КИСЛОТНЫЙ КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПЛАСТОВ ИЗ ЖИДКИХ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ КОМПОЗИЦИЙ Российский патент 2004 года по МПК B01J31/06 B01J27/02 C08L61/10 C08J9/00 

Область техники

Изобретение относится к составу олигомерного кислотного катализатора как компонента жидких композиций для получения феноформальдегидных (ФФ) пенопластов, не вызывающего коррозии металлов или оказывающего очень слабое коррозионное воздействие на их поверхность. Такой жидкий кислотный катализатор является эвтектической смесью ФФ-новолачной смолы и сульфоароматической кислоты, максимально обезвоженной до допустимого для применения вязкости.

Благодаря своим уникальным свойствам, таким как способность отверждать ФФ-композиции при низких температурах, предпочтительно при температурах рабочего помещения, служить при этом сореагентом, химически связанным в нерастворимом полимере, благодаря высокой теплостойкости образующихся из таких композиций отвержденных продуктов и относительно низким затратам на производство, такой катализатор уже находит применение в производстве. Создание производства такого олигомерного катализатора для крупномасштабного производства и применения пенопластов в различных областях техники диктуется тем, что известные олигомерные кислотные катализаторы, содержащие сульфированный фенол (а.с. СССР №255556) или сульфированный новолак (а.с. №519442), из-за высокого содержания воды оказывают сильное коррозионное воздействие на контактирующие с ними металлы, а в составе вспенивающихся композиций с фенолформальдегидными смолами (а.с. №233898) не позволяют получать пенопласты достаточно высокой механической прочности.

Уровень техники

Известные кислотные катализаторы вызывают заметную коррозию контактирующих с ними металлов, а в составе ФФ-вспенивающихся композиций не позволяют получать пенопласты достаточной прочности, относительно нехрупкие и не вызывающие коррозию контактирующих с ними металлов.

Высокий уровень техники по заявленному изобретению определяется тем, что олигомерный кислотный катализатор идентичен сильным кислотам по каталитической активности, но сам по себе или не вызывает, или оказывает очень слабое коррозионное воздействие на контактирующую с ним углеродистую сталь, а жидкие отверждающиеся с ним вспенивающиеся композиции и полученные из них пенопласты не оказывают никакого коррозионного воздействия на металлы, а пенопласты отличаются высокой механической прочностью, примерно одинаковой с прочностью жестких полиуретановых пенопластов - ближайшего, но существенно более дорогого конкурента.

Сущность изобретения

В основу изобретения положена задача создания такого кислотного катализатора для отверждения ФФ-смол, который при высокой каталитической активности сам по себе не вызывает заметной коррозии контактирующих с ним металлов, а жидкие вспенивающиеся композиции с ним и пенопласты из них никакого коррозионного воздействия не оказывают. Решить эту задачу позволили результаты научно-прикладных исследований заявителя, проведенных на модельных системах жидких вспенивающихся ФФ-композиций, образующих пенопласты. В этих исследованиях было найдено, что задача снижения коррозионного воздействия на металлы кислотного катализатора решается, когда он является смесью кристаллической сульфоароматической кислоты с низкомолекулярной жидкой новолачной смолой, причем коррозионное воздействие такого катализатора на металлы понижается вплоть до полного исключения с повышением содержания новолачной смолы в смеси и с понижением воды в ней до уровня 10 мас.%. В исследованиях кинетики отверждения достаточно обезвоженных ФФ-смол, сопровождающегося вспениванием композиции, было установлено, что скорость этого процесса при одинаковой кислотности повышается с увеличением содержания новолачной составляющей ФФ-смол в композиции вплоть до уровня, соответствующего эквивалентному соотношению, когда на одну протонированную метилольную группу резольной составляющей смол приходится около одного незамещенного орто-пара положения метиленовых производных фенола в сумме со свободным фенолом. Найдено было также, что с повышением содержания новолачной составляющей ФФ во вспенивающейся композиции до эквивалентного по соотношению электрофильного реагента (одна протонированная метилольная группа к нуклеофильному сореагенту) достигается существенное повышение механической прочности получаемых пенопластов.

В соответствии с изложенным рецептуры кислотного катализатора выбраны исходя из следующих расчетов:

- отверждающиеся композиции при температурах рабочего помещения имеют кислотное число в интервале от 20 до 80 мг КОН/г;

- для этого кислотный катализатор представляет собой эвтектическую смесь новолачной смолы и кристаллической сульфоароматической кислоты, расплавленной при 40-60°С, в которой новолачная смола имеет мольное соотношение формальдегида к фенолу (0,5-0,8):1, содержание воды от 10 до 16 мас.%, содержание сульфоароматической кислоты от 24 до 65 мас.% и кислотное число от 80 до 210 мг КОН/г;

- для отверждения композиций, включающих резольную смолу, используется катализатор низкой кислотности и высоким содержанием новолака, а для отверждения новолачнорезольных смол и смеси резольных с новолачными используются катализаторы разной кислотности и разного состава, исходя из кислотности композиции для отверждения ее, причем скорость отверждения композиции повышается с повышением ее кислотности. Состав олигомерного кислотного катализатора может включать любую сульфоароматичскую кислоту.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Изобретение было практически проверено в лабораторных условиях, и примеры его осуществления приведены в таблице.

Жидкая новолачная смола как полупродукт для олигомерного кислотного катализатора была получена конденсацией формальдегида с фенолом при мольном соотношении (0,5-0,8):1 при катализе кислотами - ортоборной, бензолсульфокислотой, фосфорной и щавелевой.

Олигомерный кислотный продукт как эвтектическая смесь входящих в ее состав компонентов был получен путем смешения новолачной смолы с сульфоароматической кислотой, расплавленной при температурах 40-60°С. Содержание воды в продукте не более 16 мас.% обеспечивается сушкой под вакуумом или новолачной смолы, или смеси ее с сульфоароматической кислотой. В лабораторных условиях получали продукт с использованием одной из сульфоароматических кислот: фенолсульфокислоты, бензолсульфокислоты, толуолсульфокислоты и сульфированного нафталина с одной сульфогруппой на молекулу.

Найдено, что кислотный катализатор с бензол- или толуолсульфокислотой при содержании воды не более 10 мас.% не оказывает никакого коррозионного воздействия на контактирующую с ним сталь. Пластинка ст.3 массой 15 г, погруженная в кислотный катализатор при содержании воды в нем не более 15 мас.%, за 3 месяца потеряла 0,17% своей массы, а при содержании воды в нем около 20 мас.% - 0,6% за 2 месяца. Предпочтительное содержание воды в кислотном катализаторе не более 15 мас.% соответствует содержанию воды в высушенной новолачной смоле не более 16 мас.%.

Следующие примеры характеризуют сущность изобретения (см. таблицу).

Жидкий катализатор для получения пенопластов из жидких фенолформальдегидных композиций, содержащий жидкую новолачную фенолформальдегидную смолу, в которой моль-соотношение формальдегида к фенолу составляет (0,5–0,8):1; сульфоароматическую кислоту в количестве, соответствующему кислотному числу от 80 до 210 мг КОН/г; воду в количестве не более 16 мас.%. Кислотный катализатор служит катализатором процесса отверждения жидких резольных и новолачнорезольных фенолформальдегидных смол. Этот олигомерный кислотный катализатор является одним из компонентов вспенивающихся композиций, образующих пенопласты. Сам же по себе такой кислотный катализатор при долговременном контакте с обычной углеродистой сталью или не оказывает, или оказывает очень слабое коррозионное воздействие на нее. Из вспенивающихся композиций с таким кислотным катализатором получают пенопласты повышенной механической прочности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Жидкий катализатор для получения пенопластов из жидких фенолформальдегидных композиций, отличающийся тем, что он содержит жидкую новолачную фенолформальдегидную смолу, в которой молярное соотношение формальдегида и фенола составляет (0,5 – 0,8):1; сульфоароматическую кислоту в количестве, соответствующем кислотному числу от 80 до 210 мг КОН/г; воду в количестве не более 16 мас.%.2. Жидкий катализатор по п.1, отличающийся тем, что он содержит воду в количестве 10-12 мас.%.