ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК C04B26/12 C04B38/10 C08L61/32 C08J9/12 

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано для изготовления материалов на основе пенопластов для теплоизоляции строительных конструкций в жилищном, сельскохозяйственном и промышленном строительстве, кабин и кузовов автомобилей, судов, вагонов, самолетов, холодильных установок, а также упаковки промышленного и бытового оборудования.

Известен пенообразующий состав для теплоизоляции, включающий карбамидоформальдегидную смолу, пенообразователь, кислый катализатор отверждения, минеральный наполнитель и воду (патент РФ 2083521, кл. С 04 В 28/04, опубл. 10.07.97 г.). В качестве полимера используют карбамидоформальдегидную смолу КФ-ТМ (ГОСТ 14231-78), полученную в результате реакции конденсации при мольном соотношении карбамида к формальдегиду, равном 1,0-1,3:1,0-1,35. В качестве анионного ПАВ - смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных кислот спиртов фракции С₁₀-С₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракций С₁₀-C₁₆ и т.д. В качестве катализатора отверждения используют ортофосфорную, соляную, щавелевую, уксусную кислоты.

Недостатком известного пенообразующего состава для изготовления теплоизоляционного материала является длительная (6,0 и более месяцев) избыточная эмиссия формальдегида из материала, значительно превышающая нормы ПДК при эксплуатации конструкций в зданиях и сооружениях различного предназначения.

По этим причинам известный карбамидоформальдегидный пенопласт имеет ограниченную область применения по причине вредных экологических свойств.

Известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, включающий полимер, поверхностно-активное вещество, кислотный отвердитель, наполнитель, пластификатор и воду (патент РФ 2055820, кл. С 04 В 28/12, опубл. 10.03.96 г.). В этом составе в качестве полимера используют крепитель М-2, стабилизированный аммиаком, или крепитель М-3, модифицированный винакрилом и стабилизированный аммиаком, или крепитель ВК-1, модифицированный винакрилом и стабилизированный тетраборнокислым натрием (ТУ 6-06-0803396-88-90). В качестве поверхностно-активного вещества используют смесь из кальциевых или натриевых солей жирных кислот фракций С₁₉-C₂₅ и натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции С₁₀-C₁₆ и др. (ТУ 38.5074-87, ТУ 84-343-72). В качестве отвердителя используют ортофосфорную кислоту (ГОСТ 10678-76). Этот состав выбран в качестве прототипа.

Известный состав позволяет получить устойчивую пеномассу с небольшими усадочными деформациями, имеющую небольшую плотность и удовлетворительные физико-механические свойства. Материалы, полученные из известного состава, характеризуются небольшой механической прочностью.

Недостатком известного состава является довольно сложная рецептура пенообразующего состава, а также длительная (4,0 и более месяцев) избыточная эмиссия формальдегида из материала, значительно превышающая нормы ПДК, в процессе его производства и эксплуатации. По этим причинам известный карбамидоформальдегидный пенопласт также имеет ограниченную область применения.

Избыточное выделение формальдегида объясняется наличием в материале непрореагировавшего при поликонденсации формальдегида, а также образование его вследствие наличия в полимере метилольных групп и метиленэфирных связей, превращающихся в метиленовые. В процессе сушки пенопласта основная часть формальдегида удаляется из материала вместе с влагой.

Технологическая ценность и перспективы использования пенопласта, например, в конструкциях внешних ограждений зданий и сооружений, сдерживаются прежде всего только его токсичностью, связанной с продолжительным выделением из него оставшейся после сушки части формальдегида за счет гидроскопической или термодеструкции химической структуры материала по концевым группам.

Повышенное содержание формальдегида в непроветриваемых жилых и промышленных помещениях выделяющегося из пенопласта под действием влаги и тепла, оказывает вредное влияние на здоровье человека, вызывая прежде всего, раздражение слизистой оболочки верхних дыхательных путей и др. подобные нежелательные явления.

Поэтому проблема снижения выделения формальдегида как при производстве пенопласта, так и в процессе эксплуатации зданий и сооружений с его применением, является весьма актуальной.

Задачей настоящего изобретения является разработка состава теплоизоляционного карбамидоформальдегидного пенопласта с пониженной эмиссией формальдегида и повышенными физико-механическими характеристиками и способа его получения.

Технический результат состоит в повышении эксплуатационных характеристик пенопласта за счет улучшения регулярности структуры материала, обеспечивающей низкую эмиссию формальдегида в процессе производства и эксплуатации пенопласта, а также в улучшении его физико-механических характеристик и расширении области его применения.

Результат достигается тем, что теплоизоляционный полимерный материал, содержащий полимер, кислотный отвердитель, поверхностно-активное вещество и воду, дополнительно содержит модификатор, в качестве полимера используют карбамидоформальдегидную смолу, полученную нейтрализацией водного раствора формальдегида, конденсацией карбамида с формальдегидом в среде с переменной кислотностью при нагревании, вакуумной сушкой, доконденсацией и проведением процесса в присутствии модифицирующей добавки в виде многоатомного спирта, вводимого перед вакуумной сушкой в количестве 1,5-2,5 мас.ч. на 100 мас.ч. карбамида, вводимого на стадии конденсации, и гидроксилсодержащего полимера, вводимого после доконденсации в виде водного раствора в количестве 0,5-3,5 мас.ч. полимера на 100 мас.ч. карбамида, вводимого на стадии конденсации, причем доконденсацию осуществляют постадийно в три и более стадии с введением на последней стадии аммиака до конечного молярного соотношения карбамид: формальдегид: аммиак 1:1,15-1,45:0,1-0,15 соответственно (патент РФ 2114870, опубл. 10.07.98 г., или положительное решение от 12.01.04 г. по заявке на изобретение №2003102351/04 от 29.01.03 г.), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбамидоформальдегидная смола10,5-24,0Поверхностно-активное вещество0,1-0,12Кислотный отвердитель0,425-0,8Модификатор0,005-0,04Водаостальное до 100,

и тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют алкилбензолсульфокислоту марки А, в качестве кислотного отвердителя используют ортофосфорную кислоту, и тем, что в качестве модификатора он содержит полиакриламид-гель «Аммиачный», или водный раствор полиакриламида, или гексаметилендиаминоадипинат, или капролактам, или полифосфат аммония, или их бинарные или тройные смеси в массовом соотношении ингредиентов 1:1, и тем, что в способе получения теплоизоляционного полимерного материала, в котором первый компонент, включающий карбамидоформальдегидную смолу, загружают в первую емкость, второй компонент, включающий водный раствор смеси поверхностно-активного вещества и кислотного отвердителя, загружают во вторую емкость, первый и второй компоненты из первой и второй емкостей по соответственно первому и второму каналам одновременно подают в смесительный блок, перемешивают и вспенивают до получения готового теплоизоляционного полимерного материала, который подают по третьему каналу в формы, готовят водный раствор модификатора, вводят его в первую емкость и смешивают его с первым компонентом, перемешивают эту смесь в течение 3-5 мин и дозировано подают по первому каналу в смесительный блок, второй компонент перед подачей в смесительный блок вспениваниют во втором канале и получают жидкую среднекратную водовоздушную пену с кратностью 100-200 крат, перемешенную смесь первого и второго компонентов из смесительного блока интенсивно диспергируют с воздухом в третьем канале до получения готового теплоизоляционного полимерного материала в виде низкократной высокодисперсной полимерной пены с кратностью 20-60 крат и размером пузырьков 20-200 мкм, причем готовый теплоизоляционный полимерный материал имеет следующий состав, мас.%:

Карбамидоформальдегидная смола10,5-24,0Поверхностно-активное вещество0,1-0,12Кислотный отвердитель0,425-0,8Модификатор0,005-0,04Водаостальное до 100,

и тем, что приготовленные смеси первого и второго компонентов в первой и второй емкостях до подачи в смесительный блок нагревают до 30-35°С и выдерживают эту температуру до завершения процесса формирования готового теплоизоляционного полимерного материала, и тем, что готовый теплоизоляционный полимерный материал укладывают в форму при положительной температуре окружающей среды и производят первичное отверждение готового теплоизоляционного полимерного материала в течение 4-6 часов при температуре 15-25°С, после чего осуществляют расформовку залитых форм и резку материала на необходимые размеры пластов, а окончательную сушку готовых пластов материала осуществляют в течение 1-3 суток при температуре 25-45°С и относительной влажности воздуха 50˜70%.

Теплоизоляционный полимерный материал может изготавливаться в стационарных условиях (в цеху) или на строительной площадке по технологии укладываемой в опалубку или форму приготовленной смеси.

При экспериментальной отработке составов для изготовления теплоизоляционного полимерного материала использовали: в качестве полимера - карбамидоформальдегидную смолу марки ВПС-Г (патент РФ 2114870, опубл. 10.07.98 г.) и модифицированную карбамидоформальдегидную смолу марки ВПС-Г (положительное решение от 12.01.04 г. по заявке на изобретение №2003102351/04 от 29.01.03 г.); в качестве поверхностно-активного вещества - алкилбензосульфокислоту марки А (ТУ 2481-036-046893-75-95); в качестве кислотного отвердителя - ортофосфорную кислоту (ГОСТ 6552-80); в качестве модификатора - полиакриламид-гель технический «Аммиачный» (ТУ 6-01-1049-92), гексаметилендиаминадипинат (производитель фирма «Ронпуленк», Франция), капролактам (ГОСТ 7850-86) или полифосфат аммония (ГОСТ 3772-74); воду (ГОСТ 244202-81).

Теплоизоляционный полимерный материал получали следующим образом.

Для получения 1 м³ пенопласта плотностью, например 10,5 кг/м³, вначале отдельно разводят модификатор, например, полиакриламид-гель технический «Аммиачный» в количестве 40 г в 250 мл горячей воды (t=45-50°С).

Далее первый компонент карбамидоформальдегидную смолу марки ВПС-Г в количестве 10,5 кг заливают в отдельную емкость. В эту же емкость заливают приготовленный модификатор, который перемешивают со смолой в течение 3-5 мин. Во второй емкости приготавливают второй компонент, а именно в емкость загружают 15 л воды, 120 г поверхностно-активного вещества АБСФК, 425 г кислотного отвердителя - ортофосфорную кислоту 85% концентрации или 800 г 52% концентрации. Залитую во вторую емкость смесь компонентов тщательно перемешивают до получения однородной гомогенной смеси.

Далее приготовленные в обеих емкостях смеси подогревают до 30°С и выдерживают эту температуру до конца технологического цикла получения готового материала.

Приготовленные смеси, а именно первый компонент, подают по отдельному каналу напрямую в смесительный блок, одновременно с этим раствор второго компонента подают по другому отдельному каналу принудительно с возможностью вспенивания (например, на сетчатый пеногенератор) для получения жидкой среднекратной водовоздушной пены с кратностью 100-200 крат до начала ее перемешивания с раствором первого компонента. Далее первый компонент и вспененный второй компонент перемешивают в смесительном блоке и в дальнейшем, для получения готового теплоизоляционного полимерного материала, тщательно перемешивают смесь первого и второго компонентов, интенсивно диспергируют под давлением 2,5-3,5 атм совместно с воздухом при расходе 0,6-1,2 м³/мин в третьем отдельном канале до получения готовой смеси в виде низкократной высокодисперсной полимерной пены с кратностью 50-60 крат и размером пузырьков 20-200 мкм.

В дальнейшем готовую смесь укладывают в форму и проводят первичное отверждение полимерной массы в течение 4 час при температуре 25°С. После этого осуществляют расформовку залитых форм и резку материала на необходимые размеры пластов.

Окончательную сушку готовых пластов материала осуществляют в течение 3 сут при температуре 25°С и относительной влажности 50%.

Испытания физико-механических характеристик готового теплоизоляционного полимерного материала производили в соответствии с ГОСТ 10180-90, ГОСТ 12730.2-78, ГОСТ 12730.3-78.

Проверку санитарно-гигиенических свойств проводили по методике в соответствии с ГОСТ 22648-77, МУ №2158-80 газохромотическим методом РД 5204.186-89.

Примеры различных вариантов теплоизоляционного материала с результатами испытаний сведены в таблицу.

Экспериментальные исследования показали, что у пенопласта, изготовленного из предлагаемого состава, выделение свободного формальдегида в атмосферу уже после первых 5-ти суток его изготовления в 5-6 раз ниже, чем у материала полученного на основе известного состава, выбранного в качестве прототипа. Причем, эмиссия свободного формальдегида из пенопласта независима от его плотности по массе.

Установлено, что достижение нормы ПДК по выделению формальдегида из материала после его сушки происходит в течение 25-35 суток.

Таким образом, заявленный теплоизоляционный полимерный материал нового состава и изготовленный по новому способу имеет улучшенные эксплуатационные (экологические) и физико-технические характеристики за счет повышения регулярности структуры материала, которые, как следствие, позволяют расширить области его применения, т.к. экологичность, упругоэластические свойства, малое водопоглощение и т.д. позволяют использовать материал в жилищном, сельскохозяйственном и промышленном строительстве зданий и сооружений.

Таблица
Примеры пенообразующих составов для получения теплоизоляционного полимерного материала№ составаСодержание компонентов, мас.%Физико-механические характеристикиКФС, ВПС-Г, кгКФС, ВПС-Г, мод. кгПАВ, кгКО, кгМодификаторыВода, лПлотность кг/см²Прочность на сжатие при 10% линейн. деформ. кг/см²Модуль упругости, кг/см²Водопогл., % по объемуСорбционное увлажнение % по массеВыделение формальдегида мг/м³ через 30 сут.ПАА, кгКапралактам кгАГ, кгПФА, кг1.10,5 0,120,80,04   12,510,30,133,112,512ПДК2.12,0 0,120,8 0,025  13,713,30,165,713,76,3ПДК3.18,0 0,120,8  0,005 14,015,50,176,914,07,5ПДК4.24,0 0,120,8   0,03313,8250,3515,813,810,6ПДК5. 13,50,10,4250,04   16,014,20,278,210,17,2ПДК6. 18,50,10,425   0,03319,015,50,2910,69,08,0ПДК7. 20,00,10,425 0,025  20,018,20,3113,87,56,8ПДКПримечание:
КФС - карбамидоформальдегидная смола,
ПАВ - поверхностно-активное вещество,
КО - кислотный отвердитель,
ПАА - полиакриламид-гель «Аммиачный»,
АГ - гексаметилендиаминоадипинат,
ПФА - полифосфат аммония.

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано для изготовления материалов на основе пенопластов для теплоизоляции строительных конструкций в жилищном, сельскохозяйственном и промышленном строительстве. Теплоизоляционный полимерный материал содержит, мас.%: карбамидоформальдегидную смолу 43,8-61,9; в качестве поверхностно-активного вещества - алкилбензолсульфокислоту марки А 0,25-0,5; в качестве кислотного отвердителя - ортофосфорную кислоту 1,05-3,3; модификатор 0,015-0,17; воду 35,6-53,2. В качестве модификатора он содержит полиакриламид-гель "Аммиачный", или полиакриламид, или гексаметилендиаминоадипинат, или капролактам, или полифосфат аммония. Описан способ получения теплоизоляционного полимерного материала. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик пенопласта за счет улучшения регулярности структуры материала, обеспечивающей низкую эмиссию формальдегида в процессе производства и эксплуатации пенопласта, а также улучшение его физико-механических характеристик и расширение области его применения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Теплоизоляционный полимерный материал, содержащий полимер, кислотный отвердитель, поверхностно-активное вещество и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит модификатор, в качестве кислотного отвердителя содержит ортофосфорную кислоту, поверхностно-активного вещества - алкилбензолсульфокислоту марки А, а в качестве полимера содержит карбамидоформальдегидную смолу, полученную нейтрализацией водного раствора формальдегида, конденсацией формальдегида с первой порцией карбамида в среде с переменной кислотностью при нагревании, вакуумной сушкой, доконденсацией со второй и третьей порциями карбамида и проведением процесса в присутствии модифицирующих добавок в виде многоатомного спирта, вводимого перед вакуумной сушкой в количестве 1,5-2,5 мас.ч. на 100 мас.ч. первой порции карбамида и гидроксилсодержащего полимера, вводимого после доконденсации в виде водного раствора в количестве 0,5-3,5 мас.ч. полимера на 100 мас.ч. первой порции карбамида, причем доконденсацию осуществляют постадийно в три и более стадий с введением на последней стадии аммиака до конечного молярного соотношения карбамид: формальдегид: аммиак, равного 1:1,15-1,45:0,1-0,15 соответственно, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбамидоформальдегидная смола43,8-61,9Поверхностно-активное вещество0,25-0,5Кислотный отвердитель1,05-3,3Модификатор0,015-0,17Вода35,6-53,2

Карбамидоформальдегидная смола43,8-61,9Поверхностно-активное вещество0,25-0,5Кислотный отвердитель1,05-3,3Модификатор0,015-0,17Вода35.6-53,2

затем готовый теплоизоляционный полимерный материал укладывают в форму при положительной температуре окружающей среды и производят дополнительное отверждение готового теплоизоляционного полимерного материала в течение 4-6 ч при температуре 15-25°С, после чего осуществляют расформовку залитых форм и резку материала на необходимые размеры пластов, а окончательную сушку готовых пластов материала осуществляют в течение 1-3 суток при температуре 25-45°С и относительной влажности воздуха 50-70%.