КОМПОЗИЦИЯ В ВИДЕ СОДЕРЖАЩЕЙ ЛИГНИН ДИСПЕРСИИ, СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ Российский патент 2017 года по МПК C08L97/02 C08G18/00 C08G18/40 C08H7/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к композиции в виде дисперсии, способу изготовления вышеуказанной композиции и ее использованию в различных областях практических применений, таких как адгезивы, связующие, литые изделия, пенопласты (такие как жесткие полиуретановые и полиизоциануратные пенопласты для теплоизоляции в холодильниках и морозильниках и для практических применений, связанных со строительством зданий и сооружений, полужесткие полиуретановые пенопласты, наносимые распылением пен пенопласты, эластичные полиуретановые пенопласты, получаемые формованием, а также ламинированием, мелкопористые пенопласты и вязкоэластичные пенопласты), наполнители, клеи, герметики, эластомеры и резины.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу изготовления пенопласта и применению такого пенопласта.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последние годы лигнин и продукты на основе лигнина становятся все в возрастающей степени важными для поиска надежных альтернатив существующим в настоящее время продуктам на основе минеральных масел, которые, как известно, оказывают отрицательное влияние на экологический баланс нашего мира. Важная область, которая получила внимание в этом контексте, заключается в использовании лигнина в качестве армирующих наполнителей для множества полимерных материалов, таких, например, как резины, сетчатые структуры на основе эпоксидов и уретанов, а также полимеры.

В дополнение к этому в патенте US 3223697 раскрыты порошки лигнина, а в патенте US 5008378 раскрыты дисперсии лигнина. Кроме того, в патенте CN 1462760 раскрыт лигнин-полиуретановый пенопласт, а в патенте JP 2011-184643 описан пенопласт, для получения которого использовали вещество на основе лигнина.

Однако ни в каком из этих документов не раскрыты дисперсии лигнина, размер частиц которых позволяет использовать вышеуказанные дисперсии в эффективном методе включения таких частиц в реактопласт и термопластичные промышленные продукты, в которых лигнин может оказывать желаемые эффекты в качестве части полимерной основы таких продуктов.

Помимо всего прочего, также существует потребность в простом, малозатратном способе производства частиц лигнина субмикронного и/или нанометрового размера, которые пригодны для производства множества промышленных продуктов, в которых такие порошки могут являться эффективными.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение решает одну или несколько вышеуказанных проблем, предоставляя согласно первому аспекту композицию в виде дисперсии, содержащей один или несколько диспергирующих веществ и лигнин, предпочтительно щелочной лигнин, в которой средний размер частиц вышеуказанного лигнина составляет от примерно 100 нм до примерно 2000 нм, предпочтительно находится в диапазоне от примерно 100 до примерно 1000 нм, наиболее предпочтительно составляет от примерно 200 до примерно 600 нм, и в которой вышеуказанные диспергирующие вещества обладают параметром растворимости от примерно 18 до примерно 30 MПа^1/2 и вязкостью от примерно 15 мПас до примерно 20000 мПас, желательнее от примерно 15 мПас до примерно 10000 мПас, особенно предпочтительно от примерно 20 мПас до примерно 1000 мПас, наиболее предпочтительно от примерно 20 мПас до примерно 500 мПас. Значения параметров растворимости и вязкости измеряют или рассчитывают при комнатной температуре.

Согласно второму аспекту настоящее изобретение также предоставляет применение композиции согласно первому аспекту при изготовлении пенопластов, резин, адгезивов, активных наполнителей или для использования в качестве наполнителя. Вышеуказанную дисперсию можно, например, использовать при производстве электроприборов (таких как бытовые электроприборы, например, холодильники и морозильники) или при практических применениях, связанных со строительством зданий и сооружений. Кроме того, ее можно использовать при практических применениях, при которых необходима теплоизоляция, таких как для холодильников и морозильников. Ее можно также использовать в области пен и пенопластов (таких как пенораспыленные панели с жесткими и гибкими покрытиями, получаемые двухслойным ламинированием, несплошные панели, блочные пенопласты, поропласты и пенопласты для изоляции труб). В случае этих последних панелей пенопласты могут являться пенопластами полиуретанового или полиизоциануратного типа. Кроме того, вышеуказанные дисперсии можно использовать при производстве мелкопористых пенопластов и вязкоупругих пенопластов, гибких блоков и гибких формованных полиуретановых пенопластов, таких как пенопласты, применяемые при практических применениях, связанных с производством матрацев, мебели, обуви (например, подошв обуви), и практических применениях, связанных с производством автомобилей. Вышеуказанные дисперсии также можно использовать при производстве композитов, покрытий, связующих, герметиков, резин, адгезивов, активных наполнителей или их можно применять в качестве наполнителей. Кроме того, вышеуказанные дисперсии можно применять в качестве активных наполнителей/наполнителей при отливках полимеров, таких как эпоксидная отливка или полиолефиновая отливка.

Согласно третьему аспекту настоящее изобретение также предоставляет способ изготовления композиции в виде дисперсии согласно первому аспекту, включающий в себя приведенные ниже стадии:

i) предоставление лигнина, предпочтительно щелочного лигнина,

ii) добавление одного полиола или смеси полиолов, и

iii) смешение вышеуказанных компонентов, предоставляя таким образом вышеуказанную композицию.

Согласно четвертому аспекту настоящее изобретение также предоставляет композицию в виде дисперсии, получаемой способом согласно третьему аспекту.

Согласно пятому аспекту настоящее изобретение также предоставляет способ изготовления пенопласта, включающий в себя приведенные ниже стадии:

a) предоставление композиции согласно первому или четвертому аспекту,

b) введение одного или нескольких вспенивающих реагентов в вышеуказанную композицию,

c) в некоторых случаях введение одной или нескольких добавок,

d) введение в вышеуказанную композицию изоцианата,

e) перемешивание смеси, полученной на стадии d), и

f) перенос перемешанной на стадии e) смеси в литейную форму для получения пенопласта непрерывно или с перерывами (т. е. периодическим образом).

Согласно шестому аспекту настоящее изобретение предоставляет также пенопласт, получаемый способом согласно пятому аспекту.

Согласно седьмому аспекту настоящее изобретение также предоставляет применение пенопластов согласно пятому аспекту. Вышеуказанный пенопласт можно использовать при строительстве зданий и сооружений, в электроприборах (таких как бытовые электроприборы, например, холодильники и морозильники), для теплоизоляции, для практических применений, связанных с производством автомобилей, или практических применений, связанных с производством мебели или матрацев. Кроме того, его можно использовать при практических применениях, при которых необходима теплоизоляция, как в холодильниках и морозильниках, для пенораспыленных панелей с жесткими и гибкими поверхностями, получаемых двухслойным ламинированием, несплошных панелей, блочных пенопластов, поропластов и пенопластов для изоляции труб. В случае этих последних панелей пенопласты могут являться пенопластами полиуретанового или полиизоциануратного типа. Как упомянуто, вышеуказанные пенопласты можно также применять при практических применениях, связанных с производством матрацев, мебели и автомобилей (например, для изготовления автомобильных сидений). Кроме того, вышеуказанные пенопласты можно использовать при производстве обуви (например, для изготовления подошв обуви).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На всем протяжении настоящего описания подразумевают, что выражение «лигнин» охватывает собой любой лигнин, который можно применять для изготовления дисперсий. Предпочтительно, чтобы лигнин представлял собой щелочной лигнин. Он может являться, например, крафт-лигнином. Предпочтительно, чтобы такой лигнин можно было получить, используя процесс, раскрытый в патенте EP 1794363.

На всем протяжении настоящего описания подразумевают, что выражение «изоцианат» охватывает собой любое изоцианатное соединение, подходящее для использования при практических применениях, связанных с пенопластами. Такой изоцианат может представлять собой мономерный диизоцианат, полимерный изоцианат либо он также может являться изоцианатным форполимером.

На всем протяжении настоящего описания подразумевают, что выражение «субмикронный» охватывает собой все что угодно с размерами менее 2000 нм и вплоть до 1 нм.

На всем протяжении настоящего описания подразумевают, что выражение «препятствующее возгоранию вещество» охватывает собой любое препятствующее возгоранию вещество, пригодное для практических применений, связанных с пенопластами или наполнителями. Такое препятствующее возгоранию вещество может представлять собой жидкие фосфорорганические, галогенорганические и галогенированные фосфорорганические, препятствующие возгоранию вещества. TCPP и DEEP являются предпочтительными примерами.

На всем протяжении настоящего описания подразумевают, что выражение «литейная форма» охватывает собой любую литейную форму, которую можно использовать при изготовлении жестких пенопластов. Вышеуказанная литейная форма может, например, представлять собой литейную форму для получаемых в реакционной смеси пенопластов (при помощи которой можно применять технологию распыления для подачи материала, который необходимо сформовать; это представляет собой периодическую технологию), литейную форму для получения блока (что можно осуществлять как периодически, так и непрерывно), литейную форму для изготовления изоляционной панели (что можно осуществлять как периодически, так и непрерывно), двухслойный ламинатор (например, для изготовления сэндвичеобразных панелей с металлическим покрытием; это представляет собой также непрерывную технологию). Вышеупомянутые технологии также описаны в книге «The polyurethane book», 2010, под редакцией Дэвида Рэндалла (David Randall) и Стива Ли (Steve Lee).

На всем протяжении настоящего описания предполагается, что термин «параметр растворимости» относится к свойству, представляемому δ, применяемой в области органической, физической и полимерной химии для описания растворимости органических соединений в других органических соединениях или растворителях. Параметр δ рассчитывают по данным о вкладах фрагментов, опубликованных в данной области техники. (См., например, справочник «Handbook of Solubility Parameters and other Cohesion Parameters», Barten, A., CRC Press, Florida (1984) и книгу «Properties of Polymers: their Estimation and Correlation with Chemical Structure», van Krevelen, D. W.; Hoftijzer, P. J., Elsevier, Amsterdam, 2nd edn (1976))

Согласно предпочтительному варианту осуществления первого аспекта данного изобретения вышеуказанный лигнин представляет собой крафт-лигнин.

Согласно предпочтительному варианту осуществления первого аспекта данного изобретения вышеуказанное диспергирующее вещество представляет собой полиол, предпочтительно этиленгликоль или полиэтиленгликоль либо их комбинацию, наиболее предпочтительно выбираемый из группы, состоящей из PEG (полиэтиленгликоль), DEG (диэтиленгликоль), TEG (триэтиленгликоль) и MEG (моноэтиленгликоль) или их комбинаций.

Согласно предпочтительному варианту осуществления первого аспекта данного изобретения такой полиол представляет собой PEG и предпочтительно, чтобы молекулярная масса этого PEG составляла от примерно 100 до примерно 5000, особенно предпочтительно от примерно 100 до примерно 600, наиболее предпочтительно примерно 400.

Согласно предпочтительному варианту осуществления первого аспекта данного изобретения вышеуказанный полиол представляет собой смесь различных PEG, в случае чего предпочтительно, чтобы вышеуказанная смесь содержала один PEG с молекулярной массой примерно 400 и один PEG с молекулярной массой примерно 600.

Согласно предпочтительному варианту осуществления первого аспекта данного изобретения предлагается, что вышеуказанная композиция также содержит один или несколько алканоламинов, таких как этаноламин, диэтаноламин, пропаноламин, моноэтаноламин (MEA) или их комбинаций, предпочтительно, когда она содержит MEA.

Согласно предпочтительному варианту осуществления первого аспекта данного изобретения предлагается композиция, также содержащая один или несколько препятствующих возгоранию веществ, предпочтительно TCPP (трис(1-хлор-2-пропил)фосфат) или DEEP (диэтилэтилфосфонат) или комбинацию обоих.

Согласно предпочтительному варианту осуществления третьего аспекта данного изобретения одно или несколько препятствующих возгоранию веществ добавляют до смешения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления третьего аспекта данного изобретения вышеуказанное смешение представляет собой высокосдвиговое смешение, по меньшей мере, примерно со скоростью 1000 об/мин, предпочтительно, по меньшей мере, примерно со скоростью 5000 об/мин, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, примерно со скоростью 20000 об/мин.

Согласно предпочтительному варианту осуществления пятого аспекта данного изобретения вышеуказанную одну или несколько добавок можно выбирать из группы, состоящей из одного или нескольких поверхностно-активных веществ, предпочтительно одного или нескольких полидиметилсилоксановых сополимеров (таких как PDMS), одного или нескольких полиуретановых катализаторов, предпочтительно одного или нескольких третичных аминов либо одного или нескольких триаминов, одного или нескольких препятствующих возгоранию веществ, либо их комбинаций.

Согласно предпочтительному варианту осуществления пятого аспекта данного изобретения до добавления вышеуказанного одного или нескольких вспенивающих реагентов вводят одно или несколько гидроксилсодержащих соединений и/или один либо несколько катализаторов; предпочтительно, когда вводят один или несколько сложнополиэфирных полиолов и/или один либо несколько простополиэфирных полиолов и тримерный катализатор (такой как октаноат щелочного металла) в качестве катализатора.

Согласно предпочтительному варианту осуществления пятого аспекта данного изобретения вышеуказанный один или несколько вспенивающих реагентов представляют собой одно или несколько углеводородных соединений либо другие вспенивающие реагенты, известные в данной области техники, предпочтительно выбираемые из числа н-пентана, изопентана и циклопентена или их комбинации.

Как описано выше в одном предпочтительном варианте осуществления, настоящее изобретение относится к устойчивым субмикронным дисперсиям крафт-лигнина в подходящих неводных жидких диспергирующих веществах и способу их изготовления.

Как описано выше, настоящее изобретение также предоставляет готовую к использованию жидкую композицию, включающую в себя субмикронные дисперсии крафт-лигнина в неводных диспергирующих веществах, которые поддаются стадиям дальнейшей переработки с целью получения конечных продуктов без необходимости осуществления дополнительного манипулирования с твердыми веществами и утомительного смачивания твердого вещества жидкостью, а также процедур смешения.

Таким образом, согласно предпочтительным вариантам осуществления, описанным выше, настоящее изобретение предоставляет нижеследующее:

- относительно простой процесс смешения, в результате которого для получения дисперсии крафт-лигнин смешивают при достаточных скоростях сдвига с подходящими диспергирующими веществами,

- эти диспергирующие вещества характеризуют исключительно их вязкостью и параметрами растворимости, что позволяет приспособить их к предполагаемому производственному процессу, в результате которого частицы лигнина включают в требуемый конечный продукт,

- включенные частицы лигнина преимущественно обладают субмикронным и/или нанометровым размером, что делает их как участников производственного процесса, приводящего к конечному продукту, эффективными.

Таким образом, согласно третьему аспекту данного изобретения вышеуказанный способ предлагает эти частицы в виде неводной дисперсии, которая совместима с веществами, принимающими участие в требуемом производственном процессе.

Предпочтительные отличительные черты каждого аспекта данного изобретения задают, как для каждого из остальных аспектов с учетом соответствующих изменений. Документы предшествующего уровня техники, упомянутые в данном документе, включены в наиполнейшей степени, позволяемой законом. Данное изобретение дополнительно описано в приведенных ниже примерах совместно с прилагаемыми чертежами, что никоим образом не ограничивает объем данного изобретения. Как упомянуто, варианты осуществления настоящего изобретения описаны в подробностях с помощью примеров вариантов осуществления вместе с прилагаемыми чертежами, единственная цель которых заключается в иллюстрации изобретения, и подразумевают, что они никоим образом не ограничивают его объем.

ЧЕРТЕЖИ

На фиг. 1 представлено распределение размеров частиц по интенсивности для крафт-лигнина, диспергированного в этиленгликоле.

На фиг. 2 представлено распределение размеров частиц по интенсивности для крафт-лигнина, диспергированного в полиэтиленгликоле 400.

На фиг. 3 представлено распределение размеров частиц по интенсивности для крафт-лигнина, диспергированного в полиэтиленгликоле 600.

На фиг. 4 представлено распределение размеров частиц по интенсивности для крафт-лигнина, диспергированного в 1-гексанольном супернатанте.

ПРИМЕРЫ

ПРИМЕР 1

Дисперсии с 5, 10 и 15% вес./вес. содержанием крафт-лигнина в этиленгликоле получали с помощью диспергатора Heidolph DIAX 900, функционирующего при двух скоростях: вначале при скорости 18800 об/мин, по меньшей мере, в течение 1 минуты для диспергирования сухого лигнина, после чего в течение 1 минуты при скорости 25000 об/мин для обеспечения максимальной диспергируемости. Образцы, отобранные из этих дисперсий, разбавляли примерно в 50 раз до проведения измерений по определению размера частиц и распределения частиц по размерам с помощью прибора Malvern Zetasizer Nano ZS. Этот прибор измеряет коэффициенты диффузии частиц, перемещающихся в результате Броуновского движения, и преобразовывает их в размер и распределение по размерам, используя соотношение Стокса-Эйнштейна (Stokes-Einstein). Каждый образец сканировали 3-5 раз. Типичный результат при 10% вес./вес. содержании, представленный на фиг. 1, показывает большие флуктуации, свидетельствующие о протекании процесса непрерывной агломерации и деагломерации между частицами. Такое поведение в общих чертах классифицировано как «класс 1» в таблице 1. Для каждого образца средние диаметры частиц рассчитывали путем взвешенного усреднения всех измеренных распределений по интенсивности каждого сканирования, как показано в таблице 1, в которой также представлены значения среднего диаметра, усредненные по всем образцам.

ПРИМЕР 2

Дисперсии с 5, 10 и 15% вес./вес. содержанием крафт-лигнина в диэтиленгликоле получали по методике, описанной в примере 1. Размеры частиц и их распределения флуктуировали, как и в примере 1. Классификация и значения средних диаметров частиц приведены в таблице 1.

ПРИМЕР 3

Дисперсии с 5, 10 и 15% вес./вес. содержанием крафт-лигнина в полиэтиленгликоле 200 получали по методике, описанной в примере 1. Размеры частиц и их распределения флуктуировали, как и в примере 1. Классификация и значения средних диаметров частиц приведены в таблице 1.

ПРИМЕР 4

Дисперсии с 5, 10 и 15% вес./вес. содержанием крафт-лигнина в полиэтиленгликоле 400 получали по методике, описанной в примере 1. Размеры частиц и их распределения проявляли бимодальный характер, который показан на фиг. 2. Такое поведение классифицировано, как «класс 2» в таблице 1, в которой также представлены значения средних диаметров частиц.

ПРИМЕР 5

Дисперсии с 5, 10 и 15% вес./вес. содержанием крафт-лигнина в полиэтиленгликоле 600 получали по методике, описанной в примере 1. Размеры частиц и их распределения проявляли унимодальный характер, который показан на фиг. 3. Такое поведение классифицировано, как «класс 3» в таблице 1, в которой также представлены значения средних диаметров частиц.

ПРИМЕР 6

Дисперсии с 5 и 10% вес./вес. содержанием крафт-лигнина в этаноламине получали по методике, описанной в примере 1. Размеры частиц и их распределения проявляли унимодальный характер, который классифицирован соответствующим образом в таблице 1, в которой также представлены значения средних диаметров частиц.

ПРИМЕР 7

Дисперсии с 5, 10 и 15% вес./вес. содержанием крафт-лигнина в Voranol™ P1010 (пропиленгликоль с молекулярной массой 1000 от фирмы Dow Chemical Company) получали по методике, описанной в примере 1. Размеры частиц и их распределения не могли быть определены вследствие мутности данных дисперсий, вызванной медленным осаждением лигнина. Такое поведение классифицировано, как «класс 4» в таблице 1.

ПРИМЕР 8

Дисперсии с 5 и 10% вес./вес. содержанием крафт-лигнина в 1-гексаноле получали по методике, описанной в примере 1. Размеры частиц и их распределения не могли быть определены вследствие мутности данных дисперсий, вызванной быстрым осаждением («класс 4» в таблице 1). После осаждения оставался окрашенный супернатант, который исследовали без дальнейшего разбавления. Результат представлен на фиг. 4, на котором наблюдают частицы с очень большими размерами, находящимися за пределами предела детекции прибора.

ПРИМЕР 9

Дисперсии с 5 и 10% вес./вес. содержанием крафт-лигнина в циклопентане получали по методике, описанной в примере 1. Размеры частиц и их распределения не могли быть определены вследствие мутности данных дисперсий, вызванной быстрым осаждением («класс 4» в таблице 1). После осаждения оставался прозрачный супернатант, который исследовали без дальнейшего разбавления, однако частицы не удалось детектировать.

В таблице 1 обобщены все данные, включая полученные из литературы или от поставщиков вязкости диспергирующих веществ. Параметры растворимости получали из справочника «Handbook of solubility parameters and other cohesion parameters» А. Ф. М. Бартона (A. F. M. Barton), (CRC Press Inc., 1983) или рассчитывали из значений для молекулярных фрагментов, используя способ Хой-ван Кревелена (Hoy-van Krevelen), как описано в том же справочнике.

Таблица 1
Обобщенные данные из примера. Обозначение: l = значение Бартона (Barton), 2 = рассчитанное способом Хой-ван Кревелена (Hoy-van Krevelen) Диспергирующее вещество Параметр растворимости (МПа^1/2) Вязкость (мПас) Количество испытанных образцов Класс Средний диаметр в опыте (нм) Общий средний диаметр (нм) Этиленгликоль 29,90¹ 16,1 3 1 702, 837, 1504 1014 Диэтиленгликоль 28,65¹ 30,2 3 1 866, 990,1440 1099 Полиэтиленгликоль 200 22,67² 50,0 3 1 403, 302, 332 346 Полиэтиленгликоль 400 20,56² 91,0 4 2 351, 332, 207, 148 260 Полиэтиленгликоль 600 19,88² 135,0 2 3 422, 427 425 Этаноламин 27,54¹ 21,1 2 3 440, 488 444 Voranol™ P1010 17,40² 150,0 3 4 >1000 (3x) н. о. 1-гексанол 18,91¹ 4,58 2 4 >1000 (2x) н. о. Циклопентан 16,57¹ 0,416 2 4 >1000 (2x) н. о.

Этиленгликоль (или моноэтиленгликоль (MEG)) получали от фирмы ABCR Chemicals.

Этаноламин, 2-аминоэтанол или моноэтаноламин (MEA) получали от фирмы Riedel-de Haen.

Диэтиленгликоль (DEG) получали от фирмы Merck.

Полиэтиленгликоль 200 (PEG200 или E200) получали от фирмы Merck (см. PEG 400 и PEG 600 ниже).

1-гексанол получали от фирмы Fluka Chemicals.

ПРИМЕРЫ ПОЛИИЗОЦИАНУРАТНЫХ ПЕНОПЛАСТОВ

Применимость данного изобретения продемонстрирована далее примерами 10-17, включающими в себя приготовление полиизоциануратных пенопластов посредством пенообразования смешением вручную (которое, таким образом, представляло собой не непрерывный, периодический, процесс). В этой связи лигнинсодержащие полиольные композиции получали, взвешивая требуемое количество лигнина в картонном стакане, добавляя выбранное диспергирующее вещество, после чего вводили все другие полиольные компоненты и добавки за исключением вспенивающего(их) реагента(ов). Затем такую смесь диспергировали с помощью диспергатора Heidolph DIAX 900, который функционировал при двух скоростях: вначале при скорости 18800 об/мин, по меньшей мере, в течение 1 минуты для диспергирования сухого лигнина, после чего, по меньшей мере, в течение 1 минуты при скорости 25000 об/мин для обеспечения максимальной диспергируемости. Вспенивающий реагент всегда добавляли последним, используя мешалку фирмы Heidolph, описанную ниже, прямо перед смешением полиольной смеси с Lupranat M20S от фирмы BASF, который неизменно использовали в качестве PMDI.

Пенопласты ручного смешения получали, как описано ниже, используя мешалку Heidolph lab., оснащенную таймером и счетчиком угловой скорости. После приготовления полиольных смесей в картонном стакане в этот стакан наливали взвешенное количество Lupranat M20S. Затем данную смесь перемешивали в течение 10 секунд со скоростью 4000 об/мин, после чего реакционную массу наливали в картонную коробку 20×20×20 см³, где ей предоставляли возможность свободно подняться и отвердеть. Зародышеобразование регистрировали обычным способом, визуально инспектируя переход в сметанообразную массу в коробке (время перехода в сметанообразную массу). Полностью затвердевший пенопласт затем зондировали одноразовым (деревянным) шпателем, чтобы проверить, образуются ли нити в пенообразующей массе. Промежуток времени, соответствующий появлению первых нитей, регистрировали как «время нитеобразования». Наконец тот же шпатель использовали, чтобы испытать «липкость» полностью поднявшейся пены. Промежуток времени, соответствующий первому моменту исчезновения липкости, регистрировали как «время отверждения до отлипа». Полиизоциануратные (PIR) пенопласты выбирали в качестве первоочередной цели для демонстрации возможностей данного изобретения, которое, однако, не ограничено этим конкретным практическим применением.

Плотность сердцевины пенопласта определяли на восьми образцах 5×5×5 см³, вырезанных из центральной кубической части 10×10×10 см³ пенопласта, усредняя их по соотношению масса:объем. Коррекции на плавучесть не осуществляли. Прочность на сжатие определяли аналогичным образом на тех же образцах, усредняя по четырем перпендикулярным подъему и четырем параллельным подъему измерениям, на приборе Zwick 1425 Dynamic Mechanical tester при скорости 5 мм/мин. Выражаемое в кПа усредненное давление, необходимое для сжатия образцов на 10%, регистрировали как прочность пенопласта на сжатие. Использованные рецептуры приведены в таблице 1, где полиэтиленгликоль 400 или его смеси с полиэтиленгликолем 600 неизменно использовали в качестве диспергирующего вещества для лигнина. Детали рецептур, включая разнообразные полиолы, добавки и углеводородные вспенивающие реагенты, указаны в таблице 2 вместе с данными для контрольной рецептуры, не содержащей лигнин. Реакционные способности, плотности сердцевины и эксплуатационные характеристики в отношении прочности на сжатие для этих пенопластов приведены в таблице 3. Они демонстрируют, что, используя лигниновые дисперсии по данному изобретению, можно изготовить PIR пенопласты с превосходными свойствами.

Lupraphen^® 8007 представляет собой дифункциональный сложнополиэфирный полиол на основе дикарбоновой кислоты. Поставщиком являлась фирма BASF.

Stepanpol 2402 B представляет собой дифункциональный сложнополиэфирный полиол на основе дикарбоновой кислоты. Поставщиком являлась фирма Stepan.

Лигнин представлял собой крафт-лигнин, получаемый не из внешних источников.

Полиэтиленгликоль PEG 400 представлял собой Pluriol^® E 400, и поставщиком являлась фирма BASF.

Полиэтиленгликоль PEG 600 представлял собой Pluriol^® E 600, и поставщиком являлась фирма BASF.

KOSMOS^® 75 MEG представлял собой используемый при изготовлении пенопластов катализатор, обладающей средней вязкостью. Он состоит из октаноата калия, растворенного в этиленгликоле. Поставщиком являлась фирма Evonik Industries AG.

TEGOAMIN^® PMDETA (пентаметилдиэтилентриамин) получали от фирмы Evonik Industries AG.

TEGOAMIN^® DMCHA (N,N-диметилциклогексиламин) также получали от фирмы Evonik Industries AG.

TEGOSTAB^® B 8491 представляет собой устойчивый к гидролизу простополиэфирный полидиметилсилоксановый сополимер. Поставщиком являлась фирма Evonik Industries AG.

TCPP (торговое наименование) представляет собой трис(l-хлор-2-пропил)фосфат и поставщиком являлась фирма ICL, у которой для вышеуказанного соединения существует торговое наименование Fyrol^® PCF.

Lupranat^® M 20 S представляет собой не содержащий растворителя продукт на основе 4,4^'-дифенилметандиизоцианата (MDI) с высокофункциональными олигомерами и изомерами. Поставщиком являлась фирма BASF.

Циклопентан и н-пентан получали от фирмы Alfa Aesar.

Таблица 2
Лигнинсодержащие рецептуры для полиизоциануратных пенопластов Номер примера 10 11 12 13 14 15 16 17 % вес./вес. лигнина в полиоле 12,6 9,9 14,5 5,0 5,0 15,5 15,5 7,6 % вес./вес. лигнина в диспергирующем веществе 21,2 17,0 24,6 64,0 63,8 69,9 69,9 17,0 Полиолы+ Lupraphen 8007 34,04 34,04 33,96 75,40 75,22 60,84 60,78 OH cpds Stepanpol 2402 B 43,78 TL018 10,51 8,08 12,04 4,09 4,05 12,09 12,09 6,00 PEG400 26,00 26,10 24,36 2,30 2,30 5,21 5,20 29,20 PEG600 13,06 13,32 12,46 H₂O 0,72 0,71 0,73 0,75 0,73 0,75 0,72 0,75 Kosmos 75 MEG 2,40 2,39 2,42 2,39 2,41 2,44 2,60 2,40 Добав-ки Tegoamin PMDETA 0,20 0,18 0,17 0,16 0,17 0,16 0,17 0,14 Tegoamin DMCHA 0,31 0,15 0,15 0,52 0,52 0,13 Tegostab B8491 1,81 1,88 1,87 1,62 1,60 1,64 1,68 1,79 TCCP 16,02 16,04 16,02 15,96 16,00 16,01 16,03 17,12 Вспенивающие реагенты н-пентан 17,69 13,73 13,84 6,84 4,55 6,68 4,53 6,86 Циклопентан 6,84 4,55 6,68 4,53 6,86 pMDI Lupranate M20S 156,79 128,71 155,56 158,37 160,77 159,2 159,82 157,54 Изоцианатный индекс 2,63 2,18 2,64 2,63 2,69 2,83 2,85 2,60

Таблица 3
Физические свойства лигнинсодержащих полиизоциануратных пен Номер примера 10 11 12 13 14 15 16 17 Время перехода в сметанообразную массу (с) 14 <10 24 8 7 8 9 9 Время нитеобразования (с) 22 40 108 64 18 22 31 31 Время отверждения до отлипа (с) 36 ? ? 106 25 27 45 45 Плотность сердцевины (г/л) 26,8 30,0 30,1 29,1 37,8 29,7 35,7 Прочность на сжатие // (кПа) 162 202 199 228 309 214 261

Прочность на сжатие ⊥ (кПа) 56 57 56 73 108 74 104 Лямбда (10°С, мВт/мК) 23,85 Высота пламени DIN 4102 B2 (см) 10,50

Реакционные способности, плотности сердцевины, эксплуатационные характеристики в отношении прочности на сжатие пенопластов из примеров 10-16 приведены в таблице 3. Они показывают, что PIR пенопласты с превосходной реакционной способностью и эксплуатационными характеристиками в отношении механических свойств можно получить, используя дисперсии лигнина по данному изобретению. Пример 17 включен в эту таблицу, чтобы продемонстрировать, что эксплуатационные характеристики в отношении теплоизоляции, а также способность пены препятствовать возгоранию сравнимы с контрольным образцом. Значение лямбда 23,85 является лучшим по сравнению с таковым для контроля, тогда как высота пламени 10,50 см по стандарту DIN 4102 указывает, что этот пенопласт удовлетворяет классификации стандарта DIN B2.

Выше были описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, однако квалифицированный в данной области техники специалист реализует дополнительные незначительные изменения, которые могли бы попасть в рамки настоящего изобретения. Широта и объем настоящего изобретения не ограничены ни коим из вышеописанных иллюстративных вариантов осуществления, но их следует определять исключительно в соответствии с приведенными ниже пунктами формулы изобретения и их эквивалентными формами. Например, любую(ой) из вышеупомянутых композиций или способов можно комбинировать с другими известными способами. Другие аспекты, преимущества и модификации в пределах объема данного изобретения являются очевидными квалифицированным в данной области техники специалистам, к которым данное изобретение имеет отношение.

Настоящее изобретение относится к композиции в виде дисперсии, способу изготовления вышеуказанной композиции, а также ее использованию в различных областях практических применений, таких как адгезивы, связующие, литые изделия, и для практических применений, связанных со строительством зданий. Описана композиция в виде дисперсии, содержащей одно или несколько диспергирующих веществ, а также лигнин, в которой средний размер частиц вышеуказанного лигнина составляет от 100 нм до 2000 нм и в которой вышеуказанные диспергирующие вещества обладают параметром растворимости от 18 до 30 МПа^1/2 и вязкостью, находящейся в диапазоне от 15 мПа⋅с до 20000 мПа⋅с. Также описаны применение композиции, способ изготовления композиции, композиция в виде дисперсии, способ изготовления пенопласта, пенопласт, применение пенопласта. Технический результат: разработан простой малозатратный способ производства частиц лигнина субмикронного и/или нанометрового размера, которые пригодны для производства промышленных продуктов, в которых такие порошки могут являться эффективными. 7 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 16 пр.

1. Композиция в виде дисперсии, содержащей одно или несколько диспергирующих веществ, а также лигнин, в которой средний размер частиц вышеуказанного лигнина составляет от 100 нм до 2000 нм и в которой вышеуказанные диспергирующие вещества обладают параметром растворимости от 18 до 30 МПа^1/2 и вязкостью, находящейся в диапазоне от 15 мПа⋅с до 20000 мПа⋅с.

2. Композиция по п. 1, в которой вышеуказанный лигнин представляет собой крафт-лигнин.

3. Композиция по п. 1, в которой вышеуказанное диспергирующее вещество представляет собой полиол.

4. Композиция по п. 3, в которой полиол представляет собой полиэтиленгликоль с молекулярной массой от 100 до 5000.

5. Композиция по п. 3, в которой вышеуказанный полиол содержит смесь различных полиэтиленгликолей, при этом один полиэтиленгликоль имеет молекулярную массу 400, а один полиэтиленгликоль имеет молекулярную массу 600.

6. Композиция по п. 1, также содержащая один или несколько алканоламинов.

7. Композиция по п. 1, также содержащая один или несколько препятствующих возгоранию реагентов.

8. Композиция по п. 1, в которой средний размер частиц вышеуказанного лигнина находится в диапазоне от 200 до 600 нм.

9. Композиция по п. 1, в которой вышеуказанные диспергирующие вещества обладают вязкостью от 20 мПа⋅с до 500 мПа⋅с.

10. Применение композиции по любому из предшествующих пунктов для изготовления пенопластов, резин, адгезивов, активных наполнителей или для использования в качестве наполнителя.

11. Способ изготовления композиции в виде дисперсии по любому из предшествующих пп. 1-9, включающий в себя следующие стадии:

i) предоставление лигнина,

ii) введение одного полиола или смеси полиолов и

iii) смешение вышеуказанных компонентов с получением, таким образом, вышеуказанной композиции.

12. Способ по п. 11, при котором до смешения вводят один или несколько препятствующих возгоранию веществ.

13. Способ по п. 11, при котором вышеуказанное смешение представляет собой высокосдвиговое смешение по меньшей мере со скоростью 1000 об/мин.

14. Композиция в виде дисперсии, получаемой способом по любому из пп. 11-13.

15. Способ изготовления пенопласта, включающий в себя следующие стадии:

a) получение композиции по любому из предшествующих пп. 1-9 или 14,

b) введение одного или нескольких вспенивающих реагентов в вышеуказанную композицию,

c) введение одной или нескольких добавок,

d) введение в вышеуказанную композицию изоцианата,

e) перемешивание смеси, полученной на стадии d) и

f) перенесение перемешанной на стадии е) смеси в литейную форму для получения пенопласта непрерывным или периодическим образом.

16. Способ по п. 15, при котором вышеуказанную одну или несколько добавок можно выбирать из группы, состоящей из одного или нескольких поверхностно-активных веществ, одного или нескольких полиуретановых катализаторов, одного или нескольких препятствующих возгоранию веществ или их комбинаций.

17. Способ по п. 15, при котором вышеуказанный один или несколько вспенивающих реагентов представляет(ют) собой одно или несколько углеводородных соединений, выбираемых из числа изопентана, н-пентана и циклопентена либо их комбинации.

18. Способ по п. 15, при котором одно либо несколько гидроксилсодержащих соединений или один либо несколько катализаторов вводят до добавления вышеуказанного одного или нескольких вспенивающих реагентов.

19. Пенопласт, получаемый способом по любому из пп. 15-18.

20. Применение пенопласта по п. 19 в области строительства зданий и сооружений, для теплоизоляции, для практических применений, связанных с производством автомобилей, для электроприборов, обуви либо в области практических применений, связанных с производством мебели или матрацев.