Композиция для получения эластичного пенополиуретана
Владельцы патента RU 2326132:
Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к композиции для получения эластичного пенополиуретана и находит свое применение в качестве мастик для гидро- и теплоизоляции фундаментов, сооружений, трубопроводов, а также при заполнении технологических пустот строительных конструкций. Композиция включает при определенном соотношении компонентов: гидроксилсодержащий олигомер-сополимер бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 2100 и содержанием гидроксильных групп 0,92%; изоцианатный компонент - полиметиленполифенилизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29-31%; катализаторы: дибутилоловодилауринат и N,N,N-триэтиламин; воду; глицерин; полидиметилсилоксан и полидиметилсилоксан, модифицированный полиэфиром, в качестве пеностабилизаторов и дополнительно - битум. Изобретение позволяет уменьшить плотность и влагопоглощение эластичного пенополиуретана. В результате использования в композиции битума значительно уменьшается влагопоглощение материала, а также увеличивается вязкость пеносистемы, тем самым представляется возможным сохранение достигнутой в процессе вспенивания плотности материала. Использование в композиции определенных пеностабилизаторов способствует образованию более мелких ячеек, их повышенной стабильности и достижению более низкой плотности пенополиуретана. 2 табл.
Изобретение относится к изоляционным материалам, применяемым в строительстве в качестве мастик для гидро- и теплоизоляции фундаментов, сооружений, трубопроводов, а также при заполнении технологических пустот строительных конструкций.
Известна композиция (патент РФ №2278133, МКИ C08L 13/00, C09D 195/0, опубликованный 01.01.2000), содержащая: низкомолекулярный гидроксилсодержащий дивинилпипериленовый каучук СКДП-Н, пластификатор и/или растворитель, катализатор уретанообразования, полиизоцианатный отвердитель, битум. Недостатком композиции является отсутствие в ней вспенивающих агентов и, как следствие, высокая плотность.
Наиболее близким из известных технических решений является композиция для получения эластичного пенополиуретана (патент РФ №2152960, МКИ C08G 18/69, C08L 75/12, опубликованный 20.07.2000), включающая гидроксилсодержащий олигомер-сополимер бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 1200-3200 и содержанием гидроксильных групп 0,8-1,1%, изоцианатный компонент полиметиленполифенилизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29-31%, оловоорганический и/или аминный катализатор, воду, пеностабилизатор-синтанол ДС-10 на основе продукта гидроксиэтилирования высших жирных спиртов и глицерин и 2,6-дитретбутил-4-метилфенол или 1,4-бензендиол, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Сополимер бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 1200-3200 | |
| и содержанием гидроксильных групп 0,8-1,1% | - 100 |
| Полиметиленполифенилизоцианат с содержанием изоцианатных | |
| групп 29-31% | - 23-46 |
| Оловоорганический и/или аминный катализатор | - 0,085-3,00 |
| Вода | - 1,0-2,5 |
| Пеностабилизатор-Ситанол ДС-10 на основе продукта | |
| гидроксиэтилирования высших жирных спиртов | - 0,2-0,8 |
| Глицерин | - 1,5-4,0 |
| 2,6-Дитретбутил-4-метилфенол или 1,4-бензендиол | - 0,5-1,5 |
Недостатками материалов, полученных на основе данной композиции, являются высокие плотность и влагопоглощение. Низкий технический уровень данной композиции обусловлен недостаточной прочностью стенок ячеек на стадии максимального вспенивания, вызывающей их разрыв, влекущий выделение углекислого газа в окружающую среду и образование дефектной структуры. При улетучивании углекислого газа происходит оседание пены, что влечет увеличение плотности материала. Дефекты поверхности и сквозные ячейки вызывают повышенное набухание образцов в воде.
Техническим результатом предлагаемой композиции является уменьшение плотности и влагопоглощения эластичного пенополиуретана.
Технический результат достигается тем, что композиция для получения эластичных пенополиуретанов содержит гидроксилсодержащий олигомер-сополимер бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 2100 и содержанием гидроксильных групп 0,92%, изоцианатный компонент - полиметиленполифенилизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29-31%, дибутилоловодилауринат, N,N,N-триэтиламин, воду, пеностабилизатор-полидиметилсилоксан и полидиметилсилоксан, модифицированный полиэфиром, глицерин и битум, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Сополимер бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 2100 и содержанием | |
| гидроксильных групп 0,92% | - 100 |
| Полиметиленполифенилизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29-31% | - 36 |
| Дибутилоловодилауринат | - 0,16 |
| N,N,N-триэтиламин | - 1,20 |
| Вода | - 2,0 |
| Глицерин | - 3,0 |
| Полидиметилсилоксан | - 0,05-0,15 |
| Полидиметилсилоксан, модифицированный полиэфиром | - 0,05-0,15 |
| Битум | - 50-100 |
Сущность изобретения заключается в создании новой композиции с использованием битума, позволяющего значительно уменьшить диффузионные характеристики стенок газоструктурных элементов пенополиуретана. Высокая концентрация несовместимого с водой битума в межпузырьковом пространстве вызывает торможение диффузионных процессов, что позволяет значительно уменьшить влагопоглощение материала.
Применение битума также позволяет увеличить вязкость пеносистемы, за счет чего происходит механическое упрочнение ребер мелких ячеек, предотвращающее их разрыв до перехода композиции в высокоэластическое состояние, тем самым позволяя избежать существенного улетучивания оксида углерода и оседания пены, что делает возможным сохранение достигнутой в процессе вспенивания плотности материала.
Использование растворимого в воде полидиметилсилоксана и растворимого в битуме полидиметилсилоксана, модифицированного полиэфиром, на основе полипропиленоксида позволяет повысить совместимость системы каучук-битум и снизить поверхностное натяжение системы, чем способствует образованию более мелких ячеек, их повышенной стабильности и достижению более низкой плотности пенополиуретана.
В качестве гидроксилсодержащего олигомера используется каучук бутадиен-пипериленовый низкомолекулярный СКДП-Н (ТУ 2294-076-05766741-97). Соотношение мономеров 50:50, молекулярная масса 2100, содержание гидроксильных групп 0,92%, динамическая вязкость при 20°С - 11 Па*с.
В качестве изоцианатного компонента используется полиметиленполифенилизоцианат, получаемый фосгенированием продукта конденсации анилина и формальдегида (ТУ 113-03-38-106-90), содержание изоцианатных групп 29-31%, содержание 4,4-дифенилметандиизоцианата 50-60%.
Для получения разветвленной (сшитой) структуры используют глицерин (ТУ 6-09-05-816-78).
В качестве катализаторов используются:
Дибутилоловодилауринат (ТУ 6-02-818-73)
N,N,N-триэтиламин (ГОСТ 9966-85).
В качестве пеностабилизаторов используют силиконовые добавки производства BYK-Chemi: полидиметилсилоксан- BYK-302 и полидиметилсилоксан, модифицированный полиэфиром, на основе полипропиленоксида- BYK-330.
Для приготовления композиции используется нефтяной битум дорожный, строительный, например битум БН 90/10, 80/10, 70/30 и другие марки.
При содержании в композиции битума менее 50 мас.ч. набухание образцов снижается в недостаточной мере. При введении в композицию свыше 100 мас.ч. битума наблюдается резкое увеличение плотности образцов, вызванное оседанием пены до отверждения, что объясняется снижением концентрации взаимодействующих компонентов и, как следствие, замедлением скорости уретанообразования.
Заявленный интервал концентрации пеностабилизаторов обеспечивает достаточно высокие коэффициент вспенивания и поверхностное натяжение газоструктурного элемента. При содержании полидиметилсилоксана или полидиметилсилоксана, модифицированного полиэфиром, менее 0,05 мас.ч. материал обладает недостаточно низкими диффузионными характеристиками. Введение одного из указанных пеностабилизаторов более 0,15 мас.ч. вызывает уменьшение размеров ячеек пенополиуретана, что влечет за собой существенное ухудшение физико-механических свойств.
Для исследования свойств предлагаемого пенополиуретана композиция изготавливается на высокоскоростном смесителе с числом оборота ротора 6000 мин-1. Все компоненты, входящие в состав предлагаемой композиции, предварительно термостатируются при 25°С. На первой стадии осуществляют смешение сополимера бутадиена и пиперилена, глицерина, катализаторов, воды, пеностабилизаторов и битума; продолжительность смешения 60 с. На второй стадии в полученную смесь вводят и перемешивают полиметиленполифенилизоцианат; время перемешивания 20 с. Затем смесь заливают в подготовленную форму.
Определение кажущейся плотности проводили по ГОСТ 409-77; определение напряжения при 40% сжатии, по ГОСТ 26605-93; определение прочности при растяжении по ГОСТ 15873-70, определение остаточной деформации при 50% сжатии, по ГОСТ 18268-72; определение межслойной прочности сцепления по ГОСТ 6950-73.
Состав композиций представлен в табл.1. Физико-механические свойства полученных эластичных пенополиуретанов приведены в табл.2.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. В реактор загружают 100 мас.ч. жидкого каучука СКДП-Н; 3,0 мас.ч. глицерина; 2 мас.ч, воды; 1.2 мас.ч. N,N,N-триэтиламина; битум 75 мас.ч.; дибутилоловодилауринат 0,16 мас.ч., полидиметилсилоксан 0,1 мас.ч., полидиметилсилоксан, модифицированный полиэфиром, 0,1 мас.ч. и перемешивают в течение 60 с. Затем вводят 36 мас.ч. полиметиленполифенилизоцианата и перемешивают 20 с. Полученную смесь заливают в форму. Состав данной композиции соответствует составу 1 в таблице 1. Образец пенополиуретана обладает следующими свойствами: кажущаяся плотность 83 кг/м3; напряжение при 40% сжатии 5,6 кПа; эластичность по отскоку 39%; прочность при растяжении 137 кПа; относительное удлинение при разрыве 120%; остаточная деформация при 50% сжатии на 72 ч при 20°С и на 22 ч при 70°С 3,0% и 5,5% соответственно; прочность сцепления с полидиенуретаном 3,2 кН/м, набухание в воде в течение 24 часов и 120 суток составляет 2,7 и 6,0% соответственно.
Композиции по другим примерам (2-7), контрольные (8-9) готовились аналогичным образом.
Пример 10. Для изучения набухания в воде композиции по прототипу в реактор загружают 100 мас.ч. жидкого каучука СКДП-Н; 3,0 мас.ч. глицерина; 2 мас.ч. воды; 1.2 мас.ч. N,N,N-триэтиламина; дибутилоловодилауринат 0,16 мас.ч., синтанол ДС-10 0,18 мас.ч.; 1,4-бензендиол 1,5 мас.ч. и перемешивают в течение 60 с. Затем вводят 36 мас.ч. полиметиленполифенилизоцианата и перемешивают 20 с. Полученную смесь заливают в форму. Состав данной композиции соответствует составу 12 в таблице 1. Образец пенополиуретана обладает следующими значениями набухания в воде в течение 24 часов и 120 суток составляет 6,5 и 14,2% соответственно.
Как видно из представленных данных, предлагаемая композиция обеспечивает получение пенопластов с кажущейся плотностью 71-93 кг/м3 и более низким набуханием в воде по сравнению с известными. Так, если у пеноматериалов, полученных по прототипу, при кажущейся плотности 144 кг/м3 значение набухания в воде в течение 24 часов и 120 суток составляет 6,5 и 14,2% соответственно, то у пеноматериалов, полученных из предложенной композиции, при кажущейся плотности 71-93 кг/м3 данный показатель меньше в 1,6-3,4 раза.
Кроме того, использование заявляемой композиции позволяет уменьшить расход полимерного связующего и тем самым снизить стоимость материала.
Вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- композиция для получения эластичных пенополиуретанов, включающая сополимер бутадиена и пиперилена, полиметиленполифенилизоцианат, катализаторы, воду, указанные пеностабилизаторы, глицерин и битум, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, предназначена для изготовления изоляционных материалов, применяемых в строительстве в качестве мастик для гидро- и теплоизоляции фундаментов, сооружений, трубопроводов, а также при заполнении технологических пустот строительных конструкций и обеспечивает снижение плотности материала и его влагопоглощения;
- для заявленного изобретения, в том виде как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и экспериментальными результатами;
- композиция для получения эластичного пенополиуретана, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, способна обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
| Таблица 1 | ||||||||||
| Компонентный состав | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Каучук СКДП-Н | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
| Полиметилен полифенилизоцианат | 36,00 | 36,00 | 36,00 | 36,00 | 36,00 | 36,00 | 36,00 | 36,00 | 36,00 | 36,00 |
| Глицерин | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 3,00 |
| Триэтиламин | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 |
| Дибутилоловодилауринат | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 |
| Вода | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 |
| Битум | 75,00 | 50,00 | 100,00 | 75,00 | 75,00 | 75,00 | 75,00 | 75,00 | 150,00 | |
| Полидиметилсилоксан | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,15 | 0,05 | 0,10 | 0,10 | 0,20 | 0,10 | |
| Полидиметилсилоксан, модифицированный полиэфиром | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,15 | 0,05 | 0,20 | 0,10 | |
| Синтанол ДС-10 | 0,80 | |||||||||
| 1,4-бензендиол | 1,50 |
| Таблица 2 | ||||||||||
| Физико-механические показатели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Кажущаяся плотность, кг/м3 | 83,0 | 89,0 | 71,0 | 80,0 | 89,0 | 76,0 | 93,0 | 65,0 | 127,0 | 144,0 |
| Напряжение при 40% сжатии, кПа | 5,6 | 5,8 | 5,3 | 5,6 | 5,3 | 6,1 | 5,8 | 4,9 | 3,2 | 6,2 |
| Эластичность по отскоку, % | 39,0 | 42,0 | 36,0 | 37,0 | 36,0 | 40,0 | 35,0 | 33,0 | 24,4 | 40,0 |
| Прочность при растяжении, кПа | 137,0 | 145,0 | 116,0 | 137,0 | 137,0 | 137,0 | 137,0 | 96,0 | 80,0 | 185,0 |
| Относительно удлинение при разрыве, % | 120,0 | 125,0 | 106,0 | 125,0 | 115,0 | 125,0 | 115,0 | 130,0 | 112,0 | 105,0 |
| Остаточная деформация при 50% сжатии на: на 72 ч при 20°С | 3,0 | 3,3 | 3,0 | 2,9 | 3,3 | 2,7 | 3,0 | 2,0 | 8,2 | 4,2 |
| на 22 ч при 70°С | 5,5 | 5,6 | 5,8 | 5,5 | 5,5 | 5,3 | 5,7 | 4,5 | 9,3 | 5,1 |
| межслойная прочность сцепления, кН/м | 3,2 | 3,3 | 2,4 | 3,2 | 2,9 | 3,6 | 2,9 | 3,4 | 2,8 | 4,0 |
| Набухание в воде 24 часа, % | 2,7 | 3,3 | 1,9 | 3,1 | 3,9 | 3,4 | 3,8 | 2,6 | 6,7 | 6,5 |
| Набухание в воде 120 сут, % | 6,0 | 6,5 | 5,2 | 6,0 | 10,0 | 7,0 | 6,6 | 6,4 | 14,2 | 14,2 |
Композиция для получения эластичного пенополиуретана, включающая гидроксилсодержащий олигомер-сополимер бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 2100 и содержанием гидроксильных групп 0,92%; изоцианатный компонент - полиметиленполифенилизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29-31%; катализаторы: дибутилоловодилауринат и N,N,N-триэтиламин; воду; пеностабилизатор и глицерин, отличающаяся тем, что в качестве пеностабилизаторов содержит полидиметилсилоксан и полидиметилсилоксан, модифицированный полиэфиром, и дополнительно битум при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Сополимер бутадиена и пиперилена с молекулярной | |
| массой 2100 и содержанием гидроксильных групп 0,92% | 100 |
| Полиметиленполифенилизоцианат | |
| с содержанием изоцианатных групп 29-31% | 36 |
| Дибутилоловодилауринат | 0,16 |
| N,N,N-триэтиламин | 1,20 |
| Вода | 2,0 |
| Глицерин | 3,0 |
| Полидиметилсилоксан | 0,05-0,15 |
| Полидиметилсилоксан, модифицированный полиэфиром | 0,05-0,15 |
| Битум | 50-100 |
