КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕСТКИХ ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C08G18/16 C08G18/18 C08G18/30 C08L75/04 

Изобретение относится к химии жестких пенополиуретанов, применяемых в качестве теплоизоляционных материалов, и может быть использовано в различных областях промышленности.

Жесткие пенополиуретаны заливочного типа находят широкое применение в качестве теплоизоляционного материала. Примеры таких применений включают теплоизоляцию трубопроводов различного назначения и резервуаров в промышленных установках, изоляцию холодильников и использование в качестве наружной теплоизоляции и герметизации зданий и сооружений в строительной промышленности.

Известна композиция для получения жесткого пенополиуретана по патенту RU 2010808, МПК C08G 18/18 от 18.03.92 г. на изобретение «Композиция для получения жесткого пенополиуретана», предназначенного для теплоизоляции в различных областях промышленности.

Композиция включает следующие компоненты, мас.ч.:

Простой полиэфир на основе окиси пропилена74-76Оксипропилэтилендиамин24-26Катализатор1,0-1,5Пенорегулятор0,9-1,1Вода2,3-2,8Трихлорфторметан19-21Полиизоцианат160-170

Данная вспененная система имеет низкие плотность и время старта, неоптимальное с позиции обеспечения текучести реакционной массы, необходимой для получения теплоизоляции труб тепловых сетей диаметром до 1020 мм и длиной до 12 м.

Кроме того, в состав композиции включены в качестве вспенивающих добавок вредные с экологической точки зрения галогенированные углеводороды (хладоны), вызывающие эффект истощения озонового слоя Земли.

Известна композиция для получения жесткого пенополиуретана мелкоячеистой закрытопористой структуры по патенту RU 2128676, МПК C08G 18/16, 18/30, C08L 75/04 от 10.04.1999 г. на изобретение «Композиция для получения жесткого пенополиуретана» следующего состава (мас.ч.):

Простой или сложный полиэфир с молекулярной массой 290-5004,6-9,0Вспенивающий агент0,1-10,0Вода2,2-3,4Кремнийорганический пеностабилизатор0,8-0,9Третичный амин1,0-7,0Раствор карбоксилата щелочного металла в гликоле1,5-5,5Трихлорэтилфосфат71-86Гидроокись алюминия0,1-100,0Полиизоцианат148-200

Несмотря на высокий уровень огнестойкости за счет присутствия антипирена, получаемый жесткий пенопласт обладает невысоким уровнем прочностных характеристик.

Наиболее близким к заявляемой композиции по составу и технической сущности является состав жесткого пенополиуретана, представленный в патенте RU 2144545, МПК C08G 18/16, C08G 18/48 от 20.01.2000 г. на изобретение «Способ получения жесткого пенополиуретана», предназначенный для изоляции тепло-, газо- и нефтепроводов, холодильных установок и различных строительных объектов.

Вспененный материал содержит следующие компоненты, мас.ч.:

Оксипропилированная сахароза (Лапрол 564 ЭС)30-50Оксипропилированный глицерин (Лапрол 373)20-30Оксипропилированный этилендиамин (Лапромол 294)30-40Вода1,5-3,0Кремнийорганический пеностабилизатор1,2-1,8Перфторпентан (хладон 141В)2-15Глицидол3-5Полиизоцианат200-280

Для данного жесткого пенополиуретана характерны высокая теплостойкость до 220°С и высокое время старта (32-47 с), позволяющие изготавливать теплоизоляцию труб тепловых сетей, имеющих большие диаметры и длины.

Недостатками известного пенопласта являются недостаточная прочность на сжатие, низкая плотность и высокое водопоглощение, а также использование в качестве вспенивающего агента озоноразрушающего соединения - хладон 141В.

Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание экологически безопасной огнестойкой композиции для получения жесткого пенополиуретана теплоизоляционного назначения, обладающего улучшенными прочностными характеристиками (предел прочности на сжатие), высокой плотностью и низким водопоглощением при сохранении оптимального для формирования равномерной структуры изделия времени старта.

Решение указанной выше задачи достигается за счет того, что композиция для получения жесткого пенополиуретана теплоизоляционного назначения, включающая полиэфирполиолы: оксипропилированную сахарозу, оксипропилированный глицерин, оксипропилированный этилендиамин, воду, катализатор, пеностабилизатор, полиизоцианат, содержит в качестве катализатора диметилэтаноламин, в качестве пеностабилизатора - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров, кроме того, композиция дополнительно содержит полиэфир, представляющий собой смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с, и антипиреновую добавку - три-(β-хлорэтил)фосфат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксипропилированная сахароза6,0-12,0Оксипропилированный глицерин1,5-2,5Оксипропилированный этилендиамин0,1-0,2Вода8,0-12,0Диметилэтаноламин6,0-8,5Поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров6,0-8,0Полиэфир, представляющий собой смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с,4,0-6,0Три-(β-хлорэтил)фосфат8,0-12,0Полиизоцианатостальное

В составе заявляемой композиции для получения жестких пенополиуретанов используются несколько полиэфирполиолов, отличающихся содержанием гидроксильных групп и значениями по вязкости. Это следующие коммерческие продукты:

- оксипропилированный этилендиамин - продукт взаимодействия окиси пропилена с водным раствором этилендиамина, обладающий гидроксильным числом в пределах 729-800 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 50°С в пределах 1500-2000 мПа·с - Лапромол 294 (ТУ 226-010-10488057-94);

- оксипропилированный глицерин - простой полиэфир молекулярной массой 370±20, получаемый щелочной полимеризацией окиси пропилена и глицерина с последующей фосфатно-сорбентной очисткой, обладающий гидроксильным числом 480 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 400-500 мПа·с - Лапрол 373 (ТУ 2226-017-10488057-94);

- оксипропилированная сахароза: 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 - Полиур А-01 (ТУ 2226-478-05763441-2005) или

простой полиэфир, получаемый щелочной полимеризацией окиси пропилена на сахарозной стартовой системе с последующей очисткой, обладающий гидроксильным числом в пределах 465-515 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 7500-11500 мПа·с - Лапрол ЭС-564 (ТУ 2226-019-10488057-94);

- полиэфир, представляющий собой смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с, - Полиур АЗ-20 марки А (ТУ 2226-151-04691277-96).

Для придания получаемым жестким пенополиуретанам теплоизоляционного назначения огнестойких свойств в состав композиции по предлагаемому изобретению вводится антипирен (огнегасящая добавка) - трис-(β-хлорэтил)фосфат (ТХЭФ) (ТУ 2493-319-05763441-2000), представляющий собой полный эфир ортофосфорной кислоты и этиленхлоргидрина, также обладающий пластифицирующими функциями.

Для стабилизации ячеистой структуры в процессе вспенивания используется в заявляемой композиции пеностабилизатор - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров - Пента 483 (ТУ 2483-026-40245042-2004).

Использование воды в качестве химического порообразователя (вспенивателя) является наиболее подходящим компонентом, обеспечивающим процесс образования полиуретановой пены. Вода (любого ГОСТа) взаимодействует с изоцианатными группами в соответствии с реакцией между NCO и Н₂О, в результате которой высвобождается диоксид углерода, вызывающий вспенивание.

Для обеспечения оптимальных характеристик процесса вспенивания (время старта) в состав композиции по предлагаемому изобретению вводится диметилэтаноламин (ТУ 6-02-1086-91), получаемый оксиэтилированием вторичного амина.

В качестве полиизоцианата используется наиболее подходящий ароматический полиизоцианат по ТУ 113-03-38-106 - полимерный 4,4'-дифенилметандиизоцианат (МДИ) или импортные аналоги марок Миллионат MR 200, Супрасек 5005, Лупранат М 20S, Десмодур 44V20L, а также смеси МДИ с ди-, три-, тетра- и более высокими изоцианатами, применяемые в производстве жестких пенополиуретанов в качестве основного компонента Б.

Для получения жесткого пенополиуретана необходимо иметь смесь из каталитической (активаторной) смеси, полиолового (А) и полиизоцианатного (Б) компонентов.

Полиоловую композицию получают путем смешения Лапромола 294, Полиура А-01 или Лапрола ЭС-564, Лапрола 373, Полиура АЗ-20 и антипирена в реакторе при атмосферном давлении без использования обогрева в течение 30 минут.

Изготовление активаторной композиции происходит при смешении всех активных добавок (катализатора, вспенивателя, пеностабилизатора) также в реакторе при атмосферном давлении без использования обогрева в течение 30 минут. Каталитическую смесь вводят в компонент А при непосредственном использовании, а затем компоненты А и Б перемешиваются с образованием в итоге вспененного материала.

Заявляемые пределы соотношений между компонентами композиции определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения получения жесткого пенополиуретанового изделия теплоизоляционного назначения, обладающего превосходными эксплуатационными характеристиками.

Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется нижеприведенными экспериментальными данными.

В табл.1 приведены рецептуры заявляемой и взятой за прототип композиции, а в табл.2 - характеристики жестких пенополиуретанов, полученных на основе заявляемых смесей, в сравнении с прототипом.

Для сравнения аналогичные испытания проводились для композиции по прототипу.

Из табл.1 и 2 видно, что по показателям «плотность», «водопоглощение» и «предел прочности на сжатие» заявляемая композиция превосходит известный состав, т.е. предлагаемое изобретение решает поставленную задачу.

Таким образом, заявляемая экологически безопасная огнестойкая композиция позволяет получить высокие прочностные показатели конечного жесткого пенопласта и необходимый согласно требованиям к теплоизоляционным материалам (ГОСТ 30732-2001) уровень плотности, водопоглощения при сохранении оптимального времени старта, достаточного для формирования вспененного изделия с равномерной плотностью в объеме и хорошей внешней поверхностью.

Таблица 1Компоненты композицииСодержание в составе, % (массовая доля)Прототип, мас.ч.Примеры конкретного выполнения123Оксипропилированная сахароза30-506,08,012,0Оксипропилированный глицерин20-302,51,91,5Оксипропилированный этилендиамин30-400,20,150,1Полиэфир, представляющий собой смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с-4,05,06,0Кремнийорганический пеностабилизатор1,2-1,8---Поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров-6,07,08,0Вода1,5-3,012,010,08,0Глицидол3-5---Диметилэтаноламин-6,07,48,5Три-(β-хлорэтил)фосфат-8,09,012,0Перфторпентан (хладон 141В)2-15---Полиизоцианат200-28055,351,5543,9

Таблица 2Свойства жестких пенополиуретановых изделийПрототипСоставы из табл.1, по примерам123Плотность, кг/м³38-6788,088,090,0Время старта, с37-42364038Предел прочности при сжатии, МПа0,28-0,610,620,70,6Водопоглощение при кипячении в течение 90 мин, %22-8-

Изобретение относится к химии жестких пенополиуретанов, применяемых в качестве теплоизоляционных материалов и может быть использовано в различных областях промышленности. Композиция включает оксипропилированную сахарозу, оксипропилированный глицерин, оксипропилированный этилендиамин, вспенивающий агент-воду, катализатор - диметилэтаноламин, пеностабилизатор - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров, полиизоцианат, дополнительно содержит полиэфир, представляющий собой смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с, и антипиреновую добавку - три-(β-хлорэтил)фосфат. Полученный пенополиуретан обладает улучшенными прочностными характеристиками, высокой плотностью и низким водопоглощением при сохранении оптимального для формирования равномерной структуры изделия времени старта. 2 табл.

Композиция для получения жесткого пенополиуретана теплоизоляционного назначения, включающая полиэфирполиолы: оксипропилированную сахарозу, оксипропилированный глицерин, оксипропилированный этилендиамин, вспенивающий агент - воду, катализатор, пеностабилизатор, полиизоцианат, отличающаяся тем, что в качестве катализатора содержит диметилэтаноламин, в качестве пеностабилизатора - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров, кроме того, композиция дополнительно содержит полиэфир, представляющий из себя смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-462 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с, и антипиреновую добавку - три-(β-хлорэтил)фосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксипропилированная сахароза6,0-12,0оксипропилированный глицерин1,5-2,5оксипропилированный этилендиамин0,1-0,2вода8,0-12,0диметилэтаноламин6,0-8,5поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров6,0-8,0полиэфир, представляющий из себя смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-462 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с4,0-6,0антипиреновая добавка - три-(β-хлорэтил)фосфат8,0-12,0полиизоцианатостальное