции и физико-химические характеристики исходной и отвержденной композиций представлены в таблице.

Использование: для теплоизоляции в строительных конструкциях, в холодильных камерах, трубопроводах. Сущность изобретения: композиция содержит, мас.ч.: карбамидоформальдегидную смолу 1,0, кислотный отвердитель 0,01-0,04, поверхностно-активное вещество 0,005-0,05, воду 0,66-1,16, модифицирующую водорастворимую добавку, выбранную из группы, включающей: N,N'-дифенилгуанидин, акриламид, полиакриламид, поливиниловый спирт и смесь N,N'-дифенилгуанидина и полиакриламида 0,0002-0,045. Смешивают поверхностно-активное вещество, катализатор и воду, вспенивают и смешивают с карбамидоформальдегидной смолой с добавкой. Отверждают при комнатной температуре и атмосферном давлении в течение 10-30 мин. Получают малотоксичный и прочный материал заливочного типа. 1 табл.

Композиция для пенопласта, содержащая карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель, поверхностно-активное вещество, воду и модифицирующую водорастворимую добавку, отличающаяся тем, что она содержит добавку, выбранную из группы, включающей N,N'-дифенилгуанидин, акриламид, полиакриламид, поливиниловый спирт и смесь N,N'-дифенилгуанидина и полиакриламида, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Карбамидоформальдегидная смола 1,0
Кислотный отвердитель 0,01 0,04
Поверхностно-активное вещество 0,05 0,05
Вода 0,66 1,16
Модифицирующая водорастворимая добавка 0,0002 0,045н