Способ получения эластичных пенополиуретанов

 

Изобретение относиться к области получения эластичных пенополиуретанов, используемых для изготовления велосипедных седел, сидений автомобилей и других изделий, работающих в режиме многократных деформаций. Сущность способа заключается в том, что эластичный пенополиуретан получают взаимодействием гидроксилсодержащего компонента, включающего полиокситетраметиленгликоль, воду, аминный катализатор, неионогенный эмульгатор и дополнительно пластификатор, состоящий из смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, с изоционатным преполимером. В качестве изоционатного преполимера используют продукт взаимодействия смеси диизоционата ТДИ с полиизоционатом, взятых в соотношении 90: 10, и полиокситетраметиленгликоля с содержанием NCO-групп в изоционатном компоненте 22±1%. Компоненты берутся в следующем сотношении, мас. ч. : полиокситетраметиленгликоль 100; триэтилендиамин 0,4-0,5; вода 1,25-2,3; неионогенный эмульгатор 0,35-0,5; триэтиламин 0,09-0,1; дибутилдилаурат олова 0,08-0,1; пластификатор, состоящий из смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров 5-7,5; изоцианатный преполимер с содержанием NCO-групп, равным 22±1%, 65-87. Изготавливаемые по предлагаемому способу эластичные пенополиуретаны обладают невысокой жесткостью (сопротивление сжатию при деформации 40% составляет 5-13 кПа) при плотности 0,06-0,2 г/см³, необходимой для изготовления велосипедных седел и сидений автомобилей, и обладают при этом высокими прочностными характеристиками и высокой эластичностью, что также важно для указанного применения. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области получения эластичных пенополиуретанов (ППУ), используемых для изготовления велосипедных седел, сидений автомобилей и других изделий, работающих в режиме многократных деформаций.

Известен способ получения пенополиуретанов (авт.св. 430125, СССР) на основе простых полиэфиров, в качестве которых используется блоксополимеры окиси пропилена и окиси этилена с концевыми оксиэтиленовыми блоками и молекулярной массой 300 4800, а в качестве изоцианатного компонента смесь толуилендиизоцианата, диола с молекулярной массой 300 800 и полиизоцианата. Однако пенополиуретаны, полученные по указанному способу, имеют низкие прочностные характеристики ( σ_p ≅ 115 кПа) и невысокие относительные удлинения. Указанные ППУ применяются, главным образом, для изготовления мягких элементов мебели.

Известен способ получения эластичного пенополиуретана путем взаимодействия полиокситетраметиленгликоля, 1,4-бутадиола, воды, неионогенного эмульгатора, триэтаноламина, диазобициклоактана и изоцианатного преполимера (Авторское свидетельство СССР N 968045). Указанный способ изготовления ППУ по рецепту входящих в него компонентов наиболее близок к предлагаемому. Этот способ принимаем за прототип. Микроячеистые пенополиуретаны, полученные по указанному способу имеют высокие прочностные характеристики и относительные удлинения, выдерживают многократные деформации и применяются, в основном, для изготовления деталей низа обуви.

Однако приведенные микроячеистые пенополиуретаны имеют высокую жесткость (сопротивление сжатию при деформации 40% составляет 250 кПа при твердости по ТМ-2 60-62 усл.ед.) и большую плотность (0,5 0,6 г/см³, что не позволяет их использовать для изготовления велосипедных седел и сидений для автомобилей. Кроме того, микроячеистые пенополиуретаны имеют очень малое время старта (3-8 с), что необходимо при изготовлении подошв обуви и неприемлемо для изготовления седел и сидений для автомобилей.

Пенополиуретан для изготовления велосипедных седел и сидений автомобилей должен обладать меньшей жесткостью и средней плотностью 0,12-0,16 г/см³, иметь достаточную прочность и эластичность.

Целью изобретения является получение эластичного пенополиуретана с низкой жесткостью сопротивлением сжатию при деформации 40% порядка 5-13 кПа и плотностью 0,06-0,2 г/см³, при сохранении высоких прочностных характеристик и эластичности.

Указанная цель достигается тем, что в гидроксилсодержащий компонент (компонент А) на основе полиокситетраметиленгликоля, содержащий воду, аминный катализатор и неионогенный эмульгатор, дополнительно вводят активный пластификатор, состоящий из смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров и содержащий 4,2-4,4% гидроксильных групп.

В качестве изоцианатсодержащего компонента (компонент В) используют преполимер, синтезируемый на основе полиоксиметиленгликоля, продукта ТДИ и полиизоцианата, а компоненты берутся в следующем соотношении, мас.ч.

Полиокситетраметиленгликоль 100 Триэтилендиамин 0,4-0,5 Вода 1,25-2,3 Неионогенный эмульгатор 0,35-0,5 Триэтиламин 0,09-0,1 Дибутилдилаурат олова 0,08-0,1 Пластификатор, состоящий из смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров 5-7,5 Изоционатный преполимер с содержанием NCO-групп, равным 22±1% - 65-87 Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что в заявленном способе, в отличии от известного, в компонент А введен пластификатор, состоящий из смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, содержащий 4,2-4,4% гидроксильных групп.

Микроячеистый пенополиуретан по прототипу с плотностью 0,5-0,6 г/см³ имеет высокую жесткость. Получить материал с меньшей жесткостью, используя известный метод снижения плотности за счет увеличения содержания воды, не удается, так как увеличение количества воды также приводит к повышению жесткости материала.

Введение пластификатора, состоящего из смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, позволяет при увеличении содержания воды в системе сохранить высокую эластичность пенополиуретана. Кроме того, применяемый пластификатор является активным для полиуретановых систем, он содержит гидроксильные группы и вступает во взаимодействие с концевыми изоцианатными группами компонента Б, благодаря чему входит в основную цепочку полимера и обеспечивает высокие прочностные свойства готового пенополиуретана.

Для получения пенополиуретана необходимой плотности компоненты берутся в определенном массовом соотношении, приведенном выше. Это позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ обладает "новизной" и соответствует критерию "изобретательский уровень".

Благодаря использованию совокупности отличительных существенных признаков предлагаемый способ позволяет получать эластичные пенополиуретаны с плотностью 0,06-0,20 г/см³, обладающие высокими прочностными характеристиками и эластичностью, и позволяет значительно сократить расход материала. Это дает возможность также сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "полезный эффект".

Приводим примеры конкретных способов получения пенополиуретанов.

Пример 1. Компонент А готовят из смеси следующих компонентов: в 100 г полиокситетраметиленгликоля вводят 0,4 г триэтилендиамина, предварительно растворенного в 2,3 г дистиллированной воде, затем добавляют последовательно 0,09 г триэтиламина, 7,5 г пластификатора, состоящего из смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, 0,08 г дибутилдилаурат олова и 0,5 г эмульгатора ПМС. Смесь перемешивают механической мешалкой с числом оборотов 1500 об/мин при 20-25^oC в течение 20-30 мин.

Компонент Б представляет собой преполимер, который готовят смешением двух диизоцианатов: ТДИ и полиизоцианат, взятых в соотношении 90:10 и полиокситетраметиленгликоля, который для прохождения реакции дозируют в смесь диизоцианатов с такой скоростью, чтобы температура в реакторе поддерживалась 60-65^oС. Количество полиокситетраметиленгликоля берут из такого расчета, чтобы преполимер имел содержание изоцианатных групп, равное 22±1% По окончании дозирования содержимое реактора перемешивают в течении 1 часа, после чего готовый компонент Б сливают в емкость с плотно закрывающейся крышкой.

Для получения пенополиуретана берется навеска компонента А в количестве 110,87 8 и компонента Б в количестве 87 г.

Смесь интенсивно перемешивают с помощью мешалки с числом оборотов 2000 об/мин и заливают в форму для определения плотности и прочностных характеристик ППУ.

Изготовление изделий из компонентов А и Б в условиях производства производится на литьевых машинах типа "Трузиома". Компоненты смешивают в смесительной головке, откуда смесь подается в заранее подготовленные, покрытые антиадгезивом формы для изготовления седел и сидений.

Формы после заливки выдерживают в течение 10-15 мин при комнатной температуре, после чего готовые изделия извлекают из форм.

Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1.

Свойства пенополиуретанов, полученных по предлагаемому способу, а также по прототипу, приведены в таблице.

Изменения соотношения компонентов в сторону увеличения или уменьшения их содержания не желательно, так как может привести к нарушению структуры пены либо полной невозможности получения вспенного материала (т.е. пены).

На базе предлагаемого способа разработаны новые марки эластичного пенополиуретана типа ППУ-16 с плотностью 0,06-0,2 г/см³ и низкой жесткостью (сопротивление сжатию при деформации 40% составляет 5-13 кПа), обладающие высокими прочностными характеристиками и эластичностью.

Ранее для изготовления велосипедных седел и сидений машин широко применяли губчатые резины, основными недостатками которых являются низкие прочностные характеристики ( σ_p 30-50 кПа) и использование для их получения латекса на основе дефицитного натурального каучука.

Разработанные эластичные пенополиуретаны могут успешно применяться взамен губчатых резин. Велосипеды, изготовленные с сидениями из эластичного пенополиуретана ППУ-16, производственным объединением "Велта" успешно прошли дорожные испытания на дорогах с асфальтовым и грунтовым покрытием.

Формула изобретения

Способ получения эластичных пенополиуретанов путем взаимодействия гидроксилсодержащего компонента, включающего полиокситетра метиленгликоль, воду, аминный катализатор, неионогенный эмульгатор, с изоцианатным преполимером, отличающийся тем, что в качестве аминного катализатора используют триэтиламин и триэтилендиамин, в гидроксилсодержащий компонент дополнительно вводят пластификатор, состоящий из смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров и дибутилдилаурат олова, а в качестве изоцианатного преполимера используют преполимер на основе смеси толуилендиизоцианата с полиизоцианатом, взятых в соотношении 90 10, и полиокситетраметиленгликоля, при содержании NCO-групп 22±1% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Полиокситетраметиленгликоль 100
Триэтилендиамин 0,4 0,5
Вода 1,25 2,3
Неионогенный эмульгатор 0,35 0,5
Триэтиламин 0,09 0,1
Дибутилдилаурат олова 0,08 0,1
Пластификатор, состоящий из смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров 5,0 7,5
Изоцианатный преполимер с содержанием NCO-групп, равным 22±1% 65 - 87,

РИСУНКИ

Рисунок 1