Композиция для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения

Композиция для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения

Реферат

Изобретение относится к химии жестких пенополиуретанов, применяемых в качестве теплоизоляционных материалов, и может быть использовано в различных областях промышленности.

Жесткие пенополиуретаны заливочного типа находят широкое применение 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.

Известна композиция для получения жесткого пенополиуретана по патенту RU 2010808, МПК C08G 18/18 от 18.03.92 г. на изобретение «Композиция для получения жесткого пенополиуретана», предназначенного для теплоизоляции в различных областях промышленности.

Композиция включает следующие компоненты, мас.ч.:

Простой полиэфир на основе окиси пропилена	74-76
Оксипропилэтилендиамин	24-26
Катализатор	1,0-1,5
Пенорегулятор	0,9-1,1
Вода	2,3-2,8
Трихлорфторметан	19-21
Полиизоцианат	160-170

Данная вспененная система имеет низкие 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.

Кроме того, в состав композиции включены в качестве вспенивающих добавок вредные с экологической точки зрения галогенированные углеводороды (хладоны), вызывающие эффект истощения озонового слоя Земли.

Известна композиция для получения жесткого пенополиуретана мелкоячеистой закрытопористой структуры по патенту RU 2128676, МПК C08G 18/16, 18/30, C08L 75/04 от 10.04.1999 г. на изобретение «Композиция для получения жесткого пенополиуретана» следующего состава (мас.ч.):

Простой или сложный полиэфир с молекулярной массой 290-500	4,6-9,0
Вспенивающий агент	0,1-10,0
Вода	2,2-3,4
Кремнийорганический пеностабилизатор	0,8-0,9
Третичный амин	1,0-7,0
Раствор карбоксилата щелочного металла в гликоле	1,5-5,5
Трихлорэтилфосфат	71-86
Гидроокись алюминия	0,1-100,0
Полиизоцианат	148-200

Несмотря на высокий уровень огнестойкости за счет присутствия антипирена, получаемый жесткий пенопласт обладает невысоким уровнем прочностных характеристик.

Наиболее близким к заявляемой композиции по составу и технической сущности является состав жесткого пенополиуретана, представленный в патенте RU 2144545, МПК C08G 18/16, C08G 18/48 от 20.01.2000 г. на изобретение «Способ получения жесткого пенополиуретана», предназначенный для изоляции тепло-, газо- и нефтепроводов, холодильных установок и различных строительных объектов.

Вспененный материал содержит следующие компоненты, мас.ч.:

Оксипропилированная сахароза (Лапрол 564 ЭС)	30-50
Оксипропилированный глицерин (Лапрол 373)	20-30
Оксипропилированный этилендиамин (Лапромол 294)	30-40
Вода	1,5-3,0
Кремнийорганический пеностабилизатор	1,2-1,8
Перфторпентан (хладон 141В)	2-15
Глицидол	3-5
Полиизоцианат	200-280

Для данного жесткого пенополиуретана характерны высокая теплостойкость до 220°С и высокое время старта (32-47 с), позволяющие изготавливать теплоизоляцию труб тепловых сетей, имеющих большие диаметры и длины.

Недостатками известного пенопласта являются недостаточная прочность на сжатие, низкая плотность и высокое водопоглощение, а также использование в качестве вспенивающего агента озоноразрушающего соединения - хладон 141В.

Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание экологически безопасной огнестойкой композиции для получения жесткого пенополиуретана теплоизоляционного назначения, обладающего улучшенными прочностными характеристиками (предел прочности на сжатие), высокой плотностью и низким водопоглощением при сохранении оптимального для формирования равномерной структуры изделия времени старта.

Решение указанной выше задачи достигается за счет того, что композиция для получения жесткого пенополиуретана теплоизоляционного назначения, включающая полиэфирполиолы: оксипропилированную сахарозу, оксипропилированный глицерин, оксипропилированный этилендиамин, воду, катализатор, пеностабилизатор, полиизоцианат, содержит в качестве катализатора диметилэтаноламин, в качестве пеностабилизатора - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров, кроме того, композиция дополнительно содержит полиэфир, представляющий собой смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с, и антипиреновую добавку - три-(β-хлорэтил)фосфат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксипропилированная сахароза	6,0-12,0
Оксипропилированный глицерин	1,5-2,5
Оксипропилированный этилендиамин	0,1-0,2
Вода	8,0-12,0
Диметилэтаноламин	6,0-8,5
Поверхностно-активное вещество на основе
оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров	6,0-8,0
Полиэфир, представляющий собой смесь полиолов и
имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг
КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при
температуре 20°С, равную 60 с,	4,0-6,0
Три-(β-хлорэтил)фосфат	8,0-12,0
Полиизоцианат	остальное

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

- оксипропилированный этилендиамин - 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);

- оксипропилированный глицерин - 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);

- оксипропилированная сахароза: 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) или

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 собой смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с, - Полиур АЗ-20 марки А (ТУ 2226-151-04691277-96).

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

Для стабилизации ячеистой структуры в процессе вспенивания используется в заявляемой композиции пеностабилизатор - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров - Пента 483 (ТУ 2483-026-40245042-2004).

Использование воды в качестве химического порообразователя (вспенивателя) является наиболее подходящим компонентом, обеспечивающим процесс образования полиуретановой пены. Вода (любого ГОСТа) взаимодействует с изоцианатными группами в соответствии с реакцией между NCO и Н₂О, в результате которой высвобождается диоксид углерода, вызывающий вспенивание.

Для обеспечения оптимальных характеристик процесса вспенивания (время старта) в состав композиции по предлагаемому изобретению вводится диметилэтаноламин (ТУ 6-02-1086-91), получаемый оксиэтилированием вторичного амина.

В качестве полиизоцианата используется наиболее подходящий ароматический полиизоцианат по ТУ 113-03-38-106 - полимерный 4,4'-дифенилметандиизоцианат (МДИ) или импортные аналоги марок Миллионат MR 200, Супрасек 5005, Лупранат М 20S, Десмодур 44V20L, а также смеси МДИ с ди-, три-, тетра- и более высокими изоцианатами, применяемые в производстве жестких пенополиуретанов в качестве основного компонента Б.

Для получения жесткого пенополиуретана необходимо иметь смесь из каталитической (активаторной) смеси, полиолового (А) и полиизоцианатного (Б) компонентов.

Полиоловую композицию получают путем смешения Лапромола 294, Полиура А-01 или Лапрола ЭС-564, Лапрола 373, Полиура АЗ-20 и антипирена в реакторе при атмосферном давлении без использования обогрева в течение 30 минут.

Изготовление активаторной композиции происходит при смешении всех активных добавок (катализатора, вспенивателя, пеностабилизатора) также в реакторе при атмосферном давлении без использования обогрева в течение 30 минут. Каталитическую смесь вводят в компонент А при непосредственном использовании, а затем компоненты А и Б перемешиваются с образованием в итоге вспененного материала.

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

Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется нижеприведенными экспериментальными данными.

В табл.1 приведены рецептуры заявляемой и взятой за прототип композиции, а в табл.2 - характеристики жестких пенополиуретанов, полученных на основе заявляемых смесей, в сравнении с прототипом.

Для сравнения аналогичные испытания проводились для композиции по прототипу.

Из табл.1 и 2 видно, что по показателям «плотность», «водопоглощение» и «предел прочности на сжатие» заявляемая композиция превосходит известный состав, т.е. предлагаемое изобретение решает поставленную задачу.

Таким образом, заявляемая экологически безопасная огнестойкая композиция позволяет получить высокие прочностные показатели конечного жесткого пенопласта и необходимый согласно требованиям к теплоизоляционным материалам (ГОСТ 30732-2001) уровень плотности, водопоглощения при сохранении оптимального времени старта, достаточного для формирования вспененного изделия с равномерной плотностью в объеме и хорошей внешней поверхностью.

Таблица 1
Компоненты композиции	Содержание в составе, % (массовая доля)
Прототип, мас.ч.	Примеры конкретного выполнения
1	2	3
Оксипропилированная сахароза	30-50	6,0	8,0	12,0
Оксипропилированный глицерин	20-30	2,5	1,9	1,5
Оксипропилированный этилендиамин	30-40	0,2	0,15	0,1
Полиэфир, представляющий собой смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с	-	4,0	5,0	6,0
Кремнийорганический пеностабилизатор	1,2-1,8	-	-	-
Поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров	-	6,0	7,0	8,0
Вода	1,5-3,0	12,0	10,0	8,0
Глицидол	3-5	-	-	-
Диметилэтаноламин	-	6,0	7,4	8,5
Три-(β-хлорэтил)фосфат	-	8,0	9,0	12,0
Перфторпентан (хладон 141В)	2-15	-	-	-
Полиизоцианат	200-280	55,3	51,55	43,9

Таблица 2
Свойства жестких пенополиуретановых изделий	Прототип	Составы из табл.1, по примерам
1	2	3
Плотность, кг/м3	38-67	88,0	88,0	90,0
Время старта, с	37-42	36	40	38
Предел прочности при сжатии, МПа	0,28-0,61	0,62	0,7	0,6
Водопоглощение при кипячении в течение 90 мин, %	22	-	8	-

Композиция для получения жесткого пенополиуретана теплоизоляционного назначения, включающая полиэфирполиолы: оксипропилированную сахарозу, оксипропилированный глицерин, оксипропилированный этилендиамин, вспенивающий агент - воду, катализатор, пеностабилизатор, полиизоцианат, отличающаяся тем, что в качестве катализатора содержит диметилэтаноламин, в качестве пеностабилизатора - поверхностно-активное вещество на основе оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров, кроме того, композиция дополнительно содержит полиэфир, представляющий из себя смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-462 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с, и антипиреновую добавку - три-(β-хлорэтил)фосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксипропилированная сахароза	6,0-12,0
оксипропилированный глицерин	1,5-2,5
оксипропилированный этилендиамин	0,1-0,2
вода	8,0-12,0
диметилэтаноламин	6,0-8,5
поверхностно-активное вещество на основе
оксиалкиленметилсилоксановых блоксополимеров	6,0-8,0
полиэфир, представляющий из себя
смесь полиолов и имеющий гидроксильное число
в пределах 329-462 мг КОН/г и
вязкость по вискозиметру ВЗ-246
при температуре 20°С, равную 60 с	4,0-6,0
антипиреновая добавка - три-(β-хлорэтил)фосфат	8,0-12,0
полиизоцианат	остальное