Активаторная композиция для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения
Владельцы патента RU 2343166:
Федеральное казенное предприятие (ФКП) "Пермский пороховой завод" (RU)
Изобретение относится к химии жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, а именно к активирующим полиоловый компонент активаторным системам, используемым для получения указанных полиуретановых систем. Композиция включает катализатор - диметилэтаноламин, стабилизатор - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров и дополнительно содержит вспенивающий агент - воду. Композиция является экологически безопасной, сохраняющей каталитическую способность в течение длительного хранения и обеспечивает получение жесткого пенополиуретана, обладающего оптимальным для формирования равномерной структуры изделия временем старта, плотностью и улучшенными прочностными характеристиками. 2 табл.
Изобретение относится к химии жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, а именно к активирующим полиоловый компонент активаторным системам, используемым для получения указанных полиуретановых систем.
Жесткие пенополиуретаны заливочного типа находят широкое использование в качестве теплоизоляционного материала. Примеры таких применений включают теплоизоляцию трубопроводов различного назначения и резервуаров в промышленных установках, изоляцию холодильников и использование в качестве наружной теплоизоляции и герметизации зданий и сооружений в строительной промышленности.
Одним из важных факторов, определяющим конечные свойства жесткого пенополиуретана, после определения типа и состава полиолового (А) и изоцианатного (Б) компонентов является выбор наиболее эффективных порообразователей (вспенивающих агентов), катализаторов, пеностабилизаторов, образующих в комплексе так называемую активирующую смесь, пригодную для производства жесткого пенопласта, обладающего необходимым комплексом эксплуатационных свойств для использования его в качестве теплоизоляционного материала.
Известно использование компонентов активаторной системы в составе композиции при получении жесткого пенополиуретана по патенту RU 2001049 от 24.04.92 г МПК C08G 18/18 на изобретение «Композиция для получения жесткого пенополиуретана», предназначенного для теплоизоляции в различных областях промышленности. Данная система для активации полиолового компонента включает катализатор, пенорегулятор, воду и трихлорфторметан.
Недостатком известной композиции является совместное применение полиоловой и активаторной композиций в составе компонента А, применяемого при производстве жесткого пенополиуретана, что существенно снижает стабильность и реакционноспособность к изоцианату компонента А при длительном хранении, снижает каталитическую активность активирующих компонентов, входящих в состав компонента А. Эти факты также отрицательно отражаются на характеристиках вспучивания пены, например время старта, при взаимодействии компонентов А и Б.
Кроме того, в состав композиции включены в качестве порообразователей вредные с экологической точки зрения галогенированные углеводороды (хладоны), вызывающие эффект истощения озонового слоя Земли.
Известна активирующая смесь полиолового компонента, используемая в патенте RU 2103279 C1 от 27.01.1998 г. МПК C08G 18/48, 18/18 на изобретение «Способ получения эластичного пенополиуретана холодного формования и активирующая смесь для его осуществления» при получении эластичного пенополиуретана холодного формования, включающая систему азотсодержащих катализаторов из триэтаноламина, триэтиламина, диметиламинометилфенола и диметилэтаноламина, взятых в соотношении /0,2-0,5/:/0,05-0,30/:/1,6-3,2/:/0,25-0,50/ соответственно, воду и кремнийорганический пенорегулятор.
Указанная активаторная смесь изготовлена с использованием доступных и технологичных ингредиентов, например высокоактивных азотсодержащих катализаторов более мягкого действия, однако не может быть использована для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, т.е. получаемый вспененный материал имеет ограниченную область использования.
Наиболее близкой к заявляемой композиции по составу и технической сущности является активаторная смесь, используемая при изготовлении гидроксилсодержащего компонента (А) и готового пенополиуретана теплоизоляционного назначения, по патенту RU 2005733 от 15.01.1994 г. МПК C08G 18/18, 18/22, C08G 101/00 на изобретение «Активаторная смесь для получения пенополиуретана».
Известная активаторная смесь содержит следующие компоненты, мас.%:
| Олигоэфирный комплекс оксиэтилированной мочевины и | |
| соли щелочного металла и карбоновой кислоты | 41,1-65,8 |
| Кремнийорганический пеностабилизатор | 7,9-28,6 |
| Олигоэфир | Остальное |
Данная активаторная смесь имеет длительное время хранения без изменения каталитической активности (более 1 года), а использование в качестве катализатора олигоэфирного комплекса придает активаторной смеси нелетучесть.
Однако получаемые на основе известной активаторной смеси пенополиуретаны обладают недостаточным уровнем прочностных характеристик (прочность на сжатие), а также имеют низкую плотность и время старта, неоптимальное с позиции обеспечения текучести реакционной массы, необходимой для получения теплоизоляции труб тепловых сетей диаметром до 1020 мм и длиной до 12 м по способу «труба-форма» или «труба в трубе».
Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание экологически безопасной активаторной композиции, сохраняющей каталитическую способность в течение длительного хранения и обеспечивающей получение жесткого пенополиуретана, обладающего оптимальным для формирования равномерной структуры изделия временем старта, плотностью и улучшенными прочностными характеристиками (прочность на сжатие).
Решение указанной выше задачи достигается за счет того, что активаторная композиция для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, включающая стабилизатор и катализатор, содержит в качестве катализатора - диметилэтаноламин, а в качестве стабилизатора - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров, кроме того, дополнительно содержит вспенивающую добавку - воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Диметилэтаноламин | 25,0-35,0 |
| Поверхностно-активное вещество на основе | |
| оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров | 25,0-36,0 |
| Вода | Остальное |
В составе заявляемой активаторной композиции для стабилизации ячеистой структуры в процессе вспенивания используется пеностабилизатор - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров - Пента 483 (ТУ 2483-026-40245042-2004).
Использование воды в качестве химического порообразователя (вспенивателя), пригодного для целей настоящего изобретения, является наиболее подходящим компонентом, обеспечивающим процесс образования полиуретановой пены. Вода (любого ГОСТа) взаимодействует с изоцианатными группами в соответствии с реакцией между NCO и H2O, в результате которой высвобождается диоксид углерода, вызывающий вспенивание.
Для обеспечения оптимального времени старта в состав композиции по предлагаемому изобретению вводится диметилэтаноламин (ТУ 6-02-1086-91), получаемый оксиэтилированием вторичного амина.
Системы, предназначенные для получения жестких формованных пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, характеризуются долгим стартом - временем с начала перемешивания смеси до начала увеличения ее в объеме, позволяющим вспененной массе растекаться равномерно на большую поверхность либо равномерно распределяться в замкнутом пространстве формы, потому величина времени старта (кинетики реакции) должна быть оптимальной с точки зрения дальнейшего формирования изделия с равномерной структурой и внешней поверхностью.
Активаторную композицию получают путем смешения всех компонентов в реакторе при атмосферном давлении без использования обогрева в течение 30 минут. Порядок смешения указанных соединений с точки зрения конечных свойств активирующей смеси не имеет значения.
Заявляемые пределы соотношений между компонентами композиции определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения получения активаторной композиции, сохраняющей каталитическую активность при длительном хранении и пригодной для создания жесткого пенополиуретанового изделия теплоизоляционного назначения, обладающего превосходными эксплуатационными характеристиками.
Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется нижеприведенными экспериментальными данными.
В табл.1 приведены рецептуры активаторных композиций, а в табл.2 - свойства жестких пенополиуретанов, полученных на основе предлагаемых активаторных композиций, в сравнении с прототипом. Для сравнения аналогичные испытания проводились для композиции по прототипу.
Из табл.1 и 2 видно, что по показателям времени старта, плотности и прочности на сжатие получаемого на основе заявляемой активаторной системы пенополиуретана композиция по изобретению превосходит известный состав, т.е. предлагаемое изобретение решает поставленную задачу.
Таким образом, заявляемая активаторная композиция, сохраняющая при длительном хранении каталитическую активность и удовлетворяющая экологическим требованиям, позволяет обеспечить получение высоких прочностных показателей (прочность на сжатие) конечного жесткого пенопласта и времени старта, достаточного для формирования вспененного изделия с равномерной плотностью в объеме и хорошей внешней поверхностью.
| Таблица 1 | ||||
| Компоненты композиции | Содержание в составе, мас.% | |||
| Прототип | Примеры конкретного выполнения | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Олигоэфирный комплекс оксиэтилированной мочевины и соли щелочного металла и карбоновой кислоты | - | - | - | |
| Диметилэтаноламин | - | 25,0 | 30,0 | 35,0 |
| Кремнийорганический пеностабилизатор | 7,5 | - | - | - |
| Поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров | - | 36,0 | 27,0 | 25,0 |
| Вода | - | 39,0 | 43,0 | 40,0 |
| Олигоэфир | Остальное | - | - | - |
| Таблица 2 | ||||
| Свойства жестких пенополиуретановых изделий | Прототип | Составы из табл.1, по примерам | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Плотность | 24,5-60 | 88,0 | 88,0 | 90,0 |
| Время старта, с | 3-10 | 29 | 33 | 38 |
| Предел прочности при сжатии, МПа | 0,146-0,385 | 0,6 | 0,7 | 0,6 |
Активаторная композиция для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, включающая катализатор и стабилизатор, отличающаяся тем, что в качестве катализатора система содержит диметилэтаноламин, а в качестве стабилизатора - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров и дополнительно содержит вспенивающий агент - воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| диметилэтаноламин | 25,0-35,0 |
| поверхностно-активное вещество | |
| на основе оксиалкиленметилсилоксановых | |
| блоксополимеров | 25,0-36,0 |
| вода | остальное |
