Способ получения пенополиуретанов Советский патент 1979 года по МПК C08J9/02 

1

Изобретение относится к получению пенополиуретанов, используемых в качестве тепло- и звукоизоляционного материала в различных отраслях промышленности .

Известной и широко распространенной технологией изготовления пенопласта является проводимое в одну стдию вспенивание жидких смесей. Характерными представителями получаемых по этой технологии так называемых блочных пенопластов являются полиуретановые пены, получаемые из многоатомных спиртов с молекулярныГ весом 250-7000 и с 2-6 гидроксильными группами или активным водородом и органических изоцианатов, содержащих по меньшей мере две свободные изоцианатные группы, в присутствии поверхностно-активных веществ, преимущественно модифицированных за счет алифатической боковой цепи кремнийорганических полимеров и катализаторов, целесообразно третичных аминов и/или coeди eний олова с применением образующегося при реакции Изоцианата с водой углекислого газа и/или другого вспенивающего агента, предпочтительно трихлорфторметана. Под свободным вспениванием здесь

следует понимать то, что поверхность реакционной смеси в процессе вспенивания может беспрепятственно подниматься 1 .

По этой технологии можно работать как непрерывно, так и периодически. При периодическом процессе реакционную смесь заливают в открытую форму и эта форма в процессе вспенивания

заполняется материалом. В непрерывно работающих устройствах под совершающей переменное движение смесительной головкой расположена движущаяся под прямым углом к линии (направлению)

переменного движения транспортерная лента, первый отрезок которой установлен слегка наклонно. На транспортерной ленте смонтирована имеющая в основном прямоугольное сечение и

движущаяся вместе с лентой мульда из картона,в которую реакционная смесь во время вспенивания на первом yVjacTке пути течет также под действием силы тяжести, в то время, как на горизонтальном участке пути продвигается вместе с формой.

ОднаЕ о при осуществлении этого спосо.ба можно лишь частичЕтО заранее задавать форму и размер блоков. Раэмеры блоков в горизонтальной плоскости при периодическом процессе получения могут обусловливаться размерами форг при непрерывном процессе изготовления в поперечном направлении расстоянием между боковыми стенками мул ды, а в продольм направлении скоростью движения транспортера и, соот ветственно, удалением режущих элемен тов друг от друга или их рабочим цик лом. Высота блоков йри периодическом процессе может более или менее точно регулироваться количеством заливаемо в форму реакционной смеси, а при непрерывном процессе - отнесенным ко времени удельным количеством вносимой в движущуюся мульду реакционной смеси и/или модификацией реакционно-кинематических параметров вспениваемой системы. В непрерывно работающих устройствах высота блоков может модифицироваться при сохранении постоянного количества реакционной смеси в единицу времени изменением ширины мульды или скоростью дви жения транспортера. Недостатки, связанные с отклонением размеров блоков по высоте, усугубляются еще и тем, что с помощью классических устройств можно получат лишь блоки с выпуклой поверхностью. Полученные заготовки блоков последующей обработкой расщеплением или снятием выпуклой поверхности преобразуют в пластины или листы желаемой толщины. Из-за отклонения размеров, и соответственно выпуклых поверхностей при расщеплении 16-18% пенопласта идет в отходы,а при снятии вы пуклой поверхности до 32-40%, что существенно снижает экономичность процесса изготовления . Используемые для устранения этого недостатка методы опираются на ту закономерность, что образование при свободном.вспенивании веществ выпуклой поверхности основано на известном в реологии явлении вязко-эластич ного течения материалов: поверхность вспененного в картонной мульде блока .может с хорошим приближением рассмат ривсчться как с гвержденная картина ламинарного течения заключенной в форму, поднимающейся вверх жидкости Это течение обусловлено перепадом давления, имеющим место между давлением освобождающихся из реакционной смеси газов и окружающим внешним да лением, При исследовании действующихна частицы вспениваемой смеси сил можн констатировать, что равнодействующа сила, обусловленная, с одной сторон вызванной различием давлений подъем ной силой и противодействующей ей силой тяжести и силой трения, а так же силой,вызванной давлением воздух с другой стороны, определяет состоя ние равновесия частиц. В процессе вспенивания действующая на частицы подъемная сила больше суммы трех, направленных вниз сил, и поверхность ены только тогда перестает подни-;маться, когда подъемная сила и противодействующие ей силы равны. Для образования выпуклой поверхности решающим является то, что сила трения между отдельными частицами друг с другом меньше, чем силы трения между стенкоймульды или стенкой формы и прилегающими к ним частицами; частицы внутри блока, следовательно, могут в процессе вспенивания быстрее подниматься вверх, чем соприкасающиеся со стенкой частицы. Вследствие этого так называемого пристеночного эффекта, с одной стороны, пена в середине поверхности всегда поднимается вверх быстрее, чем это имеет место вдоль стенок, а, с другой стороны, подъем поверхности пены у стенок также быстрее заканчивается. Так как из упомянутых сил силы гравитации и давления воздуха постоянны, то в предшествующих экспериментах для формирования поверхности постоянно пытались, компенсировать локальную зависимость силы трения механическим воздействием или механическим путем уменьшить краевой эффект. Ближайшим по технической сущности к изобретению является известный способ получения пенополиуретана путем взаимодействия в открытой форме изоцианата с гидроксилсодержащим соединением в присутствии катализатора, вспенивающего агента и эмульгатора. Для формирования поверхности компенсируют локальную зависимость силы трения тем, что используют картонную мульду, обе боковые стенки которой трапециевидно наклонены друг к другу, благодаря чему скорость подъема поверхности пены повышается вдоль боковых стенок 2, Недостатком этого способа изменения поверхности пены является то, что он может осуществляться лишь с помощью сконструированных специально для этой цели устройств, т.е. уже имеющимися устройствами не реализуется. Далее следует считать недостатком и то, что этим способом могут быть изготовлены лишь блоки с ровной поверхностью, т.е. блоки, имеющие прямоугольное сечение, хотя на применение отличных от упомянутого сечений, и прежде всего блоков с круговым поперечным сечением, наблюдается постоянно возрастающий спрос. Целью изобретения является получение пенополиуретанов любого сечения в любых устройствах. Эта цель достигается тем, что при получении пенополиуретанов путем взаимодействия в открытой форме изоцианата с гидроксилсодержащим соединением в присутствии к&тализатора. 5 вспенивающего агента и эмульгатора, над поверхностью реакционной смеси перпендикулярно ограничивающим стен кам формы создают принудительный поток воздуха, вызывающий перепад давления 0,03-0,15 кг/см-, Вызываемый таким образом локальный перепад давлений может изменять скорость движения частиц в реакционной смеси и тем самым сформировать поверхность пены в широком диапазоне форм. Пример 1. Из толуилендиизо -цианата (соотношение изомеров 80:20 и простого полиэфира с TpexaTOMHbnvi спиртом с молекулярным весом 3500 в присутствии октоата олова и диметилэтаноламина в качестве катализатора получают мягкую полиуретановуго пену,, при этом в качестве вспениваю щего средства добавляют воду. Рецеп ра (соотношение компонентов взято з вес.ч.); Толуилендиизоцианат 38 Многоатомный спирт 100 Вода 3 Силиконовый эмульгатор 0,75 Октоат олова0,26 Диметилэтаноламин0,30 Смесь указанных веществ смесите ной головкой обычного вспенивателя дозируют и подают в движущуюся с ра номерной скоростью картонную мульду заданного сечения, при этом над уча ком пены мульды вдоль стенки на расстоянии 50 мм от нее по обеим сторонам устанавливают по одному направл ющему профилю. Из щелей между стенко и направляющим профилем отсасывают воздух с помощью вентилятора с номинальной мощностью 3000 м/ч. Под дей ствием местного разрежения 0,15 кг/с формируется ровная поверхность пены Пример 2. Из толуилендиизоцианата (соотношение изомеров 65:35 и простого полиэфира с трехатомным спиртом с молекулярньп. весом между 4200 и 5600 в присутствии октоата олова, бис- (2-диметиламиноэтил) -Эфир и триэтилендиамина в качестве катали затора получают мягкую полиуретанову пену. Рецептура (соотношение компонентов взято в вес.ч.): Толуилендиизоцианат 34 Многоатомный спирт 100 Вода2,4 Трихлорфторметан8,0 Силиконовый эмульгатор 0,40 Октоат олова0,50 бис-(2-Диметиламиноэтил)эфир0 06Триэтилендиамин0,06 Смесь указанных веществ дозируют с помощью смесительной головки обычнего вспенивателя в движугцуюся с ран номерной скоростью картонную мульду заданного сечения, при этом над участком пены мульды вдоль обеих сто рон монтируют по одному направляющему профилю длиной 2000 мм каждый. 15б В щели между поверхностью пены и направляющим профилем нагнетают воздух с помощью вентилятора производительностью 3000 м/ч. Повышенным давлением 0,1 кгс/см формируют ровную поверхность пены. Пример 3. Из толуилендиизоцианата (соотношение изомеров 80:20) и простого эфира с трехатомным спиртом с молекулярным весом от 3500 до 4000 в присутствии октоата цинка, диметилэтанолакина в качестве катализатора получают мягкую полиуретановую пену,.при этом вспенивающим средством служит вода и трихлорфторметан. Рецептура (соотношение компонентов взято в вес.ч.) : Толуилендиизоцианат 38 Многоатомный спирт 100 Вода3 Трихлорфторметан7,00 Силиконовый эмульгатор 1,00 Октоат олова0,30 Диметилэтаноламин0,40 Смесь указанных веществ дозируют смесительной головкой обычного устройства для получения пены в движущуюся с постоянной скоростью картонную мульду заданного сечения, при этом над участком пены мульды вдоль стенки по обеим сторонам устанавливают по одному направляющему профи.тао длиной 2000 мм. Из щелей между поверхностью пены и направляющего профиля отсасывают воздух с помощью вентилятора с номинальной производительностью 3000 . Возникающим разрежением 0,05 кгс/см формир пот поверхность пены в виде полуокружности , Пример 4. Из толуилендиизоцианата. (отношение изомеров 80:20) и простого полиэфира с многоатомным спиртом с молекулярным весом между 2800 и 3400 в присутствии Ы,Ы-диметилдиклогексиламина и N-этилморфолина в ка:честве катализатора получают мягкую полиуретановую пену, при этом в качестве вспенивающего средства примешивают воду. Рецептура (соотношение компонентов взято в вес.ч.): Толуилендиизоцианат 4,10 Многоатомный спирт 100 Вода3,60 Силиконовый эмульгатор 1,00 N ,М-Диметилциклоге. снламин0,30 Ы-ЭтилморфолИ,н1,50 Смесь из перечисленных выше веществ с помощью смесительной головки обычного вспенивающего устройства дозируют в движущуюся с постоянной скоростью картонную мульяу заданного сечения, при этом над участком пены мульды вдоль стенки на расстоянии 50 мм от нее по обеим сторонам устана-вливают по одному нагтравляющеу профилю длиной 2000 . В ще.пи ежду стенкой и направляющим профилем с помощью вентилятора .пьной производительностью 3000 MV откач BsuoT воздух. Возникающий разрежение 0,03 кгс/см- формируют поверхность пены в форме полукруга. Свойства полученных по примерам 1-4 пенополиуретанов приведены ниж Физико-механические свойства Объемный вес, кгс/м 25-40 Предел прочности на растяжение, минимум, кгс/см 20,9 Прочность при раздирании, минимум, кгс/см 0,2 Степень разтяжения, минимум,%120 Эластичность, %35-55 Остаточная деформация, максимум, %10 Удельная ячеистость, ячеек/см18 Таким образом, преимущество пре лагаемого способа состоит в том, что его можно применить с любым уж имеющимся классическим устройством с любым формовочным инструментом путем простых операций. Способ при годен также для получения блоков с круглым поперечным сечением, он позволяет также регулировать плотность получаемых блоков. При последующей обработке полученных блок или полукруглых профилей отходы ум шаются на 6-8% или на 5-10%, соотв стиенно, в сравнении с таковыми получаемыми известными методами. Другое преимущество способа состоит в том, что поступающие в окружающую среду вредные для здоровья газы, образующиеся и выделяющиеся при осуществлении способа, например углекислый газ, трихлорфторметан и другие, разбавляются принудительно циркулирующим воздухом, при этом их концентрации уменьшаются. Формула изобретения Способ получения пенополиуретанов путем взаимодействия в открытой форме изоцианата с гидроксилсодержащим соединением в присутствии катализатора, вспенивающего агента и эмульгатора, отличающийся тем, что, с целью получения пенополиуретанов любого сечения в любых устройствах, над поверхностью реакционной смеси перпендикулярно ограничивающим стенкам формы создают принудительный поток воздуха, вызывающий перепад давления 0,03-0,15 кг/см Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3509077, кл. 260-2.5, 1970. 2.Патент Австралии № 428451, кл. 09.4-79, 1973.