Способ получения огнестойкого пенополиуретана

Изобретение относится к способу получения огнестойкого пенополиуретана. Заявляемый способ заключается во взаимодействии композиции, включающей полиэфирполиол, полиизоцианат, расширенный графит, аминный активатор, стабилизатор, вспениватель - воду или фреон, модифицирующую добавку - многоатомные спирты и цианурат меламина. Полиэфирполиол перед взаимодействием с полиизоцианатом предварительно смешивают с аминным активатором, стабилизатором, модифицирующей добавкой и вспенивателем, а затем добавляют расширенный графит и цианурат меламина при соотношении 1-2:1 и суммарном количестве 15-30 мас.% от общего количества компонентов. Дополнительно, указанная композиция содержит фосфатный антипирен - трихлоэтилфосфат. Изобретение позволяет повысить огнестойкость пенополиуретана при сохранении физико-механических характеристик (кажущаяся плотность 45 кг/м³, разрушающее напряжение при сжатии 330 кПа, коэффициент теплопроводности 0,025 Вт/м² и влагопоглощение 1,0% за 24 часа), отвечающих за тепло- и звукоизолирующие свойства, и может быть использовано в строительстве и на транспорте. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к получению огнестойкого пенополиуретана и может быть использовано в транспорте, строительстве и в других областях, где требуется тепло- и звукозащитные материалы.

Пенополиуретаны относятся к легкогорючим материалам, так как имеют высокую удельную поверхность органических компонентов. Для снижения горючести пенополиуретанов используют обычно метод введения различных добавок - антипиренов.

Известен способ получения невоспламеняемого эластичного пенополиуретана на основе полиэфирполиола, полиизоцианата, активатора, ускорителя, сшивающего агента, пенографита, содержащего ингибитор дыма, отвержденный и денатурированный казеин, защищенный патентом РФ №2040530, МПК С 08 G 18/08, опубл. 1995.07.25.

Недостатком состава является недостаточная огнестойкость, приводящая зачастую к самовозгоранию.

Известен способ получения огнестойкого пенополиуретана посредством введения в композицию расширенного графита в смеси с меламином или его производными, а также мочевиной, тиомочевиной и изоциануровой кислотой, защищенный патентом Jp 02-215857, 28.08.1990 г.

Недостатком известного состава является многокомпонентность, что приводит к усложнению и удорожанию процесса.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является способ получения огнестойкого эластичного пенополиуретана, защищенный патентом РФ №2040531, кл. С 08 G 18/40, опубл. 1995.07.25. Способ включает взаимодействие полиола и полиизоцианата в присутствии ячеистого графита, аминного активатора, стабилизатора и воды, причем ячеистый графит предварительно смешивают с меламином при массовом соотношении 1,5-2,0:3 соответственно и суммарное количество графита и меламина составляет 20-40% массы реакционной смеси. Графит и меламин примешивают сначала к части полиола, а в оставшуюся часть полиола вводят аминный активатор, стабилизатор и воду. Недостатком известного способа являются: недостаточная огнестойкость и низкие физико-механические характеристики, необходимые для подобных материалов, вследствие введения в полиуретановую систему значительных количеств наполнителей.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - создание способа получения жесткого пенополиуретана, сочетающего в себе высокую огнестойкость с сохранением тепло- и звукоизолирующих свойств, присущих применяемым в настоящее время материалам.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении огнестойкости пенополиуретана при сохранении физико-механических характеристик, отвечающих за тепло- и звукоизолирующие свойства.

Указанный результат достигается тем, что в способе получения огнестойкого пенополиуретана на основе композиции, включающей полиэфирполиол, полиизоцианат, расширенный графит, аминный активатор, стабилизатор и вспениватель, композиция дополнительно содержит цианурат меламина и модифицирующую добавку - многоатомные спирты, в качестве вспенивателя композиция содержит воду или фреон, полиэфирполиол перед взаимодействием с полиизоцианатом предварительно смешивают с аминным активатором, стабилизатором, модифицирующей добавкой и вспенивателем, а затем добавляют расширенный графит и цианурат меламина при отношении 1-2:1 и суммарном количестве 15-30 мас.% от общего количества компонентов.

В полиэфирполиол дополнительно может быть введен антипирен - трихлорэтилфосфат.

Совместное введение в полиуретановую рецептуру расширенного графита и цианурата меламина дает синергетический эффект и позволяет получать пеноматериал с высокими огнестойкими свойствами с сохранением тепло- и звукоизолирующих характеристик.

Это связано, скорее всего, с тем, что в нашем случае расширенный графит обладает высокой степенью вспучивания, но низкой механической прочностью вспученного слоя. В тоже время цианурат меламина, обладая значительно более низкой степенью вспучивания, за счет коксообразования при распаде придает вспененному слою хорошую механическую прочность. Поэтому совместное использование этих компонентов как бы дополняет друг друга и требуется значительно меньшее их количество, чем раздельное применение каждого компонента в отдельности.

Цианурат меламина в этой системе значительно эффективнее, чем меламин в прототипе, что отражается на меньшем его количестве в системе по сравнению с меламином. В качестве полиэфирполиола используют, например, лапрол марки 564 (ТУ 2226-019-10488), полученный на основе окиси этилена и окиси пропилена с гидроксильным числом не более 110 мг К на 1 г полиэфирполиола и молекулярной массой 500-600.

Полиизоцианат используют, например, «Супросек 5005» или «Супросек 2456» (фирмы Ханстман, США), которые являются смесью 2,4- и 4,4-изомеров дифенилметандиизоционата.

Аминный активатор - диметилдиэтаноламин (ТУ 6-02-1086-91) или другие амины.

Модификатор - глицерин (ГОСТ 6824-96) или многоатомные спирты.

Вспениватель - вода или фреоны.

Расширенный графит может быть использован, например, марки РГ-М (ТУ 5728-006-115907317-99), полученный обработкой графита серной кислотой и размером частиц не более 50-100 мкм.

Цианурат меламина - Э-ЦМ.

Антипирен - трихлорэтилфосфат ТХЭФ (ТУ 6-06-212-91).

Способ осуществляют следующим образом.

Полиэфирполиол смешивают с расчетными количествами аминного активатора, вспенивателя, модифицирующей добавки, расширенного графита, предварительно смешанного с циануратом меламина в соотношении 1-2:1 и суммарном количестве 15-30 мас.% от общего количества компонентов и тщательно перемешивают до получения однородной массы. Затем приготовленную систему переносят в форму вместе с полиизоцианатом и интенсивно перемешивают в течение 10-15 сек. Через, примерно, 15-20 минут готовый материал извлекают из формы.

Огнезащитные свойства полученного материала оценивали следующим образом.

Образец диаметром 100 мм и толщиной 100 мм вносили в пламя газовой горелки с температурой 900-1000°С и выдерживали в течение 1 мин. Оценка велась визуально: горит или не горит. Кроме того измеряли глубину обугленного, закоксованного слоя.

Кажущуюся плотность материала оценивали по ГОСТ 409-77.

Разрушающее напряжение при сжатии определяли по ГОСТ 23206-78.

Температуру размягчения по ВИКА определяли по ГОСТ 15088-83.

Коэффициент теплопроводности материала определяли по ГОСТ 70-76.

Влагопоглощение материала определяли по ГОСТ 22900-78.

Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение.

Пример 1.

В смеситель, снабженный мешалкой, загружают 30 г лапрола, 1,2 г воды, 0,3 г диметилдиэтаноламина, 4,5 г глицерина, 12,5 г расширенного графита, предварительно смешанного с 12,5 г цианурата меламина и перемешивают в течение 10 мин. Полученную однородную массу переносят в форму, добавляют 50 г полиизоционата и интенсивно (со скоростью 1000 оборотов в мин) перемешивают в течение 15 сек. Через 15 мин готовый материал извлекают из формы.

Примеры 2,3 приготовлены аналогично примеру 1 и представлены в таблице 1.

Огнезащитные и физико-механические свойства полученных материалов представлены в таблице 2. В таблицах 1 и 2 для сравнения показаны состав и свойства типового пенополиуретана САРЭЛ-063 (ТУ 2254-009-48326159-03).

Предлагаемое соотношение компонентов в композиции является оптимальным, найдено экспериментально и обеспечивает получение пенополиуретана с высокими огнестойкими и физико-механическими свойствами. Увеличение суммарного количества цианурата меламина и расширенного графита выше 30 мас.% приводит к ухудшению тепло- и звукоизоляционных свойств за счет увеличения количества наполнителей.

Уменьшение суммарного количества цианурата меламина и расширенного графита ниже 15 мас.% ухудшает огнезащитные свойства материала и переводит его в класс трудногорючих. Изменение соотношения цианурата меламина и расширенного графита в пенополиуретане в меньшую или в большую сторону от соотношения (1-2):1 приводит к исчезновению синергетического эффекта и, как следствие этого, уменьшению огнезащитных свойств материала.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получать огнестойкий пенополиуретан с сохранением основных физико-механических свойств.

Преимуществом заявленного способа перед прототипом является повышение огнестойкости, сохранение тепло- и звукоизолирующих характеристик пенополиуретана: коэффициент теплопроводности и кажущаяся плотность всех приготовленных образцов практически не отличается от стандартного пенополиуретана «САРЭЛ-063», при меньшем содержании наполнителей - антипиренов - расширенный графит и цианурат меламина.

Таблица №1.
Компоненты	Пример №1 Содержание компонентов, г	Пример №2 Содержание компонентов, г	Пример №3 Содержание компонентов, г	САРЭЛ-063 Содержание компонентов, г
Полиизоцианат	50	50	50	50
Лапрол	30	30	30	30
Вода	1,2	1,2	1,2	1,2
Диметилдиэтаноламин	0,3	0,3	0,3	0,3
Глицерин	4,5	4,5	4,5	4,5
Трихлорэтилфосфат	-	-	4	-
Расширенный графит	12,5	25	8	-
Цианурат меламина	12,5	12,5	8	-

Таблица №2.
Свойства	Пример №1	Пример №2	Пример №3	САРЭЛ-063
Огнестойкость. Глубина обугленного слоя, мм	Не горит 10	Не горит 10	Не горит 12	Горит
Кажущаяся плотность, кг/м3	45	45	40	40
Разрушающее напряжение при сжатии, кПа	330	330	330	330
Температура размягчения по ВИКА, Р=1 кг, °С	150	150	145	145
Коэффициент теплопроводности, Вт/м2	0,03	0,03	0,025	0,02
Влагопоглощение за 24 ч, %	1,0	1,0	1,0	<1,0

1. Способ получения огнестойкого пенополиуретана на основе композиции, включающей полиэфирполиол, полиизоцианат, расширенный графит, аминный активатор, стабилизатор и вспениватель, отличающийся тем, что композиция дополнительно содержит цианурат меламина и модифицирующую добавку - многоатомные спирты, в качестве вспенивателя композиция содержит воду или фреон, полиэфирполиол перед взаимодействием с полиизоцианатом предварительно смешивают с аминным активатором, стабилизатором, модифицирующей добавкой и вспенивателем, а затем добавляют расширенный графит и цианурат меламина при соотношении 1-2:1 и суммарном количестве 15- 30 мас.% от общего количества компонентов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в полиэфирполиол дополнительно вводят фосфатный антипирен - трихлорэтилфосфат.