Композиция для получения эластичного пенополиуретана методом формования

 

Композиция для получения эластичного пенополиуретана методом формования включает, мас. ч.: простой полиэфир с молекулярной массой 4500-6000 94,7-95; простой полиэфир с молекулярной массой 200-300 1,3-1,8; пенорегулятор 0,4-0,5, в качестве катализатора бисдиметилгексаметилендиамингуанидин 0,05-0,2 и вода 2,8-3,0. Композиция обеспечивает уменьшение кажущейся плотности и улучшение прочностных характеристик пенопласта.

Изобретение относится к технологии получения композиций для изготовления изделий или слоя эластичного пенополиуретана (ППУ) в различных изделиях методом формования, путем смешивания готовых полиэфирных и полиизоцианатных компонентов, вспенивания и отверждения вспененной массы.

Известные полиэфирные композиции для получения эластичного ППУ, сформованного в виде готового целевого изделия, получают смешением с полиизоцианатным компонентом следующих составляющих: гидроксилсодержащего вещества (ГВ), пенорегулятора (ПР), вспенивающего агента (ВА) и катализатора (К) (Саундерс Ж.Х., Фриш К.К. Химия полиуретанов. -M.: Химия, 1968, 470 с.).

В качестве (ГВ) обычно используют эфиры, третичные спирты (триолы), оксиалкилтриолы или их смеси.

В качестве (ПР) или эмульгатора используют кремнийорганические соединения.

(ВА) служат обычно различные хладоны. В отдельных композициях данную роль играют добавки воды и вещества, взаимодействующие с выделением оксида углерода.

В качестве (К) чаще всего применяют третичные амины или металлоорганические соединения.

Металлоорганические катализаторы, преимущественно, соединения олова, исключительно эффективны, но экологически опасны, а главное с переходом на экологически чистые технологии вспенивания массы требуют добавки к ним различных модификаторов, активирующих взаимодействие изоцианатов с водой. Хотя доля катализаторов в массе пенопласта относительно низка (0,3-5%), их роль на качество пенопласта и изделий из них исключительно велика.

Механизм действия катализатора при образовании ППУ очень сложен из-за того, что процесс включает ряд параллельно протекающих реакций прироста цепей и формирования объемной структуры.

Несмотря на отсутствие единого трактования механизма каталитического действия, совершенно очевидно, что катализатор определяет не только скорость подъема пены, время индукции пенообразования, время отверждения, но главное влияет на плотность, прочность и потребительские качества изделии из ППУ.

Благодаря оптимальному сочетанию свойств во всех традиционно сформировавшихся композициях, содержащих (ВА), для изготовления ППУ методом формования используют как катализатор 1,4-диазобицикло (2,2,2)октан, именуемый ДАБКО, или триэтилендиамин (ТЭДА) (SU A 1636419).

Широта использования ДАБКО объясняется его действием не только на реакцию уретанообразования, но и на гидролиз изоцианата.

Сложность и многостадийность технологии ДАБКО определяет его высокую стоимость на мировом рынке.

Однако ДАБКО малоактивен к реакциям изоцианата с гидроксилсодержащими веществами, доля и роль которых в образовании ППУ велика, а так же малоактивен в реакциях тримеризации, существенно определяющих объемную структуру пенопласта.

Возрастание требований к экологичности технологии и комфортности изделий из ППУ предъявляет новые повышенные требования к катализаторам образования пенополиуретанов, которым ДАБКО уже не удовлетворяет.

Все это привело к необходимости разработки новых композиций как с использованием ДАБКО с добавками, так и на основе новых, более активных катализаторов.

Часто новые катализаторы также имеют торговую марку ДАБКО, но содержат функционально новые соединения например: ДАБКО I, ДАБКО BL-I9, ДАБКО TEther, ДАБКО Toyocat и другие.

Так, с целью снижения токсичности и обеспечения технологичности и высоких механических показателей в качестве катализатора применяют смесь ДАБКО (0,1-0,4%), третичного аминоспирта (0,1-5%) и мочевины (0,5-1,5%) (SU 735604 A).

Однако получаемые при этом изделия имеют высокую плотность сформированной массы, что свидетельствует о неудовлетворительном балансе скоростей уретано- и газообразования.

Для повышения эффективности аминного катализатора без добавки металлоорганического компонента в качестве катализатора в состав композиции вводят метилпроизводное ДАБКО, но это понижает плотность пенопласта лишь на 5-7% (SU 1581725 A, 1990).

В качестве катализатора в композиции для получения пенополиуретана применяют производные пиперазина, в частности - гидроксиалкилпиперазин. Однако время вспенивания и плотность пенопласта остаются достаточно высокими, что снижает потребительские качества изделий из пенопласта.

(Реферативный журнал "Химия", М, ВИНИТИ (РЖХ) 1980, реф. 16Т196П. GB 2144116 A, 1985.).

Скорость вспенивания и отверждения возрастает в 2 раза при введении в состав композиции в качестве катализатора бис (диметиламинометил) циклогексилидена формулы: (CH₃)₂NCH₂C₆H₁₀CH₂N(CH₃)₂, но это не гарантирует высокую механическую прочность пенопласта. (РЖХ 1988, реф. 11572П. JP 60-254068, 1987).

Наиболее близкой по существу к предложенной композиции является композиция для получения формованных деталей из эластичного пенополиуретана, принятая авторами за прототип. (SU 1495341 A, 1989).

Способ заключается в смешении композиции из простого полиэфира с молекулярной массой 4500-6000, азотсодержащего аолигоэфира, вспенивающего агента, пенорегулятора, воды и катализатора ДАБКО с композицией из толуилендиизоцианата с полиизоцианатом, дозировании смеси в форму, вспенивании, отверждении и извлечении изделий из формы. Недостатком полиэфирной композиции, полученной по данному способу, является относительно высокая кажущаяся плотность пенопласта в изделии (53-54 кг/м³) и низкие прочностные характеристики пенопласта (разрушающее напряжение при растяжении 0,82 кг/см², относительное удлинение при разрыве 125%).

Задачей изобретения является создание полиэфирной композиции, обеспечивающей уменьшение кажущейся плотности и улучшение прочностных характеристик пенопласта за счет большей сбалансированности процесса газовыделения и уретанообразования в ходе формования изделия. Поставленная цель достигается применением в составе композиции нового катализатора, в качестве которого используют бис-диметилгексаметилендиамингуанидин.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении пенопласта с лучшими потребительскими свойствами, в том числе снижении веса изделия и повышении прочности его при одновременном снижении расхода катализатора и композиции.

Применение бисдиметилгексаметилендиамингуанидина в составе полиэфирной композиции для получения пенополиуретана в известных технических решениях не выявлено.

Предлагаемая композиция имеет следующий состав, мас.ч.: Простой полиэфир с молекулярной массой (ММ) 4500-6000 - 94,7-95,0 Простой полиэфир с молекулярной массой (ММ) 200-300 - 1,3 - 1,8 Пенорегулятор - 0,4- 0,5 Вода - 2,8- 3,0 Катализатор-бисдиметилгексаметилендиамингуанидин - 0,05-0,2 В нижеследующих примерах в качестве простого полиэфира с м.м. 4500-6000 используют Лапрол 5003-2-15 (ТУ 2226-015-104 87057-94), в качестве простого полиэфира с м.м. 200-300. используют Лапрол 202-3 (ТУ 6-05-2046-87), в качестве пенорегулятора используют любые известные пенорегуляторы, например кремнийорганический.

Пример 1.

Полиэфирную композицию (компонент А) готовят смешением при 15-25^oC. 95 мас. ч. простого полиэфира с ММ 5000, 1,35 мас.ч. простого полиэфира с ММ 300, 0,45 мас.ч. пенорегулятора, 3.мас.ч. воды и 0,2 мас.ч. бисдиметилгексаметилендиамингуанидина. Полученную композицию (А) смешивают с компонентом (Б), содержащим 30 мас.% полиизоцианата и 70 мас.% толуилендиизоцианата в соотношении 2,7:1 и заливают в форму.

По завершении формования образец пенопласта имеет кажущуюся плотность 48 кг/м³, разрушающее напряжение при растяжении составляет 0,87 кг/см², относительное удлинение при разрыве 130%.

Пример 2.

Полиэфирную композицию готовят смешением 95 мас.ч. простого полиэфира с ММ 5000, 1,55 мас. ч. полиэфира с ММ 300, 0,45 мас.ч. пенорегулятора, 2,9 мас.ч. воды и 0,1 мас.ч. бисдиметилгексаметилендиамингуанидина.

Компонент (А) смешивают с компонентом (Б) в соотношении 2,7:1, Образец пенопласта имеет кажущуюся плотность 49,4 кг/м³, разрушающее напряжение 0,87 кг/см², относительное удлинение при разрыве 131%.

Пример 3.

Полиэфирную композицию готовят смешением 95 мас.ч. простого полиэфира с ММ 5000, 1,7 мас. ч. полиэфира с ММ 300, 0,45 мас .ч, пенорегулятора, 2,8 мас.ч. воды и 0,05 мас.ч. бисдиметилгексаметилендиамингуанидина.

Компонент (А) смешивают с компонентом (Б) в соотношении 2,7:1. Образец пенопласта имеет кажущуюся плотность 50,5 кг/м³, разрушающее напряжение при растяжении 0,86 кг/см² относительное удлинение при разрыве 128%.

Пример 4.

Полиэфирную композицию готовят смешением 94,79 мас.ч. простого полиэфира с ММ 5000, 1,8 мас.ч. полиэфира с ММ 300, 0,5 мас.ч. пенорегулятора, 3,0 мас.ч. воды и 0,02 мас.ч. бисдиметилгексаметилендиамингуанидина.

Компонент (А) смешивают с компонентом (Б) в соотношении 2,7:1. Образец пенопласта имеет кажущуюся плотность 61 кг/м³, разрушающее напряжение при растяжении 0,73 кг/см², относительное удлинение при разрыве 117%.

Пример 5.

Полиэфирную композицию готовят смешением 94,7 мас.ч. простого полиэфира с ММ 5000, 1,7 мас.ч. полиэфира с ММ 300, 0,45 мас.ч. пенорегулятора, 2,8 мас.ч. воды и 0,35 мас.ч. бисдиметилгексаметилендиамингуанидина.

Компонент (А) смешивают с компонентом (Б) в соотношении 2,7 :1. Образец пенопласта имеет кажущуюся плотность 47 кг/м³, разрушающее напряжение при растяжении 0,87 кг/см², относительное удлинение при разрыве 131%.

Таким образам, необходимая доля катализатора в композиции составляет 0,05-0,2 мас. ч. на 96-96,8 мас.ч. полиэфиров. Дальнейшее увеличение доли катализатора в композиции не дает существенного улучшения прочностных характеристик пенопласта.

Предлагаемая композиция по сравнению с прототипом позволяет: снизить расход катализатора в 1,5-2 раза, повысить прочностные характеристики пенопласта в 1,06 раза и за счет уменьшения кажущейся плотности снизить расход пенополиуретана на единицу изделия из пенопласта в 1,13 раза.

Формула изобретения

Композиция для получения эластичного пенополиуретана методом формования, включающая простой полиэфир с молекулярной массой 4500 - 6000, простой полиэфир с молекулярной массой 200 - 300, пенорегулятор, катализатор и воду, отличающаяся тем, что в качестве катализатора она содержит бисдиметилгексаметилендиамингуанидин при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Простой полиэфир с молекулярной массой 4500 - 6000 - 94,7 - 95,0
Простой полиэфир с молекулярной массой 200 - 300 - 1,3 - 1,8
Пенорегулятор - 0,4 - 0,5
Бисдиметилгексаметилендиамингуанидин - 0,05 - 0,2
Вода - 2,8 - 3,0