Пенопласт

Пенопласт

Реферат

 

Использование: в качестве теплоизоляции. Сущнось: пенопласт получают на основе, мас. ч: жидкой смолы, полученной из карбамида и/или меламина и формальдегида циклоцепной структуры, содержащей 3 - 23% уроновых и/или 3 - 35% триазиноновых циклов, 61,5 - 75,2%-ной концентрации 5 - 250; органического полиизоционата 50 - 100; аминного катализатора 1 - 15; кремнийорганического катализатора 1 - 30; три(2-хлорэтил)фосфата или бис(бета-хлорэтил)винилфосфата 10 - 50. При получении пенопласта могут использовать модифицирующую добавку в количестве 5 - 50 мас. ч. и наполнитель. 4 з. п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к получению пенопластов на основе карбамидоформальдегидных смол и изоцианатов. Пенопласт используется в качестве теплоизоляционного материала.

Известен пенопласт, полученный на основе карбамидоформальдегидной смолы (КФС), полиизоцианата, кислого катализатора и многоатомного спирта [1] Наиболее близким является пенопласт на основе жидкой смолы, полученной из карбамида и/или меламина и формальдегида, органического полиизоцианата, аминного катализатора [2] Недостатки известных пенопластов низкие водостойкость и термостойкость. Эти недостатки определяются тем, что смолы, используемые при получении пенопластов, имеют линейно-разветвленную структуру.

Известно, что КФС линейной разветвленной структуры содержат метилольные, метиленэфирные группы, легко поддающиеся гидролизу с выделением формальдегида.

Цель изобретения снижение токсичности, повышение водостойкости и термостойкости пенопластов.

Указанная цель достигается путем использования в составе пенопластов карбамидоформальдегидных смол циклоцепной структуры при следующем соотношении компонентов пенопласта, мас.ч. карбамидоформальдегидная и/или карбамидомеламиноформальдегидная смола циклоцепной структуры 50-250; полиизоцианат 50-100; катализатор 1-15; пластификатор 10-50; стабилизатор 1-3.

Карбамидоформальдегидные и/или карбамидомеламиноформальдегидные смолы циклоцепной структуры содержат 3-23% уроновых и/или 3-35% триазиноновых циклов. Дополнительно пенопласт может содержать модифицирующие добавки в количестве 5-50 мас.ч. в качестве которых используют алифатические многоатомные спирты, фенолы и фуриловый спирт, может также содержать неорганический и/или органический наполнитель в количестве 5-50 мас.ч. в качестве которого используют перлит, тальк, гидроокись алюминия, золу, лигнин, рисовую шелуху, силикальцит и др.

Сущностью предлагаемого решения является использование в составе пенопласта КФС циклоцепной структуры вместо смол линейноразветвленной структуры. КФС циклоцепной структуры обеспечивают более высокую термостойкость, гидролитическую устойчивость и, как следствие, меньше выделяют формальдегида в окружающую среду. Так, например, по данным термогравиметрических исследований смолы, содержащие 23% уроновых циклов и 24% триазиноновых циклов, имеют потери массы при 100 и 150^оС 8 и 13% соответственно. Тогда как смола линейноразветвленной структуры 15 и 20% соответственно.

В качестве КФС и/или карбамидомеламиноформальдегидных смол циклоцепной структуры могут быть использованы смолы, в которых мольное соотношение карбамид: формальдегид равно 1:1-2 преимущественно 1:1,1-1,7, а мольное соотношение карбамид: меламин равно 1:0,05-0,35. При синтезе КФС, содержащих триазиноновые циклы, используют аммиак, взятый в количестве до 0,5 моль на 1 моль карбамида. КФС дополнительно могут быть модифицированы многоатомными алифатическими спиртами или их полимерами, преимущественно этиленгликолем, диэтиленгликолем, а также полиэтиленгликолями с мол.м. 1400-1600, например, торговой марки ПЭГ-35, а также фенолами и фуриловым спиртом. Модификатор может быть введен как при синтезе КФС, так и при изготовлении пенопласта. В качестве изоцианатов используют полиизоцианаты на основе дифенилметандиизоцианата с массовой долей изоцианатных групп 25-35% преимущественно полиизоцианаты марок ПИЦ-Б и ПИЦ-К. В качестве добавок повышающих огнестойкость и одновременно пластификаторов пены используют три (2-хлорэтил) фосфат или бис (-хлорэтил)винилфосфонат (винифос). В качестве пенорегуляторов используют кремнийорганические пеногенные поверхностно-активные вещества, представляющие собой гидролитически устойчивый оксиалкиленорганосилоксановый блок-сополимер, марок КЭП-1, КЭП-2 (А и Б), КЭП-3 и т.п. В качестве катализатора используют третичные амины или аминоспирты, преимущественно триэтаноламин.

Получение КФС циклоцепной структуры даны в примерах 1-14, а свойства полученных смол в табл.1.

П р и м е р 1. Смесь, состоящую из 100 г карбамида (1,67 моль), 270,3 г 37%-ного формалина (3,32 моль формальдегида) и 34 г 25%-ного аммиака водного (0,5 моль аммиака), имеющую после смешивания значение рН, равное 8,5, а температуру 55^оС (экзотермия) нагревают до температуры кипения. При температуре кипения в течение 1 ч 20 мин проводят конденсацию до достижения значения рН 5,3. Значение вязкости 12,5 с по вискозиметру В3-1. Затем нейтрализованный форконденсат концентрируют под вакуумом.

П р и м е р 2. Смесь, состоящую из 60 г карбамида (1 моль), 154,2 г 37% -ного формалина (1,9 моль формальдегида) и 1,98 г 25%-ного аммиака водного (0,03 моль), конденсируют в течение 30 мин при температуре 90-94^оС до достижения реакционной смесью вязкости, равной 17 с по вискозиметру ВЗ-4, и величины рН 4,5. После этого реакционную смесь нейтрализуют 4-10%-ным раствором щелочи и концентрируют под вакуумом. Полученный форконденсат охлаждают до 50-70^оС, загружают вторую порцию карбамида и продолжают реакцию до достижения заданных параметров. Смолу при необходимости стабилизируют 0,1 г тетраборатом натрия.

П р и м е р 3. Смесь, состоящую из 120 г карбамида (2 моль), 405,5 г 37% формалина (5 моль формальдегида) и 62,2 г 25%-ного аммиака водного (1 моль), нагревают до температуры кипения 98^оС и конденсируют при этой температуре в течение 5 ч, нейтрализуют, концентрируют под вакуумом до сухого остатка 63,9% Полученная КФС содержит 22% триазиноновых циклов и 0,1% свободного формальдегида.

П p и м е p 4. Смесь, состоящую из 60 г карбамида, 162 г 37%-ного формалина и 26,5 г 25%-ного аммиака водного нагревают до кипения (98^оС) и конденсируют при этой температуре в течение 3 ч до достижения реакционной смесью вязкости 12 с по ВЗ-1 и рН 5,8. Затем форконденсат нейтрализуют, концентрируют под вакуумом. Полученная смола содержит 35% триазиноновых циклов, 0,1% свободного формальдегида и 67,7% сухих веществ.

П р и м е р 5. Смесь, состоящую из 60 г карбамида, 162 г 37%-ного формалина, 20,4 г 25%-ного аммиака водного и 31,8 г диэтиленгликоля нагревают до кипения и конденсируют в течение 1,5 ч до достижения смесью вязкости 13,1 с по ВЗ-4 и рН=5,0. Форконденсат нейтрализуют, концентрируют под вакуумом до вязкости 75 с по вискозиметру ВЗ-1 и охлаждают.

П р и м е р 6. Смесь, состоящую из 60 г карбамида (1 моль), 162 г 37%-ного формалина (2 моль формальдегида) и 20,4 г 25%-ного аммиака водного (0,3 моль), имеющую после смешивания рН 9,2 и температуру 56^оС (экзотермия), нагревают до температуры кипения 94-100^оС, вводят 15 г этиленгликоля (0,25 моль) и конденсируют при этой температуре 1 ч 45 мин до достижения вязкости 13,4 с по вискозиметру ВЗ-4 и рН 4,9. Затем проводят нейтрализацию и концентрирование полученного форконденсата.

П р и м е р 7. Смесь, состоящую из 100 г карбамида (1,67 моль), 270,3 г 37%-ного формалина (3,32 моль формальдегида) и 34 г 25%-ного аммиака водного (0,5 моль аммиака), нагревают до кипения (97^оС) и проводят синтез смолы в течение 2 ч до достижения значения рН 5,2 и значения вязкости 13,2 с по вискозиметру В3-4. Полученный полупродукт нейтрализуют и концентрируют под вакуумом при температуре 65 5^оС до вязкости 140 с по вискозиметру В3-1. Далее загружают 63,1%-ный полиэтиленгликоль в количестве 80,4 г (0,034 моль полиэтиленгликоля ПЭГ-35 с мол.м. 1400-1600), нагревают до температуры кипения и при этой температуре и рН 7,3-7,1 выдерживают смесь в течение 45 мин, после чего смолу нейтрализуют.

П р и м е р 8. Смесь, состоящую из 60 г карбамида (1 моль), 154,2 г 37% -ного формалина (1,9 моль формальдегида) и 2,34 г 25%-ного аммиака водного (0,034 моль аммиака), имеющую после смешения рН 7,3, нагревают до температуры 92^оС и конденсируют при этой температуре в течение 15 мин до значения рН 4,2 и значения вязкости 20 с по вискозиметру ВЗ-4. Нейтрализованный затем форконденсат упаривают под вакуумом при температуре 65 5^оС до показателя преломления 1,442. После этого проводят доконденсацию полупродукта с дополнительным количеством карбамида 16,2 г (0,27 моль) при температуре 60 5^оС. В полученную смолу вводят 111,6 г фурфурилового спирта (1,14 моль) и для стабилизации буру в количестве 0,57 г.

П р и м е р 9. Смесь, состоящую из 60 г карбамида (1 моль), 178,2 г 37% -ного формалина (2,2 моль формальдегида) и 2,41 г 25%-ного аммиака водного (0,035 моль аммиака), имеющую после смешивания рН 6,7, нагревают до 90^оС и при этой температуре проводят конденсацию в течение 25 мин до величины рН 4,8. После этого реакционную смесь нейтрализуют до значения рН 9,0, вводят в количестве 44,1 г (0,35 моль) и продолжают конденсацию в щелочной среде до достижения ограниченной смешиваемости с водой, определяемой по появлению белого хлопьевидного осадка при приливании пробы конденсата к охлажденной до 13-15^оС воде, налитой в пробирку. Затем реакционную смесь охлаждают до 65 5^оС и концентрируют под вакуумом. Массовая доля триазиноновых циклов в смоле составляет 6% Массовая доля сухого остатка 61,5% а свободного формальдегида 0,27% П р и м е р 10. Карбамид в количестве 60 г (1 моль) растворяют в 364,5 г 37%-ного формалина (4,5 моль формальдегида) и нагревают до 80^оС. Затем смесь подкисляют до рН 2,1 и после выдержки в течение 2 ч добавлением 39,6 г (0,66 моль) карбамида соотношение карбамида и формальдегида доводят до 1:2,7. Процесс заканчивают в слабокислой среде (рН 6,6) добавлением еще одной порции карбамида 80,4 г (1,34 моль). Конечное мольное соотношение карбамида и формальдегида 1: 1,5. Массовая доля уроновых циклов в пересчете на сухой остаток в полученном олигомере составляет 23% Массовая доля сухого остатка 67,9% а массовая доля свободного формальдегида 0,12% П р и м е р 11. В реактор загружают 554 г 55,4%-ного формалина и 42 г воды, 99 г карбамида и, поддерживая при этом температуру 85^оС, вводят 1,2 мл 50% -ной серной кислоты до величины рН=2,0. Реакционную смесь нагревают до 100^оС и конденсируют в течение 35 мин. После этого в реактор загружают 37,2 г уротропина и 149 г карбамида и продолжают конденсацию 1,5 ч. При достижении реакционной смесью величины рН 4,85-5,0 в нее вводят 3 г уротропина, затем через каждые 10 мин еще 3 порции по 3 г уротропина. После загрузки последней порции уротропина в реакционную смесь загружают 60 г карбамида и охлаждают в течение 3-5 ч. Полученная КФС циклоцепной структуры содержит 15% уроновых циклов и 30% триазиновых циклов.

П р и м е р 12. В реактор загружают 600 г 55,9%-ного формалина, 45 г воды и 107,3 г карбамида и, поддерживая температуру реакционной смеси 85^оС, вводят 1 мл 50%-ного H₂SO₄ до рН=1,97. Смесь нагревают до 95^оС и ведут конденсацию при этой температуре, периодически добавляя кислоту для поддержания рН в диапазоне 1,8-2,15. Через 35 мин в смесь загружают 40,3 г уротропина и 161 г карбамида. После этого продолжают конденсацию в течение 30 мин при температуре 95 3^оС, поддерживая рН в диапазоне 4,7-7,0 введением 10%-ного раствора щелочи.

П р и м е р 13. В реактор загружают 60 г карбамида и 405,4 г 37%-ного формалина и такое количество серной кислоты, чтобы получить рН=1. После 15 мин перемешивания реакционную смесь нагревают до 90-95^оС и ведут конденсацию при этой температуре в течение 2 ч. Затем вводят вторую порцию карбамида 240 г и проводят конденсацию с одновременным отгоном избытка воды до достижения сухого остатка 65% П р и м е р 14. В реактор загружают 400 г КФ-концентрата, содержащего 60,58%-ного формальдегида и 23,8 1% карбамида, 110 г воды и 160 г карбамида. Смесь нагревают до 90-100^оС в течение 10 мин. После этого загружают 1,35 г 10% -ного раствора хлористого аммония при значении рН, равном 5,25-5,3 ведут поликонденсацию в течение 45 мин до появления слабой коагуляции смеси в воде с температурой 6-14^оС. Полученный продукт нейтрализуют 1 н. раствором едкого натра до рН=8,0, загружают дополнительную порцию карбамида в количестве 134 г и 0,37 г тетрабората натрия и продолжают конденсацию при температуре 60 5^оС в течение 30 мин. Готовую смесь охлаждают до 20-25^оС.

Изготовление пенопласта. Пенопласт получают путем смешивания всех компонентов в следующей последовательности. Предварительно готовят смеси полиизоцианата с пластификатором компонент А и КФС с катализатором и пенорегулятором компонент Б. Затем смешиваются компоненты А и Б. Смешивание осуществляют при температуре 15-100^оС, преимущественно 20-75^оС. Составы пенопластов представлены в табл.2, а параметры вспенивания и свойства пенопластов в табл.3.

Гидролитическая устойчивость, водостойкость пенопластов в сравнении с прототипом даны в табл.4.

Как видно из табл. 4, пенопласты, полученные по данному техническому решению, превосходят прототип. Все предлагаемые пенопласты обладают достаточной механической прочностью и могут быть отнесены к жестким пенопластам.

Разрушающее напряжение при сжатии колеблется в пределах 0,02-0,07 МПа. Коэффициент теплопроводности в воздушно-сухом состоянии 0,03-0,04 Вт/м К.

Формула изобретения

1. ПЕНОПЛАСТ, полученный из композиции, содержащей жидкую смолу на основе карбамида и/или меламина и формальдегида, органический полиизоцианат, аминный катализатор и кремнийорганический стабилизатор, отличающийся тем, что в качестве жидкой смолы использована смола на основе карбамида и/или меламина и формальдегида циклоцепной структуры, содержащая 3 23% уроновых циклов и/или 3 35% триазиновых циклов, 61,5 75,2%-ной концентрации и дополнительно использован три(2-хлорэтил)фосфат или бис( -хлорэтил)винилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Жидкая смола на основе карбамида и/или меламина и формальдегида циклоцепной структуры, содержащая 3 23% уроновых и/или 3 35% триазиновых циклов, 61,5 75,2%-ной концентрации 50 250 Органический полиизоцианат 50 100 Аминный катализатор 1 15 Кремнийорганический стабилизатор 1 30 Три(2-хлорэтил)фосфат или бис( b -хлорэтил)винилфосфат 10 50 2. Пенопласт по п. 1, отличающийся тем, что он получен из композиции, дополнительно содержащей модифицирующую добавку в количестве 5 50 мас.ч.

3. Пенопласт по п. 2, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки использованы фенолы, алифатические многоатомные спирты, фурфуриловый спирт.

4. Пенопласт по п.1, отличающийся тем, что он получен из комопозиции, дополнительно содержащей наполнитель в количестве 5 50 мас.ч.

5. Пенопласт по п.4, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использован неорганический и/или органический наполнитель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4