Полиуретановый пеноматериал с объемным весом не более 30 г/см3 и способ его получения

 

Использование: для изготовления подушек, мягкой мебели, упаковочного материала, изолирующего материала. Сущность изобретения: полиуретановый пеноматериал с объемным весом не более 30 г/см³, в порах которого содержатся остатки вспенивающего агента, выбранного из группы, включающей: н-пентан, изопентан, смесь нескольких низших алканов с температурой кипения от - 10 до + 70^oС при нормальном давлении, 5 - 35% от массы пеноматериала жидкого или твердого пламягасителя, выбранного из группы, включающей: сложный эфир низших сортов или фосфонатов низших алканов с 1 - 4 атомами углерода, а также их смеси. В порах дополнительно может содержаться газ: азот, инертный газ и смесь нескольких инертных газов. Пеноматериал получают путем взаимодействия изоцианатного компонента с полиольным компонентом в присутствии указанных вспенивающих агентов, эмульгаторов, катализатора уретанообразования и пламягасителя: сложных эфиров низших спиртов или фосфонатов низших алканов с 1 - 4 атомами углерода. 2 с. и 13 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к полиуретановому пеноматериалу (ПУР-пеноматериал), имеющему однородную ячеистую пеноструктуру, поры которой свободны от хлорфторуглеводородных соединений, используемых по уровню техники в качестве вспенивающих средств, что крайне отрицательно действует на озоновый слой земли.

Технической задачей изобретения является замена хлорфторуглеводородов (ХФУ) или снижение его (их) количества при получении полиуретановых пеноматериалов низкого объемного веса.

ПУР пеноматериалы по изобретению жесткие пены, которые содержит частично закрытые или полностью закрытые поры, свободные от ХФУ.

Согласно изобретению в порах ПУР пеноматериала содержаться остатки вспенивающего агента, выбранного из группы, включающей: низшие алканы с 3-6 атомами углерода и смеси нескольких низших алканов с температурой кипения от -10 до +70^оС при нормальном давлении, 5-35% от массы пеноматериала жидкого или твердого пламегасителя, а также остатки одного или нескольких основных или сильноосновных катализаторов.

В качестве низших алканов, согласно изобретению, используют н-пентан, изопентан. В качестве жидкого пламегасителя используют соединения, выбранные из группы, включающей один или несколько сложных эфиров низших спиртов с 1-4 атомами углерода и низший алкан (С₁-С₄)-фосфоновых кислот, сложный эфир низших спиртов или фосфонаты низших алканов с 1-4 атомов углерода, а также их смеси.

Кроме того, в порах ПУР пеноматериала может дополнительно содержаться газ, выбранный из группы, включающий азот, инертный газ, смесь инертных газов, смесь азота с инертными газами и смесь нескольких газов.

Твердым пламягасителем является соль аммония, а фосфат низшего алкана содержит 10-20 мас.ч. мочевины в расчете на вес фосфоната низшего алкана или до насыщения.

ПУР пеноматериалы по изобретению получают путем взаимодействия изоцианатного компонента с полиольным компонентом в присутствии низших алканов с 3-6 атомами углерода и смеси нескольких таких алканов с температурой кипения от -10 до +76^оС при нормальном давлении, в качестве пламягасителя используют один или несколько жидких и/или твердых соединений, взятых в таком количестве, чтобы содержание в конечном продукте составляло 5-35 мас. причем вспенивающий агент или вводят в смесь изоцианатного компонента с эмульгатором, катализатором и пламягасителем, или его предварительно эмульгируют в полиольном компоненте, смешанном с эмульгатором, катализатором и пламягасителем, и добавляют к полученной эмульсии исходный изоцианатный компонент.

Взаимодействие осуществляют при давлении выше или ниже нормального в зависимости от температуры кипения жидкого вспенивающего агента.

Эмульгирование жидкого вспенивающего агента в полиольном компоненте, содержащем катализатор, эмульгатор и пламягаситель, осуществляют в смесителе непрерывно, причем эмульгаторы добавляют в количестве до 10% от массы полиольного компонента.

В качестве эмульгатора используют жирные кислоты или их производные.

В соответствии с изобретением жидкий вспенивающий агент или смесь полиольного компонента и жидкого вспенивающего агента насыщают газом, выбранным из группы, включающей азот, инертный газ, смесь азота и инертного газа и смесь нескольких инертных газов.

Немедленно после стадии вспенивания ПУР пеноматериалы часто легко воспламенимы. В течение хранения воспламеняемость уменьшается, и этот показатель улучшается день ото дня. После 4 дней хранения достигается воспламеняемость, соответствующая по горению классу В2 или даже В1, что соответствует пенополиизоциануратам или пенам, содержащим большее количество пламягасителя.

Как указывалось выше, устойчивость против возгорания ПУР-пеноматериалов по изобретению усиливается при использовании сочетания жидкого фосфорсодержащего пламягасителя с мочевиной.

П р и м е р 1. ПУР-жесткий пеноматериал получают путем эмульгирования при 22^оС смеси, состоящей из: 50 мас. ч. полиэфирного спирта, имеющего гидроксильное число около 550 (вязкость около 8000 сП при 25^оС) из группы продуктов CAPADOL фирмы Shell Chemil; 30 мас. ч. насыщенного полиэфира, имеющего гидроксильное число около 500 (вязкость примерно от 8000 до 10000 сП при 25^оС; 20 мас.ч. ароматического полиэфирного спирта, имеющего гидроксильное число около 500 (вязкость примерно 5000 сП при 25^оС; 7 мас.ч. жидкого пламягасителя диметилметилфосфоната (ДММФ), имеющего содержание фосфора 26% 5 мас.ч. эмульгирующего агента EMULGIN фирмы Хенкель АГ; 2 мас.ч. силикона в качестве стабилизатора пор; 28 мас.ч. твердого пламягасителя полифосфата аммония; 3 мас.ч. катализатора, ацетата щелочного металла; 18 мас.ч. н-пентана.

К этой эмульсии примешивают 172 мас.ч. диизоцианата МДИ (дифенилметан-4,4-диизоцианат) способом, обычным при производстве ПУР-пеноматериалов. Полученную смесь вспенивают в обычной вспенивающей машине при нормальном давлении и комнатной температуре. Полученный ПУР-пеноматериал хранят 4 дня при комнатной температуре (20^оС) и нормальном давлении.

Полученный ПУР-пеноматериал имеет следующие свойства.

Плотность непосредственно после стадии вспенивания 30-40 г/см³; напряжение давления немедленно после вспенивания около 1,3 кГ/см²; напряжение давления после хранения 4-6 недель 1,6-1,7 кГ/см; воспламеняемость немедленно после вспенивания короткое возгорание, которое затем самоликвидируется; после 4-дневного хранения класс В2.

Теплопроводность: сразу после вспенивания около 0,021; через 20 дней после вспенивания 0,024-0,025; после хранения 14-16 недель 0,022; после хранения 4-6 месяцев 0,0205.

П р и м е р 2. Жесткий ПУР-пеноматериал получают следующим образом.

Следующую смесь эмульгируют при комнатной температуре:
50 мас. ч. полиэфирного спирта с гидроксильным числом около 550 (вязкость около 8000 сП при 25^оС);
30 мас.ч. насыщенного полиэфира, содержащего основной поперечно связывающий агент Манниха и имеющего общее гидроксильное число около 500 (вязкость около 8000-10000 сП при 25^оС);
20 мас.ч. ароматического полиэфирного спирта, имеющего гидроксильное число около 500 (вязкость около 5000 сП при 25^оС);
7 мас.ч. жидкого пламягасителя диметилметилфосфоната;
5 мас.ч. эмульгирующего агента ЕМ фирмы Хенкель АГ;
2 мас.ч. силикона в качестве стабилизатора пор;
48 мас.ч. твердого пламягасителя моноаммонийфосфата;
3 мас.ч. калийацетатного катализатора;
26 мас.ч. п-пентана, содержащего до 5% п-пропана и н-бутана;
172 мас.ч. диизоцианата МДИ примешивают к полученной эмульсии обычным методом при производстве ПУР-пеноматериалов. Полученную смесь подвергают вспениванию в обычной машине с бесконечной конвейерной лентой при нормальном давлении. Полученный ПУР пеноматериал окончательно хранят в течение 4 дней при комнатной температуре (20^оС) и нормальном давлении.

П р и м е р 3. Жесткий ПУР пеноматериал получают следующим образом.

Смесь, состоящую из:
52 мас. ч. полиэфирного спирта с гидроксильным числом около 550 (вязкость около 8000 сП при 25^оС);
31 мас.ч. насыщенного полиэфира, содержащего поперечно-связывающий агент и имеющий гидроксильное число около 500 (вязкость примерно 8000-10000 сП при 25^оС);
20 мас.ч. ароматического полиэфирного спирта с гидроксильным числом около 500 ( вязкость около 5000 сП при 25^оС);
7 мас.ч. жидкого пламягасителя ДММФ, содержащего 26% фосфора;
1 мас.ч. воды;
5 мас.ч. эмульгирующего агента EMULSINC4;
2 мас.ч. силикона в качестве стабилизатора пор;
50 мас.ч. твердого пламягасителя, диаммонийфосфата;
2 мас.ч. катализатора калия октоата;
25 час.ч. н-пентана,
эмульгируют при 22^оС.

К этой эмульсии примешивают 172 мас.ч. диизоцианата МДИ и полученную смесь вспенивают при нормальном давлении в обычной машине с бесконечной конвейерной лентой. Полученный ПУР-пеноматериал затем хранят в течение 4 дней при комнатной температуре (20^оС) и обычном давлении.

П р и м е р 4. Жесткий ПУР пеноматериал получают следующим образом.

Смесь, состоящую из:
50 мас. ч. полиэфирного спирта с гидроксильным числом около 550 (вязкость около 8000 сП при 25^оС);
32 мас.ч. насыщенного полиэфира с гидроксильным числом около 500 (вязкость около 8000-10000 сП при 25^оС);
20 мас.ч. ароматического полиэфирного спирта с гидроксильным числом около 500 (вязкость около 5000 сП при 25^оС);
7 мас.ч. жидкого пламягасителя ДММФ, содержащего 26% фосфора;
5 мас.ч. эмульгирующего агента EMULGIN 550 фирмы Хенкель АГ;
2 мас.ч. силикона в качестве стабилизатора пор;
1 мас.ч. воды в качестве поперечно-связывающего агента;
38 мас.ч. твердого пламягасителя полифосфата аммония, смешанного с 5% бората цинка;
3 мас.ч. щелочно-ацетатного катализатора;
27 мас.ч. н-пентана,
эмульгируют при комнатной температуре.

172 мас.ч. диизоцианата МДИ примешивают к указанной эмульсии и полученную смесь подвергают вспениванию при нормальном давлении в обычной вспенивающей машине непрерывного действия. Полученный ПУР-пеноматериал окончательно хранят в течение 4 дней при комнатной температуре (20^оС) и нормальном давлении.

П р и м е р 5. Жесткий ПУР-пеноматериал приготавливают следующим образом. Смесь, состоящую из:
50 мас. ч. полиэфирного спирта с гидроксильным числом около 550 (вязкость около 8000 сП при 25^оС), из группы продуктов CARADOL фирмы "Шелл хеми";
30 мас.ч. насыщенного полиэфира, содержащего поперечно-связывающий агент, с гидроксильным числом около 500 (вязкость около 8000-10000 сП при 25^оС);
20 мас.ч. ароматического полиэфирного спирта с гидроксильным числом около 500 (вязкость около 5000 сП при 25^оС);
8 мас.ч. насыщенного раствора мочевины в жидком пламягасителе;
диметилметилфосфоната (ДММФ), содержащем 26% фосфора, причем указанный раствор содержит 1,05 мас.ч. мочевины на 7 мас.ч. ДММФ;
5 мас.ч. эмульгирующего агента ЭМУЛЬГИН фирмы "Хенкель АГ";
2 мас.ч. силикона в качестве стабилизатора пор;
28 мас.ч. твердого пламягасителя полифосфата аммония;
3 мас.ч. катализатора ацетата щелочного металла, и 18 мас.ч. н-пентана, эмульгируют при 22^оС;
172 мас. ч. дифенилметана-4,4-диизоцианата примешивают к приведенной эмульсии обычным для производства ПУР-пеноматериала методом, и полученную смесь подвергают полимеризации с вспениванием при комнатной температуре и нормальном давлении в обычной вспенивающей машине непрерывного действия. Полученный ПУР пеноматериал окончательно хранят в течение 4 дней при комнатной температуре (20^оС) и нормальном давлении. Оценка возгораемости по классу В2 после этого хранения поддерживается даже после дальнейшего 6-недельного хранения, даже при нагревании до умеренно повышенных температур.

Формула изобретения

1. Полиуретановый пеноматериал с объемным весом не более 30 г/см³, отличающийся тем, что он имеет однородную пористую структуру, в порах которого содержатся остатки вспенивающего агента, выбранного из группы, включающей низшие алканы с 3 6 атомами углерода и смеси нескольких низших алканов с температурой кипения от -10 до +70^oС при нормальном давлении, 5 35% от массы пеноматериала жидкого или твердого пламегасителя, а также остатки одного или нескольких основных или сильноосновных катализаторов.

2. Пеноматериал по п.1, отличающийся тем, что низшим алканом является н-пентан.

3. Пеноматериал по п.1, отличающийся тем, что низшим алканом является изопентан.

4. Пеноматериал по пп.1 3, отличающийся тем, что жидким пламегасителем является соединение, выбранное из группы, включающей один или несколько сложных эфиров низших спиртов (С₁ С₄), низший алкан С₁ - С₄-фосфоновых кислот.

5. Пеноматериал по пп.1 4, отличающийся тем, что в порах дополнительно содержится газ, выбранный из группы, включающей азот, инертный газ, смесь инертных газов и смесь азота с инертными газами.

6. Пеноматериал по пп.1 3, отличающийся тем, что твердым пламегасителем является соль аммония.

7. Пеноматериал по п.4, отличающийся тем, что фосфонат низшего алкана содержит 10 20 мас.ч. мочевины в расчете на вес фосфоната низшего алкана.

8. Пеноматериал по пп.4 и 6, отличающийся тем, что фосфонат низшего алкана содержит мочевину до насыщения.

9. Способ получения полиуретанового пеноматериала путем взаимодействия изоцианатного компонента с полиольным компонентом в присутствии вспенивающего агента, эмульгатора, катализатора и пламегасителя, отличающийся тем, что в качестве вспенивающего агента используют негалогенированный жидкий органический продукт, выбранный из группы, включающей низшие алканы с 3 6 атомами углерода и смесь нескольких таких алканов с температурой кипения от -10 до +76^oС при нормальном давлении, в качестве пламегасителя используют один или несколько жидких и/или твердых соединений, взятых в таком количестве, чтобы содержание в конечном продукте составляло 5 35 мас. причем вспенивающий агент вводят или в изоцианатный компонент, который может быть в смеси с эмульгатором, катализатором и пламегасителем, или вспенивающий агент предварительно эмульгируют в полиольном компоненте, смешанном с эмульгатором, катализатором и пламегасителем, и добавляют к полученной эмульсии исходный изоцианатный компонент.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что взаимодействие осуществляют при давлении выше или ниже нормального в зависимости от температуры кипения жидкого вспенивающего агента.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что эмульгирование жидкого вспенивающего агента в полиольном компоненте, содержащем катализатор, эмульгатор и пламегаситель, осуществляют в смесителе непрерывно.

12. Способ по пп.9 11, отличающийся тем, что эмульгирование вспенивающего агента в полиольном компоненте осуществляют в присутствии одного или нескольких эмульгаторов.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что эмульгатор или эмульгаторы добавляют в количестве до 10% от массы полиольного компонента.

14. Способ по пп.12 и 13, отличающийся тем, что в качестве эмульгатора используют жирные кислоты или их производные.

15. Способ по пп.9 14, отличающийся тем, что жидкий вспенивающий агент или жидкая смесь полиольного компонента и вспенивающего агента насыщают газом, выбранным из группы, включающей азот, инертный газ, смесь инертных газов и смесь азота с одним или несколькими инертными газами.

Приоритет по признакам:
24.04.89
по пп.1, 2, 6 11, 14, 16 21, 24;
09.10.89
по пп.3, 15 и 29;
31.10.89
по пп.4, 5, 23;
08.02.90
по пп.12, 13.