Полиоловая композиция для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения

Полиоловая композиция для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения

Реферат

Изобретение относится к химии жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, а именно к реакционноспособным по отношению к изоцианату композициям, 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.

Основным фактором, определяющим конечные свойства жесткого пенополиуретана, является природа исходных материалов, в частности очень важен тип и состав полиолового (А) и изоцианатного (Б) компонентов. Настоящее изобретение касается состава полиолового компонента. Известно, что, использовав определенный полиол, можно получить жесткие полиуретаны, обладающие необходимым комплексом эксплуатационных свойств для использования их в качестве теплоизоляционного материала.

Известен жесткий пенополиуретан по патенту RU 2237678 от 10.10.2004 г., МПК C08G 18/36, 18/66 на изобретение «Мелкопористые, водовспененные жесткие пенополиуретаны», получаемый при использовании полиолового компонента, который состоит из смеси различных полиолов, воды, катализатора и вспомогательных веществ и добавок.

Однако совместное использование в составе компонента А большого числа активных функциональных добавок (особенно катализаторов) и полиолов существенно снижает стабильность полиоловой смеси при длительном хранении и для сохранения реакционноспособности используемых полиолов к изоцианату требуется в процессе хранения увеличивать содержание катализаторов, вступающих во взаимодействие с другими веществами, что отражается на характеристиках вспучивания пены (время старта) при взаимодействии полиола с полиизоцианатной композицией.

Системы, предназначенные для получения жестких формованных пенополиуретанов, характеризуются долгим стартом - временем с начала перемешивания смеси до начала увеличения ее в объеме, позволяющим системе растекаться равномерно на большую поверхность. Основное нарастание объема - примерно на 80% - происходит между временем старта и началом гелирования, что позволяет вспененной массе наиболее равномерно распределиться в замкнутом пространстве формы либо по большой поверхности, потому величина времени старта (кинетики реакции) должна быть оптимальной с точки зрения дальнейшего формирования изделия с равномерной структурой и внешней поверхностью.

Наиболее близкой к заявляемой композиции по составу и технической сущности является полиэфирполиоловая смесь по патенту RU 2177960 от 10.01.2002 г., МПК C08G 65/25, 18/48, C08L 71/02, C08J 9/02 на изобретение «Полиэфирполиол, способ его получения, полиэфирполиоловая смесь, жесткий пенополиуретан» для получения жестких пенополиуретанов, используемых в качестве теплоизоляции труб для транспортировки горячей воды в системах централизованного отопления.

Смесь содержит следующие компоненты, мас.ч: полиэфирполиол, имеющий ароматичность в пределах от 10 до 35% и функциональность 2,5 экв/моль - 10-50 мас.ч; алифатический или алициклический полиэфирполиол или смесь двух или более алифатических или алициклических полиэфирполиолов с функциональностью 2,5 экв/моль - остальное.

Известная полиэфирполиоловая смесь имеет ароматичность в пределах от 2 до 10%, функциональность от 2,5 до 5,0 экв/моль и гидроксильное число в пределах от 390 до 650 мг КОН/г.

Использование указанной полиэфирполиоловой смеси позволяет изготовить вспененные материалы с невысокой прочностью на сжатие и длительным временем старта, недостаточным для получения формованного изделия с равномерной плотностью в объеме и хорошей внешней поверхностью. Кроме того, получаемый жесткий пенополиуретан имеет ограниченную область использования.

Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание полиоловой композиции, сохраняющей реакционноспособность по отношению к изоцианату в течение длительного хранения и обеспечивающей получение жесткого пенополиуретана, обладающего оптимальным для формирования равномерной структуры изделия временем старта и улучшенными прочностными характеристиками при сохранении высокого уровня основной физической характеристики - плотность.

Решение указанной выше задачи достигается за счет того, что полиоловая композиция для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, включающая полиэфирполиолы, содержит в качестве полиолового реагента четыре полиола:

- продукт взаимодействия окиси пропилена с водным раствором этилендиамина с гидроксильным числом в пределах 729-800 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 50°С в пределах 1500-2000 мПа·с,

- простой полиэфир на основе окиси пропилена и глицерина с гидроксильным числом 480 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 400-500 мПа·с,

- сахарозный полиэфир - продукт оксипропилирования смеси сахарозы и воды с гидроксильным числом в пределах 400-450 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 2000-3000 мПа·с или простой полиэфир на основе окиси пропилена и сахарозной системы с гидроксильным числом в пределах 465-515 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 7500-11500 мПа·с,

- полиэфир из смеси полиолов с гидроксильным числом в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкостью по вискозиметру В3-246 при температуре 20°С, равной 60 с,

кроме того, дополнительно содержит антипиреновую добавку - три-(β-хлорэтил) фосфат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

продукт взаимодействия окиси пропилена с водным раствором этилендиамина с гидроксильным числом в пределах 729-800 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 50°С в пределах 1500-2000 мПа·с - 0,4-0,8;

простой полиэфир на основе окиси пропилена и глицерина с гидроксильным числом 480 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 400-500 мПа·с - 6,5-8,5;

сахарозный полиэфир - продукт оксипропилирования смеси сахарозы и воды с гидроксильным числом в пределах 400-450 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 2000-3000 мПа·с или простой полиэфир на основе окиси пропилена и сахарозной системы с гидроксильным числом в пределах 465-515 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 7500-11500 мПа·с - 28,0-36,0;

полиэфир из смеси полиолов с гидроксильным числом в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкостью по вискозиметру В3-246 при температуре 20°С, равной 60 с - 14,0-25,0;

три-(β-хлорэтил) фосфат - Остальное.

В составе заявляемой полиоловой композиции используются несколько полиэфирполиолов, отличающихся содержанием гидроксильных групп и значениями по вязкости. Это следующие коммерческие продукты:

- Продукт взаимодействия окиси пропилена с водным раствором этилендиамина, обладающий гидроксильным числом в пределах 729-800 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 50°С в пределах 1500-2000 мПа·с - "Лапромол 294" (ТУ 226-010-10488057-94).

- Простой полиэфир молекулярной массой 370±20, получаемый щелочной полимеризацией окиси пропилена и глицерина с последующей фосфатно-сорбентной очисткой, обладающий гидроксильным числом 480 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 400-500 мПа·с - "Лапрол 373"(ТУ 2226-017-10488057-94).

- Сахарозный полиэфир, представляющий собой продукт оксипропилирования смеси сахарозы и воды в присутствии щелочного катализатора и обладающий гидроксильным числом в пределах 400-450 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 2000-3000 мПа·с - "Полиур А-01" (ТУ 2226-478-05763441-2005).

- Простой полиэфир, получаемый щелочной полимеризацией окиси пропилена на сахарозной стартовой системе с последующей очисткой, обладающий гидроксильным числом в пределах 465-515 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 7500-11500 мПа·с - "Лапрол ЭС-564" (ТУ 2226-019-10488057-94).

- Полиэфир, представляющий из себя смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру В3-246 при температуре 20°С, равную 60 с - "Полиур А3-20" марки А (ТУ 2226-151-04691277-96).

Для придания жестким пенополиуретанам теплоизоляционного назначения, получаемым на основе заявляемой полиоловой композиции, огнестойких свойств в состав композиции по предлагаемому изобретению вводится антипирен (огнегасящая добавка) - три-(β-хлорэтил)-фосфат(ТХЭФ) (ТУ 2493-319-05763441-2000), представляющий собой полный эфир ортофосфорной кислоты и этиленхлоргидрина, также обладающий пластифицирующими функциями.

Полиоловую композицию получают путем смешения Лапромола 294, Полиура А-01 или Лапрола ЭС-564, Лапрола 373, Полиура А3-20 и антипирена в реакторе при атмосферном давлении без использования обогрева в течение 30 минут. Порядок смешения указанных соединений с точки зрения конечных свойств полиоловой смеси не имеет значения. Однако, с точки зрения удобства, предпочтительно предварительно смешать полиэфирполиолы, а затем добавить ТХЭФ.

Заявляемые пределы соотношений между компонентами композиции определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения получения полиоловой смеси, пригодной для создания жесткого пенополиуретанового изделия теплоизоляционного назначения, обладающего превосходными эксплуатационными характеристиками.

Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется нижеприведенными экспериментальными данными.

В табл.1 приведена рецептура полиоловой композиции, а в табл.2 - характеристики жестких пенополиуретанов, полученных на основе заявляемых полиоловых смесей, в сравнении с прототипом. Для сравнения аналогичные испытания проводились для композиции по прототипу.

Из табл.1 и 2 видно, что по показателю «плотность» композиция по изобретению не уступает прототипу и находится в норме по требованиям к теплоизоляционным материалам (ГОСТ 30732-2001), а по показателям прочности на сжатие, времени старта даже превосходит известный состав, т.е. предлагаемое изобретение решает поставленную задачу.

Таким образом, заявляемая полиоловая композиция длительного хранения позволяет при сохранении высокого уровня плотности обеспечить получение высоких прочностных показателей (прочность на сжатие), обладающего временем старта, достаточным для формирования вспененного изделия с равномерной плотностью в объеме и хорошей внешней поверхностью.

Таблица 1
Компоненты композиции	Содержание в составе, % (массовая доля)
Примеры конкретного выполнения
1	2	3	4
Полиур А-01или	28,0	32,0	36,0	-
Лапрол ЭС-564	-	-	-	34,0
Лапромол 294	0,4	0,6	0,8	0,5
Лапрол 373	6,5	7,5	8,5	8,0
Полиур А3-20 марки А	25,0	20,0	14,0	18,0
Три-(β-хлорэтил) фосфат	40,1	39,9	40,7	39,5

Таблица 2
Свойства жестких пенополиуретановых изделий	прототип	Составы из табл.1, по примерам
1	2	3	4
Плотность, кг/м3	90,0	88,0	88,0	90,0	92,0
Время старта, с
- изначально	45	30	28	29	32
- через 2 недели хранения	52	31	28	31	32
- через 4 недели хранения	-	31	29	31	-
Прочность на сжатие при температуре 23°С, МПа	0,79	0,84	0,91	0,89	0,92

Полиоловая композиция для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, включающая полиэфирполиолы, отличающаяся тем, что в качестве полиолового реагента композиция содержит четыре полиола:

продукт взаимодействия окиси пропилена с водным раствором этилендиамина с гидроксильным числом в пределах 729-800 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 50°С в пределах 1500-2000 мПа·с,

простой полиэфир на основе окиси пропилена и глицерина с гидроксильным числом 480 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 400-500 мПа·с,

сахарозный полиэфир - продукт оксипропилирования смеси сахарозы и воды с гидроксильным числом в пределах 400-450 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 2000-3000 мПа·с или простой полиэфир на основе окиси пропилена и сахарозной системы с гидроксильным числом в пределах 465-515 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 7500-11500 мПа·с,

полиэфир из смеси полиолов с гидроксильным числом в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкостью по вискозиметру В3-246 при температуре 20°С, равную 60 с,

кроме того, дополнительно содержит антипиреновую добавку - три-(β-хлорэтил) фосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Продукт взаимодействия окиси пропилена
с водным раствором	0,4-0,8
этилендиамина с гидроксильным числом
в пределах	729-800 мг
КОН/г и динамической вязкостью
при температуре 50°С в пределах	1500-2000 мПа·с
Простой полиэфир на основе окиси пропилена и глицерина
с гидроксильным числом 480 мг КОН/г и динамической
вязкостью при температуре 25°С
в пределах 400-500 мПа·с	6,5-8,5
Сахарозный полиэфир - продукт оксипропилирования смеси
сахарозы и воды с гидроксильным числом в пределах
400-450 мг КОН/г и динамической вязкостью
при температуре 25°С в пределах 2000-3000 мПа·с
или простой полиэфир на основе окиси пропилена
исахарозной системы с гидроксильным числом
в пределах 465-515 мг КОН/г и динамической вязкостью
при температуре 25°С в пределах 7500-11500 м Па·с	28,0-36,0
Полиэфир из смеси полиолов с гидроксильным
числом в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкостью
по вискозиметру В3-246 при
температуре 20°С, равную 60 с	14,0-25,0
Три-(β-хлорэтил) фосфат	Остальное