Способ получения универсальной модифицирующей добавки для полиуретанов и пенополиуретанов

Способ получения универсальной модифицирующей добавки для полиуретанов и пенополиуретанов

Реферат

Изобретение относится к химии и технологии полимеров, а именно к получению полиуретанов и пенополиуретанов для автомобильной и мебельной промышленности.

Известна модифицирующая добавка для полиуретанов, которую получают путем растворения галогенид металла - хлорида двухвалентной меди - в растворителе, в качестве растворителя используют N,N`-диэтилгидроксиламин при мольном соотношении хлорида двухвалентной меди и растворителя 1:1, причем модифицирующую добавку берут в количестве 2,5-3% от массы полиуретана, патент RU 2028318, кл. С 08 G 18/77, 18/22, 79/00, 1995.

Недостатком известной модифицирующей добавки является то, что полученная модифицирующая добавка используется в большом количестве, составляющем 2,5-3%, что значительно снижает термомеханические свойства полиуретанов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения модифицирующей добавки для полиуретанов путем растворения галогенид металла переменной валентности в этаноламине при мольном соотношении галогенид металла : этаноламин, равном 1:5-10, причем модифицирующую добавку берут в количестве 0,05-1,5%, см. патент RU 2193572, кл. С08G 18/77, 18/83, 2000.

Задачей данного изобретения является получение модифицирующей добавки для пенополиуретанов, которая позволяет повысить физико-механические свойства, такие как разрушающее напряжение при растяжении, жесткость при 40% деформации, коэффициент комфорта.

Техническая задача решается способом получения модифицирующей добавки для пенополиуретанов путем растворения галогенида марганца в диметилэтаноламине и ε-капролактаме при мольном соотношении галогенид металла : диметилэтаноламин : ε-капролактам, равном 1:5:5-20.

Решение технической задачи позволяет повысить физико-механические свойства, такие как разрушающее напряжение при растяжении, жесткость при 40% деформации, коэффициент комфорта, на 20%.

Характеристика веществ, используемых при получении модифицирующей добавки для пенополиуретанов, приведена в таблице 1.

Модифицирующую добавку, полученную по заявленному способу, можно вводить как в жесткие и эластичные формованные пенополиуретаны, так и эластичные пенополиуретаны (поролон).

Пример 1. Модифицирующую добавку получают следующим образом: берут 0,05 г хлорида марганца (II) тетрагидрат и растворяют в N,N-диметилэтаноламине. Мольное соотношение хлорид марганца (II) тетрагидрат : N,N-диметилэтаноламин составляет 1:5. Затем вводят при температуре 70°С ε-капролактам таким образом, что мольное соотношение галогенид металла : диметилэтаноламин : ε-капролактам составляет 1:5:5-20. Хлорид марганца (II) тетрагидрат составляет 0,01-0,05% от массы пенополиуретановой системы. Модифицирующую добавку вводят в лапрольную составляющую (компонент «А») при температуре 40°С и перемешивании 3000 об/мин. Рецептура приведена в таблице 2.

Пример 2. Способ осуществляется аналогично примеру 1, отличие состоит в том, что модифицирующую добавку вводят в лапрол 5003.

Пример 3. Способ получения модифицирующей добавки аналогично примеру 1, отличие состоит в том, что модифицирующую добавку вводят в компонент «Specflex NF 374 Polyol» фирмы «Dow».

Пример 4. Способ получения модифицирующей добавки аналогично примеру 1, отличие состоит в том, что модифицирующую добавку вводят в лапрол 504 при температуре 40°С и перемешивании 3000 об/мин. Модифицированный таким образом лапрол 373 используют для получения жестких пен плотностью 30 кг/м³. Рецептура приведена в таблице 3.

Пример 5. Способ получения модифицирующей добавки аналогично примеру 1, отличие состоит в том, что модифицирующую добавку вводят в полиэтиленбутеленгликольадипинат (ПЭБА). Хлорид хлорида марганца (II) тетрагидрат берут в количестве 0,025% от массы полиуретана. Полиэфир разогревают до 80°С, смесь перемешивают при вакуумировании и той же температуре в течение 40 минут. Для получения полиуретана, в данном случае термоэластопласта, в качестве исходного берут форполимер, полученный взаимодействием ПЭБА и 4,4'-дифенилметандиизоцианата при мольном соотношении полиэфир к изоцианату 1:3. Модифицированный форполимер вакуумируют в течение 10-15 минут при той же температуре, после чего вводят удлинитель цепи 1,4-бутандиол в расчете 1,02 моль. Реакционную массу перемешивают в течение 1-2 минут и заливают в форму. Формы помещают в термошкаф при температуре 90-100°С в течение 24 часов.

Таким образом, модифицирующая добавка может быть использована для различных по структуре и составу полиуретанов. Испытания проводились после двухнедельной выдержки образцов в нормальных условиях в соответствии с ГОСТ 15873, кажущую плотность - ГОСТ 409, разрушающее напряжение - ГОСТ 15873, жесткость при сжатии - ГОСТ 6-55-45, твердость по Шору - 263, эластичность по отскоку - ГОСТ 6950. Результаты физико-механических испытаний образцов пенополиуретанов, полученных по заявляемому способу и способу прототипу, представлены в таблице 4-6.

Экспериментальные данные, приведенные в таблице, с использованием модифицирующей добавки, получаемой по заявляемому способу, свидетельствуют о повышении физико-механических свойств, таких как разрушающее напряжение при растяжении, жесткость при 40% деформации и коэффициент комфорта, на 20%.

Таблица 1
Наименование химического вещества	Физико-химические характеристики
Хлорид марганца (II) тетрагидрат	Кристаллическое вещество розового цвета, ММ=197,9, Тдег=108°С. ГОСТ 4879.
ε-капролактам	Бесцветные кристаллы, Тпл=68-70°С. ГОСТ 7850.
N,N-диметилэтаноламин	Жидкость светло-желтого цвета, ММ=89,137, d25=0,887, Ткип=139°С. ГОСТ 6-02-1086.

Таблица 2
Рецептура для эластичного формованного пенополиуретана
Компонент	Количество, мас.%.
Лапрол 5003	100
Вода	3,5
DEoA 100%	0,6
DC 2525	1,2
Polycat-15	0,25
NE1070	0,6
NE210	0,7
MDI	Index 80-105
Примечание: В рецептуре использованы катализаторы фирмы «Air Products».

Таблица 3
Рецептура для жесткого пенополиуретана
Компонент	Количество, мас.%.
Лапрол 373	80
Лапрол 504	20
Вода	3,5
Tegoamin DMCHA	1
Tegostab В 8460	1.5
MDI (NCO-31%)	141
Примечание: В рецептуре использованы катализаторы фирмы «Air Products».

Таблица 4
Показатели	Единицы измерения	Эластичный формованный пенополиуретан (таблица 2)	Эластичный формованный пенополиуретан фирмы «Dow» Specflex NF 374 Polyol
Без модификатора	С модификатором (0,025 мас.%)	Без модификатора	С модификатором (0,025 мас.%)
Количество изоцианата (полиол - 100)	Вес.ч.	56	56	56	56
Кажущаяся плотность	кг/м3	45	45	48	48
Прочность при растяжении	кПа	130	155	160	182
Относительное удлинение	%	110	105	110	105
Упругость (отскок шара)	%	63	63	63	63
Остаточная деформация при сжатии 50%	%	5,9	5,3	5,6	5,0
Жесткость при 40% деформации	кПа	5,4	6,0	6,0	6,5
SAG-фактор	усл. ед.	3,2	4,1	3,8	4,5

Таблица 5
Показатели	Единицы измерении	Жесткий пенополиуретан (таблица 3)
Без модификатора	С модификатором (0,025 мас.%)
Кажущаяся плотность	кг/м3	36	36
Доля закрытых ячеек	%	90	99
Разрушающее напряжение	кПа	0,19	0,25

Таблица 6
Показатели	Единицы измерения	Сегментированный полиуретан
ПБА + 3МДИ + 2БД	ПБА + 3МДИ + 2БД + 0,025% MnCl2
Разрушающее напряжение при 100%	МПа	8,1	10,8
Разрушающее напряжение при 200%	МПа	11,0	13,5
Разрушающее напряжение при 300%	МПа	15,6	18,7
Разрушающее напряжение	МПа	31,3	45,2
Относительное удлинение	%	516	500
Твердость по Шору	усл. ед.	86	93
Эластичность по отскоку	%	46,0	44,0

Способ получения универсальной модифицирующей добавки для полиуретанов и пенополиуретанов растворением галогенида металла в растворителе, отличающийся тем, что используют галогенид металла переменной валентности устойчивой степени окисления, а в качестве растворителя используют N,N-диметилэтаноламин и расплав ε-капролактама при мольном соотношении галогенид металла: N,N-диметилэтаноламин: ε-капролактам, равном 1:5:5-20.