Способ получения эластичного пенополиуретана

 

Использование: в автомобильной, мебельной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: смешивают простой гидроксилсодержащий полиэфир с карбамидом или его смесью с третичным амином в соотношении 0,5 - 380 : 1 соответственно в присутствии воды и целевых добавок, при этом количество карбамида или его смеси с третичным амином составляет 0,36 - 3,81 мас. ч. на 100 мас. ч. гидроксилсодержащего простого полиэфира. Затем добавляют полиизоцианат, перемешивают, заливают в форму. Получают эластичный пенополиуретан с кажущейся плотностью 34 - 37 кг/м³, остаточной деформацией 3,0 - 3,8%. 1 табл.

Изобретение относится к способу получения эластичного пенополиуретана (ППУ), который находит применение в автомобильной, мебельной и других отраслях промышленности.

На протяжении длительного периода обязательным компонентом в производстве эластичного пенополиуретана являлся высокотоксичный толуилендиизоцианат (ТДИ)-жидкий летучий продукт, относящийся к 1 классу опасности по ГОСТ 12.1-007-76. При комнатной температуре концентрация паров ТДИ намного выше предельно допустимой концентрации (ПДК).

Значительно менее опасным продуктом этого класса является так называемый полиизоцианат (ПИЦ) технический продукт, представляющий собой смесь 4,4'-дифенилметандиизоцианата (ДФМДИ) 2,4'-ДФМДИ, три- и более высокофункциональных продуктов изоцианатов и других веществ. При комнатной температуре концентрация паров ПИЦ существенно ниже ПДК. Однако использование в производстве эластичного пенополиуретана (ППУ) менее токсичного полиизоцианата, обладающего пониженной активностью и плохой совместимостью с другими ингредиентами рецептуры, связано со значительными технологическими трудностями и, кроме всего прочего, требует использования значительных количеств летучих и токсичных катализаторов третичных аминов, относящихся II-III классу опасности (диазабициклооктан, диметилбензиламин, тетраметилдиаминодиэтиловый эфир, N-алкилморфалин, диалкилпиперазин и др.).

Так, например, известен способ получения эластичного пенополиуретана путем взаимодействия простого полиэфира, полиизоцианата в присутствии воды, целевых добавок и катализатора, в качестве которого использован третичный амин, такой как диазабициклооктан [1] Однако, процесс отверждения пенопласта, получаемого данным способом, достаточно замедлен, а выделение токсичного третичного амина, не связанного химически с полимерной основой, существенно ухудшает условие производства эластичного ППУ, ограничивает области применения такого пенопласта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения эластичного ППУ путем взаимодействия простого полиэфира с полиизоцианатом в присутствии воды, целевых добавок и катализатора, в качестве которого используют диазабициклооктан или диметилбензиламин. При этом для ускорения отверждения пенопласта в композицию дополнительно вводят 20-30 мас.ч. полимер-полиола, содержащего 10-20% полимерного наполнителя (сополимер акрилонитрила и стирола) [2] Скорость отверждения пенопласта и в этом случае остается низкой, а наличие заметных количеств токсичных третичных аминов существенно осложняет процесс переработки и ограничивает область применения эластичного ППУ, получаемого данным способом. Не удается ускорить отверждение пенопласта и за счет увеличения концентрации известных катализаторов, так как сильно увеличивается доля закрытых ячеек, что приводит к сжатию (коллапсу) заготовок из ППУ после окончания вспенивания.

Ускорение отверждения пенопласта актуальная техническая задача. Быстрое отверждение ППУ позволяет уменьшить количество оснастки, сократить производственные площади, увеличить производительность.

Цель изобретения ускорение отверждения и снижение токсичности эластичного пенополиуретана при получении, переработке и эксплуатации.

Это достигается тем, что при способе получения эластичного пенополиуретана путем взаимодействия простого гидроксилсодержащего полиэфира с полиизоцианатом в присутствии воды, целевых добавок и катализатора в качестве катализатора используют карбамид или смесь карбамида и третичного амина при их массовом соотношении 0,5-380:1, при этом массовая доля катализатора составляет 0,36-3,81 мас.ч. на 100 мас.ч. простого полиэфира. В результате сокращается время отверждения ППУ и снижается токсичность пенопласта, поскольку вместо токсичных и опасных для здоровья человека третичных аминов используют практически безвредный продукт карбамид, относящийся к IV классу опасности (ГОСТ 12.1.007-76).

В качестве простых полиэфирполиолов по данному изобретению могут использоваться полиэфиры, полученные полимеризацией окиси пропилена и окиси этилена с гликолями (этиленгликоль, диэтиленгликоль, пропиленгликоль и др.) и триолами (глицерин, триметилолпропан, гексантриол и т.п.). Молекулярная масса простых полиэфиров может составлять 2000-6000, средняя функциональность 2-3.

В качестве полиизоцианата используют технические продукты, представляющие смесь 4,4'-ДФМДИ, 2,4'-ДФМДИ и более высокофункциональных аддуктов, а также их квазипредполимеры.

В качестве целевых добавок используют поверхностно-активные вещества, сшивающие агенты, удлинители цепи, антипирены, антиоксиданты, наполнители и т.п.

В качестве третичных аминов используют алифатические, алициклические, ароматические третичные амины, такие как: диазабициклооктан, диметилэтаноламин, диметилбензиламин, триэтиламин, производные морфолина, пиперазина и пиперидина, а также диамины, например, тетраметилалкилендиамины.

Эластичный ППУ по изобретению получают следующим образом.

В цилиндрический стакан (диаметр 80 мм, высота 150 мм) помещают 100 г простого полиэфира на основе глицерина, окиси пропилена, окиси этилена мол. м. 500 и содержанием оксиэтильных групп 10% 1,0 г диэтаноламина, 0,2 г поверхностно-активного вещества, 3,0 г воды, а также карбамид и третичный амин в соотношениях, указанных в таблице. Из карбамида и воды предварительно готовят раствор. Полученную смесь перемешивают на механической мешалке при 2900 об/мин в течение 10-20 с. Затем добавляют в стакан 65 г полиизоцианата, перемешивают 10-15 с и заливают в картонную коробку, где реакционная смесь свободно вспенивается и отверждается. После выдержки образца в течение 40-48 ч определяют физико-механические показатели: кажущуюся плотность по ГОСТ 409-77, остаточную деформацию по ГОСТ 409-77, остаточную деформацию по ГОСТ 18268-72, напряжение при сжатии по ГОСТ 26605-85.

Временем отверждения ППУ считают время от начала реакции до исчезновения липкости поверхностной корки образца при температуре 20 ± 3^оС.

Снижение токсичности образцов оценивают по проценту снижения количества третичного амина в рецептуру. В примерах 1-6, 13, 14 в качестве третичного амина использовали диазабициклооктан, в примерах 7-12, 15 диметилбензиламин.

Рецептура и свойства полученного эластичного ППУ представлены в таблице.

Использование изобретения позволяет ускорить отверждение пенопласта в сочетании с удлиненными параметрами вспенивания и высокой растекаемостью композиции и снизить его токсичность, не ухудшая физико-механических свойств эластичного ППУ.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛАСТИЧНОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА путем взаимодействия гидроксилсодержащего простого полиэфира с полиизоцианатом в присутствии воды, целевых добавок и катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют карбамид или его смесь с третичным амином в соотношении 0,5 380 1 соответственно, при этом катализатор используют в количестве 0,36 3,81 мас.ч. на 100 мас.ч. гидроксилсодержащего простого полиэфира.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Другие изменения, связанные с зарегистрированными изобретениями

Изменения:Публикацию о досрочном прекращении действия патента на изобретение считать недействительной

Номер и год публикации бюллетеня: 1-2005

Извещение опубликовано: 20.03.2005        БИ: 08/2005