CZ20002072A3

CZ20002072A3 - Nízkohustotní polyurethanové pěny nadouvané oxidem uhličitým a způsob jejich přípravy

Info

Publication number: CZ20002072A3
Application number: CZ20002072A
Authority: CZ
Inventors: Sol M. Mirasol; Debkumar Bhattacharjee
Original assignee: The Dow Chemical Company
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 2000-10-11

Abstract

Způsob přípravy nízkohustotní pěny nadouvané oxidem uhličitým, která vykazuje vysoký obsah uzavřených buněk. Pěny připravené tímto způsobem jsou výhodně použitelné při aplikacích, kde je prováděno tvarování odléváním, jako například při výrobě garážových vrat, dveří, chladících boxů, přenosných chladících zařízení, chladniček a zařízení pro ohřev vody. Použití metody popsané v tomto textu snižuje míru úniků z formy v průběhu procesu odlévání, čímž dochází ke snížení množství odpadních produktů a tedy také nákladů spojených s výrobou předmětů vyplněných pěnovým CO materiálem vytvářených s pomocí procesu odlévání.

Description

Nízkohustotní polyurethanové pěny nadouváné oxidem uhličitým a způsob jejich přípravy.

Oblast techniky

Vynález se týká polyurethanových pěnových materiálů nadouvaných oxidem uhličitým. Vynález se zejména týká nizkohustotnich polyurethanových pěn nadouvaných oxidem uhličitým a způsobu jejich přípravy.

Dosavadní stav techniky

Polyurethanové a polyisokyanurátové pěny (dále označované jako pěny) mohou být používány v široké řadě aplikací. Termín pěny je v tomto textu používán tak, že zahrnuje polyurethanem modifikované polyisokyanurátové pěny a polyisokyanurátové pěny. Tuhé polyurethanové pěny mohou například představovat nosný materiál v aplikacích, kde je žádoucí použití tuhého nosného materiálu. Mezi tyto aplikace patří například: konstrukční materiály pro zastřešování, obkládání, stavební panely, potrubní izolace a izolace nádob; úprava flotací; pěnové materiály pro pěstování květin a pro řemeslné použití; a odlehčené strukturní části například pro oblast lodního stavitelství, leteckého průmyslu a dalších průmyslových oblastí. Tuhé pěnové materiály mohou být připraveny různými postupy, včetně procesu vytváření pěnových bloků, procesu dvoupásové laminace, procesu výroby přerušovaného panelu a procesu odlévání (pour-in-place proces). Každý z procesů dvoupásové laminace, výroby přerušovaného panelu a odlévání může být použit pro přípravu tuhých pěnových materiálů způsobem in-situ v jediném kroku.

Proces odlévání (pour-in-place proces označovaný PIP) je procesem, v jehož rámci je polyurethanová pěnotvorná hmota nalita do prázdné skořepiny, formy nebo pouzdra (které jsou v dalším označovány výrazem forma) a tato pěnotvorná hmota vyplní tuto formu, aby tak vytvořila předmět z pěnového materiálu. Tento PIP proces a jeho výhodné aplikace jsou dobře známé v oblasti přípravy polyurethanových pěn (viz například publikace: Reaction Polymers; Gum, W. F. , Riese, W. , Ulrich, Η. , Eds. Hanser:

New York 1992; str. 575) . Mezi předměty vyráběné procesem PIP je možné například zahrnout garážová vrata, chladící boxy, přenosné chladící schránky, chladničky, dveře a zařízení pro ohřev vody. Pěnové materiály popsané v tomto textu zahrnují tuhé pěny, tvarované pěny a deskovité pěnové produkty.

Pokud jsou polyurethanové pěnotvorné hmoty použity v rámci procesu PIP, mohou tyto hmoty odcházet nebo unikat netěsnostmi z formy, pokud ke vzniku pěny nedochází v procesu nalévání do formy nebo v dostatečně krátkém časovém úseku po tomto nalévání. Unikání z formy může v důsledku vést k vyšším nákladům spojeným s výrobou pěnového produktu, v důsledku ztráty produktu a zvýšených nákladů na údržbu. Podle obvyklé praxe je únik v důsledku netěsností zpravidla redukován přidáním sloučeniny, která při teplotě okolí vykazuje nízkou teplotu varu, do pěnotvorného systému, aby tak byla podporována předexpanze pěnotvorné hmoty nebo napěněním pěnotvorné hmoty na počátku polyurethanové reakce. Tato praxe ovšem obvykle vyžaduje modifikování konvenčního vybavení. Termín předexpanze, jak je použit v tomto textu, se týká zvětšení objemu pěnotvorného systému, tedy reakční směsi vedoucí ke vzniku polyurethanu, před zahájením

polyurethanové reakce.

Při získávání polyurethanových pěnových materiálů jsou zpravidla používána nadouvadla, jako například halogenované alkany, aby tak byla vytvořena buněčná struktura vyskytující se u polyurethanové pěny. Výhodným nadouvadlem může být oxid uhličitý. Oxid uhličitý může být vytvořen jako produkt reakce mezi isokyanátem a vodou, kde voda je zahrnuta v polyurethanové pěnotvorné hmotě. Použití vody a oxidu uhličitého může pomoci redukovat množství halogenovaných alkanů používaných při získávání polyurethanové pěny. Tento způsob tedy může v důsledku vést ke snížení množství halogenovaných alkanů unikajících do atmosféry, což může být žádoucí.

Polyurethanové pěny mohou být získávány s použitím vody nebo kombinace vody a oxidu uhličitého výhradně jako nadouvadla. Tyto pěny (v tomto textu označované jako pěny nadouvané oxidem uhličitým) jsou popsané například v patentu USA č. 5 013 766. Pěny nadouvané oxidem uhličitým mohou být obvykle představovány vysokohustotními pěnami, tedy pěnami vykazujícími celkovou hustotu větší než přibližně 2,3 liber na krychlovou stopu (pcf), tedy 0,0372 g/cm^. Pěny nadouvané oxidem uhličitým a vykazující nízkou hustotu mohou být získávány konvenčními metodami, takové pěny ale mohou vykazovat nízký obsah uzavřených buněk. V určitých aplikacích, kde je požadována nízkohustotní polyurethanová pěna s vysokým obsahem uzavřených buněk, mohou být typické pěny nadouvané oxidem uhličitým nežádoucí.

V oblasti přípravy tuhých polyurethanových pěn by tedy bylo žádoucí vytvořit nízkohustotní pěnu nadouvanou oxidem uhličitým vykazující vysoký obsah uzavřených buněk. V oblasti přípravy tuhých pěnových materiálů by rovněž bylo žádoucí snížit v rámci procesu PIP míru úniku v důsledku netěsností.

Podstata vynálezu

Podle jednoho z aspektů se tedy vynález týká polyurethanové pěnotvorné hmoty zahrnující polyisokyanátovou kompozici a polyolovou kompozici, kde tato polyolová kompozice obsahuje:

(a) přinejmenším jeden polyol iniciovaný aromatickým aminem;

(b) přinejmenším jeden alkylenkarbonát; a (c) vodu.

Podle dalšího aspektu se vynález týká nízkohustotní pěny nadouvané oxidem uhličitým a připravené z polyurethanové pěnotvorné hmoty zahrnuj ící polyisokyanátovou kompozici a polyolovou kompozici, kde tato polyolová kompozice obsahuje:

(a) přinejmenším jeden polyol iniciovaný aromatickým aminem;

(b) přinejmenším jeden alkylenkarbonát; a (c) vodu.

Podle dalšího aspektu se vynález týká způsobu přípravy předmětu vyplněného polyurethanem, kde tento způsob zahrnuje kroky:

(i) nalití polyurethanové pěnotvorné hmoty do formy;

(ii) ponechání této pěnotvorné hmoty tak, aby vyplnila tuto formu; a (iii) vyjmutí pěny následně po dosažení jejího vytvrzení, aby tak byl získán předmět vyplněný ·· ··· · ·· • · · · · · « • · · · · · · polyurethanem, kde tato polyurethanová pěnotvorná hmota zahrnuje polyisokyanátovou kompozici a polyolovou kompozici a kde tato polyolová kompozice obsahuje:

(a) přinejmenším jeden polyol iniciovaný aromatickým aminem;

(b) přinejmenším jeden alkylenkarbonát; a (c) vodu.

Při použití procesu podle tohoto vynálezu může být problém úniku z formy netěsnostmi redukován tím, že pro přípravu pěny je použita procedura PIP. Pěna nadouvaná oxidem uhličitým získaná procesem podle tohoto vynálezu je nízkohustotní pěnou, která může ve srovnání s pěnami vytvořenými podle obvyklé praxe vykazovat 15% až 30% snížení celkové hustoty.

V jednom z možných provedení se vynález týká pěnotvorné hmoty použitelné pro přípravu pěny nadouvané oxidem uhličitým. Pěnotvorná hmota podle tohoto vynálezu zahrnuje polyisokyanátovou kompozici a polyolovou kompozici. Je-li tato polyisokyanátová kompozice zkombinována za vhodných reakčních podmínek s touto polyolovou kompozicí, je získána nízkohustotní polyurethanová pěna podle tohoto vynálezu. Polyolová kompozice podle vynálezu obsahuje materiál schopný reakce s isokyanátem, alkylenkarbonát a vodu. V jedné ze složek nebo v obou složkách této pěnotvorné hmoty mohou být navíc případně zahrnuty další složky.

Do skupiny materiálů schopných reakce s isokyanátem a vhodnými pro použitá v rámci tohoto vynálezu je možno zahrnout polyoly iniciované aromatickým aminem (AAP). Tyto polyoly iniciované aromatickým aminem a vhodné pro použití v rámci vynálezu mohou být získány komerčním způsobem. Například produkt Voranol 391 (Obchodní označení společnosti Dow Chemical Co.) je komerčně dostupným polyolem vhodným pro použití v rámci tohoto vynálezu. Voranol 391 je polyol iniciovaný aromatickým aminem připravený z o-toluendiaminu, ethylenoxidu a propylenoxidu.

Polyoly iniciované aromatickým aminem (AAP) mohou být obecně získávány reakcí aromatického aminu s alkylenoxidem za vhodných reakčních podmínek, například za vhodně zvolené teploty, hodnoty pH a typu katalyzátoru. Teplotní rozsah vhodný pro přípravu AAP podle tohoto vynálezu může například ležet v rozmezí od 100 °C do 135 °C. Ve výhodném provedení se potom tato teplota pohybuje v rozmezí od 110 °C do 130 °C. Ve zvlášť výhodném provedení se tato teplota pohybuje v rozmezí od 120 °C do 130 °C, v nejvýhodnějším provedení v rozmezí od 125 °C do 130 °C.

Polyol iniciovaný aromatickým aminem (AAP) podle tohoto vynálezu může být získán při hodnotě pH pohybující se v rozmezí od 7,5 do 12. Ve výhodném provedení hodnota pH leží v rozmezí od 8 do 11,5. Ve zvlášť výhodném provedení tato hodnota pH leží v rozmezí od 8,5 do 11, podle nejvýhodnějšího provedení v rozmezí od 9 do 11. V rámci procesu získávání polyolu iniciovaného aromatickým aminem (AAP) podle tohoto vynálezu může být použit katalyzátor. Do skupiny katalyzátorů vhodných pro přípravu polyolů podle tohoto vynálezu je možno zahrnout například dimethylcyklohexylamin, dimethylethanolamin a diethylethanolamin ve formě sloučenin a také ve formě směsí těchto látek; hydroxidy kovů první a druhé skupiny, jako například hydroxid sodný, hydroxid vápenatý, hydroxid barnatý, hydroxid lithný, ve formě sloučenin a také ve formě směsí těchto látek.

Polyol iniciovaný aromatickým aminem (AAP) vhodný pro použití v rámci tohoto vynálezu může vykazovat molekulovou hmotnost pohybující se v rozmezí od 425 do 900. Ve výhodném provedení se molekulová hmotnost AAP pohybuje v rozmezí od 520 do 825. Ve zvlášť výhodném provedení se molekulová hmotnost AAP pohybuje v rozmezí od 560 do 640. Podle nejvýhodnějšího provedení se molekulová hmotnost AAP pohybuje v rozmezí od 560 do 590. Hydroxylové číslo AAP podle vynálezu se může pohybovat v rozmezí od 250 do 530. Ve výhodném provedení se hydroxylové číslo pohybuje v rozmezí od 325 do 465. Ve zvlášť výhodném provedení se hydroxylové číslo pohybuje v rozmezí od 350 do 450, zatímco v nejvýhodnějším provedení se toto hydroxylové číslo pohybuje v rozmezí od 380 do 430. Průměrná funkcionalita AAP podle tohoto vynálezu není ve výhodném provedení nižší než 2. Ve zvlášť výhodném provedení se hodnota průměrné funkcionality AAP pohybuje v rozmezí od 3 do 5.

V nejvýhodnějším provedeni se hodnota průměrné funkcionality pohybuje v rozmezí od 3,2 do 4,1.

Polyoly podle tohoto vynálezu jsou připravovány z alkylenoxidů a z iniciátoru, který je představován aromatickým aminem. Do skupiny aromatických aminů vhodných pro přípravu AAP podle tohoto vynálezu je možno zahrnout jakýkoli difunkční nebo polyfunkční aromatický amin. Mezi vhodné aromatické aminy je možno zahrnout: isomery toluendiaminu (TDA), jako například 2,6-TDA a 2,4-TDA; isomery methylendiaminu (MDA), jako například 2,2’-MDA,

2,4’-MDA a 4,4’-MDA; oligomery MDA, mezi kterými mohou být například zahrnuty směsi isomerních sloučenin obsahujících od 3 do 6 aromatických kruhů; alkylové deriváty aromatických « ·

aminů, jako například 4-methyl-2,6-TDA a isomery dimethyl-MDA; halogenované deriváty TDA, jako například 3-chloro-2,4-TDA; jako sloučeniny a také ve formě směsí kterýchkoli z těchto látek.

Alkylenoxidy vhodné pro použití v rámci tohoto vynálezu zahrnují oxidy obsahující od 2 do 8 uhlíkových atomů, ve výhodném provedení od 2 do 4 uhlíkových atomů. Vhodnými alkylenoxidy mohou například být ethylenoxid, propylenoxid, 1,2-butylenoxid, 2,3-butylenoxid, styrenoxid, epichlorhydrin, 3-methyl-l,2-butylenoxid, ve formě sloučenin a také ve formě směsí těchto látek. V provedení podle tohoto vynálezu j sou preferovány polymery a kopolymery propylenoxidu.

V pěnotvorné hmotě podle tohoto vynálezu může být AAP přítomen jako jediná polyolová složka v polyolové kompozici nebo mohou být v této kompozici případně zahrnuty další polyoly. Pokud jsou tyto další polyoly obsaženy, potom mohou být přítomny v množství pohybujícím se v rozmezí od 1% do 50% hmotnostních, vztažených na celkový obsah polyolu. Ve výhodném provedeni je tento další polyol přítomen v množství pohybujícím se v rozmezí od 0% do 10% hmotnostních.

Voda je v polyolové kompozici podle tohoto vynálezu obsažena v množství pohybujícím se v rozmezí od 1 dílu do 12 dílů hmotnostních na 100 hmotnostních dílů AAP. Ve výhodném provedení je voda obsažena v množství pohybujícím se v rozmezí od 3 dílů hmotnostních do 9 dílů hmotnostních. Ve zvlášť výhodném provedení je voda obsažena v množství pohybujícím se v rozmezí od 5 dílů hmotnostních do 8 dílů hmotnostních, přičemž v nejvýhodnějším provedení je voda obsažena v množství pohybujícím se v rozmezí od 6,5 dílů hmotnostních do 7,5 dílů hmotnostních na 100 hmotnostních dílů AAP.

V pěnotvorné hmotě podle tohoto vynálezu je obsažen alkylenkarbonát. Alkylenkarbonát vhodný pro použití podle tohoto vynálezu je charakterizován jednou nebo druhou z níže uvedených struktur I nebo II:

O

I Π ve kterých:

každý ze symbolů , R2, R3 a R4 představuje navzájem na sobě nezávisle vodík nebo jeho kombinaci a alkylsubstituenty u struktury I, zatímco každý ze symbolů R$ a Rg představuje navzájem na sobě nezávisle alkylsubstituenty u struktury II. Alkylsubstituenty struktury I nebo II mohou být představovány alkylovými skupinami obsahuj ícími od 1 do 8 uhlíkových atomů. Vhodné alkylové substituenty mohou být alifatické, aromatické, cyklické nebo acyklické, substituované nebo nesubstituované. Jako příklady vhodných alkylových substituentů je možno uvést: methylovou skupinu, ethylovou skupinu, n-propylovou skupinu, isopropylovou skupinu, n-butylovou skupinu, isobutylovou skupinu, pentylovou skupinu, hexylovou skupinu, cyklohexylovou skupinu, fenylovou skupinu, hydroxyfenylovou skupinu, fenylmethylovou skupinu, methylfenylovou skupinu, bromfenylovou skupinu a chlormethylovou skupinu, ve formě

sloučenin a také ve formě jejich směsí. Mezi vhodné alkylenkarbonáty například patří: ethylenkarbonát, propylenkarbonát, butylenkarbonát, styrenkarbonát (nebo l-fenylethylenkarbonát), isobutylenkarbonát, dimethylkarbonát, diethylkarbonát, di-t-butylkarbonát, dibenzylkarbonát, difenylkarbonát, fenyl-ethylkarbonát, ve formě sloučenin a také jejich směsí.

Alkylenkarbonáty vhodné pro použití v rámci tohoto vynálezu jsou známé a mohou být získávány komerčním způsobem. Předpokládá se, že čistota alkylenkarbonátu není kritickým faktorem v rámci předmětného vynálezu. Například propylenkarbonát je komerčně dostupný jako produkt Arconate 1000™ od společnosti Areo Chemical Co., s minimální čistotou 99%, přičemž se ale předpokládá, že nižší čistota nebude na závadu z hlediska provedení podle vynálezu. Alkylenkarbonát podle tohoto vynálezu může být obsažen v množství pohybujícím se v rozmezí od 1 dílu hmotnostního do 20 dílů hmotnostních na 100 hmotnostních dílů AAP. Ve výhodném provedení je alkylenoxid zahrnut v množství pohybujícím se v rozmezí od 3 dílů hmotnostních do 15 dílů hmotnostních alkylenkarbonátu na 100 hmotnostních dílů AAP. Ve zvlášť výhodném provedení je alkylenkarbonát obsažen v množství pohybujícím se v rozmezí od 5 dílů hmotnostních do 12 dílů hmotnostních alkylenkarbonátu na 100 hmotnostních dílů AAP. V nejvýhodnějším provedení je alkylenkarbonát zahrnut v množství pohybujícím se v rozmezí od 7 dílů hmotnostních do 10 dílů hmotnostních alkylenkarbonátu na 100 hmotnostních dílů AAP. V provedení podle vynálezu může být tento alkylenkarbonát obsažen bud’ v polyolové kompozici nebo v isokyanátové kompozici. Alkylenkarbonát může být případně také obsažen jako součást jak polyolové tak i isokyanátové kompozice. Ve výhodném provedení je • · · · • · φ* ···· ·· * · · · · · ···· • · · · · ···· • ····· · · · · · ·· ··· ···· •· ··· · · · ·· ·· alkylenkarbonát zahrnut v polyolové kompozici.

V polyolové kompozici podle tohoto vynálezu mohou být případně obsaženy další složky. Tato polyolová kompozice může například dále obsahovat kopolymerní polyoly, polyesterpolyoly, katalyzátory, plnící přísady, zesilovací činidla, povrchově aktivní látky, činidla pro otevírání buněk, činidla pro snadné vyjímání z formy a samozhášecí přísady.

Příklady polyurethanových katalyzátorů vhodných pro přípravu polyurethanové pěny podle tohoto vynálezu jsou katalyzátory na bázi terciárního aminu, jako například triethylendiamin, N-methylmorfolin, dimethylethanolamin, pentamethyldimethylentriamin, N-ethylmorfolin, diethylethanolamin, N-kokomorfolin,

1- methyl-4-dimethylaminoethylpiperazin, bis(Ν,Ν-dimethylaminoethyl)ether a další podobné sloučeniny a také směsi kterýchkoli z těchto sloučenin.

Vhodnými katalyzátory pro použití v rámci tohoto vynálezu jsou rovněž látky, které katalyzují tvorbu isokyanurátů, jako například katalyzátory zmíněné v publikaci: Saunders and Frisch, Polyurethanes, Chemistry and Technology in High Polymers, Vol. XVI, str. 94-97, (1962).

Tyto katalyzátory jsou označovány jako trimerizační katalyzátory. Jako příklad těchto katalyzátorů je možno uvést alifatické a aromatické terciární aminy, organokovové sloučeniny, soli alkalických kovů a karboxylových kyselin, fenoly a symetrické deriváty triazinu. Preferovanými katalyzátory jsou draselné soli karboxylových kyselin, jako například oktoát draselný a draselná sůl kyseliny

2- ethylhexanové a terciární aminy, jako například • · · · • · •· ···· · · • tt · tttttttt • · · · · · · tt · ·

2,4,6-tris(dimethylaminofenyl)fenol.

Katalyzátory na bázi aminu jsou obvykle používány v množství pohybujícím se v rozmezí od 0,1 dílu hmotnostního do 5 dílů hmotnostních, ve výhodném provedení v rozmezí od 0,2 dílu hmotnostního do 3 dílů hmotnostních na 100 hmotnostních dílů polyolové kompozice. Organokovové katalyzátory jsou rovněž vhodné, přičemž jako příklad těchto katalyzátorů je možno uvést organické sloučeniny olova, železa, rtuti a bismuthu, ve výhodném provedení potom organické sloučeniny cínu. V nejvýhodnějším provedení jsou potom použity organické sloučeniny cínu, jako například dibutylcíndilaurát, dimethylcíndilaurát, oktoát cínu, chlorid cínu a podobné sloučeniny. Organokovové sloučeniny jsou obvykle použity v množství pohybujícím se v rozmezí od 0,05 dílu hmotnostního do 0,2 dílu hmotnostního na 100 hmotnostních dílů polyolové kompozice.

Jako příklad povrchově aktivních látek, které mohou být případně v rámci předmětného vynálezu rovněž použity, je možno uvést silikonové povrchově aktivní látky, z nichž většina je představována blokovými kopolymery obsahujícími přinejmenším jeden polyoxyalkylenový segment a jeden póly(dimethylsiloxanový) segment. Mezi další povrchově aktivními látky patří polyethylenglykolethery alkoholů s dlouhými řetězci, terciární aminy nebo alkanolaminové soli alkylsulfátesterů s dlouhými řetězci, alkylsulfonové estery a alkylarylsulfonové kyseliny. Pokud jsou tyto povrchově aktivní látky použity, potom se jejich množství pohybuje v rozmezí od 0,1 dílu hmotnostního do 3 dílů hmotnostních, ve výhodném provedení v rozmezí od 0,3 dílu hmotnostního do 1 dílu hmotnostního na 100 hmotnostních dílů polyolu. Povrchově aktivní látky připravené z ethylenoxidu a butylenoxidu, které jsou popisované například v patentové přihlášce USA Seriál Number 08/342 299 (přihlášené 23. 7. 1996), jsou rovněž použitelné v rámci tohoto vynálezu. Jako příklad zesilovacích činidel je možno uvést diethanolamin a methylen-bis(o-chloranilin) a podobné sloučeniny. Použití činidel pro otevírání buněčné struktury, činidel pro snadné vyjímání z formy, samozhášecích přísad, plnících přísad a dalších aditiv je v rámci dané oblasti techniky známé v souvislosti s modifikováním vlastností z hlediska zpracovatelnosti pěnových materiálů, přičemž použití těchto činidel může být žádoucí v závislosti na zamýšlené koncové aplikaci.

Polyisokyanátová kompozice zahrnuje polyisokyanát.

V rámci předmětného vynálezu může být použit jakýkoli polyisokyanát nebo směs polyisokyanátů, které jsou známé v dané oblasti techniky. Vhodné polyisokyanáty jsou popsány například v patentu USA č. 4 785 027. Tento polyisokyanát může být alifatický nebo aromatický. Do skupiny aromatických polyisokyanátů, vhodných pro použití v rámci předmětného vynálezu, je možno zahrnout: fenyldiisokyanát,

2.4- toluendiisokyanát, 2,6-toluendiisokyanát, ditoluendiisokyanát, naftalen-l,4-diisokyanát,

2,4’-difenylmethandiisokyanát nebo jeho kombinace s 4,4’-difenylmethandiisokyanát (MDI), polymethylenpolyfenylenpolyisokyanáty (polymerní MDI), ve formě sloučenin a také ve formě jejich směsí. Vhodnými alifatickými polyisokyanáty jsou například

1,6-hexamethylendiisokyanát, isoforondiisokyanát,

1.4- cyklohexyldiisokyanát, ve formě sloučenin a také ve formě jejich směsí. Předpolymery připravené reakcí polyolů nebo činidla pro prodloužení řetězce s polyisokyanátem jsou rovněž vhodné.

• * ··*« ·« » · ··· ·· « «··· • · · » · · · · · — 14 — ··. ··· ···· · »· · + * « · · ··

Polyisokyanát může být použit v množství, které je vhodné pro přípravu polyurethan vytvářej ící kompozice s isokyanátovým indexem, jehož hodnota se pohybuje v rozmezí od 90 do 500. Ve výhodném provedení se hodnota tohoto indexu pohybuje v rozmezí od 100 do 130. Ve zvlášť výhodném provedení se hodnota isokyanátového indexu pohybuje v rozmezí od 105 do 115. V nejvýhodnějším provedení se hodnota isokyanátového indexu pohybuje v rozmezí od 105 do 110.

Tento isokyanátový index je určován vydělením počtu ekvivalentů isokyanátu počtem ekvivalentů materiálu schopného reakce s isokyanátem a vynásobením takto získaného poměru číslem 100. Polyisokyanát podle tohoto vynálezu může vykazovat průměrnou funkcionalitu pohybující se v rozmezí od 2,0 do 3,5. Ve výhodném provedení se průměrná funkcionalita pohybuje v rozmezí od 2,5 do 3,3. Ve zvlášť výhodném provedení se hodnota průměrné funkcionality pohybuje v rozmezí od 2,6 do 3,2. V nejvýhodnějším provedení se průměrná funkcionalita pohybuje v rozmezí od 2,6 do 3,0.

V dalším z možných provedení se vynález týká způsobu přípravy předmětu vyplněného polyurethanem procedurou PIP (to znamená pour-in-place proces), při použití pěnotvorného materiálu popsaného v tomto textu. Při provádění PIP procedury je vytváření pěny zpravidla pozdrženo do zahájení reakce uvnitř dutiny tvarovací formy.

V rámci procesu podle tohoto vynálezu dochází při počátečním nalití pěnotvorné hmoty do formy k předexpanzi v důsledku přítomnosti alkylenkarbonátu. Alkylenkarbonát přítomný v pěnotvorné hmotě podle tohoto vynálezu generuje oxid uhličitý v průběhu skladování při kontrolovaných teplotách. Počáteční napěnění chrání pěnu proti únikům z neutěsněné formy a následná tvorba pěny podporuje proces vyplňování • · · ·· · « « * · • » · ř · · · » · formy. V provedení podle tohoto vynálezu je předmět vyplněný polyurethanem získán podle následujících kroků: smíchání polyisokyanátové kompozice a polyolové kompozice při dosažení vhodného isokyanátovém indexu, jak je popsáno v tomto textu; nalití směsi vytvářející polyurethan do formy; ponechání této pěnotvorné směsi tak, aby vyplnila formu, aby byla získána vytvarovaná tuhá pěna; a vyjmutí výsledné pěny následně po dosažení jejího vytvrzení, aby tak byl získán polyurethanem vyplněný předmět.

V rámci procesu podle tohoto vynálezu může být polyolová kompozice, která obsahuje alkylenkarbonát, přechovávána při teplotě pohybující se v rozmezí od 10 °C do 60 °C. Ve výhodném provedení je tato kompozice obsahující alkylenkarbonát přechovávána při teplotě pohybující se v rozmezí od 16 °C do 32 °C, ve zvlášť výhodném provedení při teplotě pohybující se v rozmezí od 18 °C do 27 °C, v nejvýhodnějším provedení při teplotě pohybující se v rozmezí od 21 °C do 24 °C.

Podle dalšího aspektu se předmětný vynález týká nízkohustotní pěny nadouvané oxidem uhličitým a připravené z pěnotvorné hmoty popsané v tomto textu. Pěna podle tohoto vynálezu vykazuje vlastnosti, které jsou přinejmenším ekvivalentní pěnovým materiálům získaným s pomocí konvenčních procesů. Jednou z vlastností pěny, která může být zlepšena s pomocí způsobu podle vynálezu, je celková hustota pěny, při současném zachování rozměrové stability pěny. Celková hustota je hustotou celého dílu vytvarovaného z tuhé pěny. Pěna vytvořená procesem podle tohoto vynálezu může vykazovat celkovou hustotu, která nepřevyšuje 10 pcf (0,1616 g/cnu). Ve výhodném provedení může pěna podle tohoto vynálezu vykazovat hustotu nepřevyšující 5,0 pcf (0,0808 • · ···· ·· ·· • · · · ♦ · · • · · · · · * • « · ·· ·· · • · · · · · · • · * · · · · g/cm³), ve zvlášť výhodném provedení nepřevyšující 3,0 pcf (0,0485 g/cm³). V nejvýhodnějším provedení vykazuje pěna podle tohoto vynálezu hustotu nepřevyšující přibližně 2,2 pcf (0,03232 g/cm³).

Další vlastností pěny, která může být zlepšena s pomocí procesu podle tohoto vynálezu, je obsah uzavřených buněk v pěnovém materiálu. Pěna získaná způsobem podle tohoto vynálezu může vykazovat obsah uzavřených buněk, který není nižší než 80%. Ve výhodném provedení vykazuje pěna podle tohoto vynálezu obsah uzavřených buněk, který není nižší než 85%. Ve zvlášť výhodném provedení není obsah uzavřených buněk nižší než 90%, v nejvýhodnějším provedení potom tento obsah není nižší než 92%. V rámci tohoto vynálezu je mimořádně důležitá skutečnost, že pěna připravená způsobem podle tohoto vynálezu může vykazovat nízkou hustotu, vhodnou rozměrovou stabilitu a vysoký obsah uzavřených buněk. Vhodná rozměrová stabilita pro pěnu podle tohoto vynálezu se například pohybuje v rozmezí od 0% do ± 8% objemové změny. Ve výhodném provedení se rozměrová stabilita pohybuje v rozmezí od 0% do ± 6% objemové změny, v nejvýhodnějším provedení v rozmezí od 0% ± 4%.

Pěna podle tohoto vynálezu navíc vykazuje vynikající přilnavost k různým substrátům, jako například k umělohmotným vložkovacím materiálům, jako například polystyrenu odolnému proti nárazům a polyethylenu s vysokou hustotou, stejně jako k ocelovým povlakům. Pěna podle tohoto vynálezu si současně zachovává vynikající rozměrovou stabilitu při hustotě nikoli nižší než 1,80 pcf

Λ (0,029 g/cnr) a při stárnutí za chladných, suchých a vlhkých podmínek. Pěna podle tohoto vynálezu vykazuje jemnější a více homogenní buněčnou strukturu nežli pěnové materiály

připravené konvenčním způsobem. Dalšími charakteristikami této pěny, které lze přisoudit řešení podle tohoto vynálezu, jsou: nízká hustota při volné expanzi, která je nižší než a

přibližně 1,10 pcf (0,01777 g/cnr) a která se ve výhodném a

provedení pohybuje v rozmezí od 0,95 pcf (0,01535 g/cnr) do 1,10 pcf (0,01777 g/cm ), ve zvlášť výhodném provedení v rozmezí od 0,95 pcf (0,01535 g/cm²) do 1,07 pcf (0,01729 a

g/cm ), v nejvýhodnějším provedení v rozmezí od 0,95 pcf (0,01535 g/cm²) do 1,05 pcf (0,01697 g/cm²); nízká drobivost pěnového materiálu, která není vyšší než přibližně 3% a která se ve výhodném provedení pohybuje v rozmezí od 1% do 3%, ve zvlášť výhodném provedení v rozmezí od 1,0% do 2,5%, v nejvýhodnějším provedení v rozmezí od 1,0% do 2,0%; a schopnost rychlého vyjímání z formy. Pěna připravená procesem podle tohoto vynálezu může být všeobecně vyjmuta z formy po časovém úseku kratším než přibližně 8 minut. Ve výhodném provedení je pěna podle tohoto vynálezu vyjmuta z formy po časovém úseku pohybujícím se v rozmezí od 3 minut do 8 minut, ve zvlášť výhodném provedení v rozmezí od 3 minut do 7 minut. V nejvýhodnějším provedení je pěna podle tohoto vynálezu vyjmuta z formy po časovém úseku pohybujícím se v rozmezí od 3 minut do 6,5 minut. Doba vyjmutí z formy závisí na tloušťce získaného pěnového produktu, přičemž výše popsané rozsahy odpovídají pěnovému produktu, jehož tloušťka činí přibližně 1,75 palce (4,445 cm).

Příklady provedení vynálezu

Vynález bude v dalším blíže posán s pomocí následujících příkladů a srovnávacích příkladů. Tyto příklady a srovnávací příklady jsou pouze ilustrativní a žádným způsobem neomezují rozsah vynálezu.

Příklad 1

Polyolová kompozice byla připravena smícháním polyolu, propylenkarbonátu, vody a dalších složek v množstvích uvedených v tabulce 1.

Příklad 2

Příklad 3 (Srovnávací příklad)

Polyolová kompozice byla připravena smícháním polyolu, vody a dalších složek v množstvích uvedených v tabulce 1.

Příklad 4 (Srovnávací příklad)

Příklad 5 (Srovnávací příklad)

Příklad 6 (Srovnávací příklad)

Polyolové kompozice byla připravena smícháním polyolu, vody a dalších složek v množstvích uvedených v tabulce 1.

Příklad 7

Polyolová kompozice podle příkladu 1 byla smíchána s 215 díly isokyanátu PAPI^R 27 tak, aby byl dosažen isokyanátový index 105. Takto získaná směs vytvářející polyurethan byla nalita do formy vyhřívané na teplotu 130°F (54 °C). Vytvořená pěna byla vyjmuta z formy po uplynutí časového úseku o délce 4,5 minuty. Některé fyzikální charakteristiky takto vytvořené pěny jsou uvedeny v tabulce 2. Profil reaktivity této pěny je ukázán v tabulce 3. Fyzikální charakteristiky této pěny byly zjišťovány podle následujících postupů;

a) Hustota (celková) pěnového materiálu byla určena podle vztahu D — V/V, kde D představuje hustotu pěny,

V představuje hmotnost pěny a V představuje objem pěny.

b) Hustota jádra byla stanovena v souladu s postupem ASTM D-1622.

c) Hodnota k-faktoru byla stanovena v souladu s postupem ASTM C-518.

d) Pevnost v tlaku byla stanovena v souladu s postupem ASTM D-1621.

e) Drobivost byla stanovena v souladu s postupem ASTM

D-421.

f) Rozměrová stabilita byla stanovena v souladu s postupem ASTM D-2126.

g) Obsah uzavřených buněk byl stanoven podle postupu ASTM D-2856.

Příklad 8 (Srovnávací příklad)

Polyolová kompozice podle příkladu 3 byla smíchána s 173 díly isokyanátu PAPI^R 27 tak, aby byl dosažen isokyanátový index 110. Takto získaná směs vytvářející polyurethan byla nalita do formy vyhřívané na teplotu 130°F (54 °C). Vytvořená pěna byla vyjmuta z formy po uplynutí časového úseku o délce 4,5 minuty. Některé fyzikální charakteristiky takto vytvořené pěny jsou ukázány v tabulce 2. Profil reaktivity této pěny je ukázán v tabulce 3.

Příklad 9 (Srovnávací příklad)

Polyolová kompozice podle příkladu 4 byla smíchána s 214 díly isokyanátu PAPI^R 27 tak, aby byl dosažen isokyanátový index 110. Takto získaná směs vytvářející polyurethan byla nalita do formy vyhřívané na teplotu 130°F (54 °C). Vytvořená pěna byla vyjmuta z formy po uplynutí časového úseku o délce 4,5 minuty. Některé fyzikální charakteristiky takto vytvořené pěny jsou ukázány v tabulce 2. Profil reaktivity této pěny je ukázán v tabulce 3.

Příklad 10 (Srovnávací příklad)

Polyolová kompozice podle příkladu 5 byla smíchána s 173 díly isokyanátu PAPI 27 tak, aby byl dosažen isokyanátový index 110. Takto získaná směs vytvářející polyurethan byla nalita do formy vyhřívané na teplotu 130°F (54 °C). Vytvořená pěna byla vyjmuta z formy po uplynutí časového úseku o délce 4,5 minuty. Některé fyzikální charakteristiky takto vytvořené pěny jsou ukázány v tabulce 2. Profil reaktivity této pěny je ukázán v tabulce 3.

• « · · • · · ·

Příklad 11 (Srovnávací příklad)

Polyolová kompozice podle příkladu 6 byla smíchána s n

214 díly isokyanátu PAPI 27 tak, aby byl dosazen isokyanátový index 110. Takto získaná směs vytvářející polyurethan byla nalita do formy vyhřívané na teplotu 130°F (54 °C). Vytvořená pěna byla vyjmuta z formy po uplynutí časového úseku o délce 4,5 minuty. Některé fyzikální charakteristiky takto vytvořené pěny jsou ukázány v tabulce 2. Profil reaktivity této pěny je ukázán v tabulce 3.

Příklad 12

Polyolová kompozice podle příkladu 1 byla při teplotě 84°F (29°C) smíchána s 215 díly isokyanátu PAPI^ 27 tak, aby byl dosažen isokyanátový index 105. Takto získaná směs vytvářející polyurethan byla nalita do formy vyhřívané na teplotu 130°F (54 °C). Vytvořená pěna byla vyjmuta z formy po uplynutí časového úseku o délce 4,5 minuty. Některé fyzikální charakteristiky takto vytvořené pěny jsou ukázány v tabulce 2. Profil reaktivity této pěny je ukázán v tabulce 3.

Příklad 13

Polyolová kompozice podle příkladu 3 byla smíchána s 173 díly isokyanátu PAPI^ 27 tak, aby byl dosažen isokyanátový index 110. Takto získaná směs vytvářející polyurethan byla nalita do formy vyhřívané na teplotu 130°F (54 °C). Vytvořená pěna byla vyjmuta z formy po uplynutí časového úseku o délce 4,5 minuty. Některé fyzikální

charakteristiky takto vytvořené pěny jsou ukázány v tabulce

2. Profil reaktivity této pěny je ukázán v tabulce 3.

TABULKA 1

	Polyol (pph)	Propylen karbonát (PPh)	Voda (pph)	Povrchově aktivní činidlo⁴ (pph)
Př.l	100	8,0	7,5	0,8
Př.2	100	8,0	7,5	0,8
Př. 3*	100	žádný	5,0	2,0
Př.4*	100	žádný	7,5	0,8
Pž.5*	100	žádný	5,0	0,8
Př.6*	100	žádný	7,5	2,0

Tabulka 1 (pokračováni)

	Kat. l^a(pph)	Kat 2^b(pph)	Kat 2^C	Fyrol PCF^# (samozhášecí přísada) (pph)
Př.l	0,6	žádný	žádný	3,0
Př.2	0,5	0,6	žádný	žádný
Př. 3*	1,8	žádný	2,5	žádný
Př.4*	1,8	žádný	2,5	žádný
Př.5*	1,8	žádný	2,5	žádný
Př.6*	1,8	žádný	2,5	žádný

* Příklad není podle vynálezu ⁺ VorasurfR 504 (^R Obchodní označení od Dow Chemical Co.) ^a Dimethylcyklohexylamin ¹³ Toyocat™ F94 (Obchodní označení od Tosoh Corp.) ^c Curithane^R 52 (Obchodní označení od Dow Chemical Co.) # Dodávaný od Akzo Chemical Co.

TABULKA 2

	Hustota při volné expanzi (pcf(g/cm³))	Celková hustota Pěny (pcf(g/cm³))	Hustota j ádra (pcf(g/cm³))	k-faktor
Př.7	0,97(0,0157)	2,00(0,0323)	1,83(0,0296)	0,157
Př. 8* ^**	1,56(0,0252)	2,30(0,0372)	2,26(0,0365)	0,153
Př.9*	* *	* *	* *	* *

Tabulka 2 (pokračování)

	Uzavř. buňky (%)	Pevnost v tlaku psi(kPa)	Drobivost (% hmotn. ztráty)	28-denní rozměrová stabilita (% objemové změny) -22°F/200°F/158°F^a
Př.7	96	35(245)	0,8	-0,3/-2,6/-2,4
Př. 8*	95	26(182)	1,9	-0,4/-2,6/-2,1
Př.9*	* *	* *	* *	* *

* Příklad není podle vynálezu ^a 95% relativní vlhkost ** Žádná data. Vlastnosti nebyly měřitelné kvůli kolapsu pěny

TABULKA 3

	Doba dosažení krémovité konzistence (sec)	Doba gelovatění (sec)	Doba expanze (sec)
^#Př. 7	10	40	65
^#Př.8*	10	43	60
^#Př.9*	10
^#Př.lO*	10
^#Př.ll*	11
Př.12	4-5	28	35
Př.13*	4-5	28	35

Tabulka 3 (pokračování)

	Doba dosažení nelepivé konzistence (sek)	Hustota při volné expanzi (pcf(g/cm³))
^#Př. 7	65	1,00 (0,0162)
^#Př.8*	70	1,72 (0,0278)
^#Př.9 *		—
^#Př.10*		—
^#Př.11*		—
Př.12	40	0,97 (0,0157)
Př.13*	40	1,56 (0,0252)

• ·

* Příklad není podle vynálezu # Ruční lití při teplotě 72°F (22 °C)

-- Žádná data. Vlastnosti nebyly měřitelné kvůli kolapsu pěny.

Claims

1. Polyurethanová pěnotvorná hmota vyznačující se tím, že zahrnuj e:

(1) polyisokyanátovou kompozici; a (2) polyolovou kompozici, kde tato polyolová kompozice obsahuj e:

(a) přinejmenším jeden polyol iniciovaný aromatickým aminem;

(b) přinejmenším jeden alkylenkarbonát; a (c) vodu.

2. Polyurethanová pěnotvorná hmota podle nároku 1, vyznačující se tím, že tento polyol iniciovaný aromatickým aminem je připraven s pomocí aromatického aminu vybraného ze skupiny zahrnující isomery TDA, isomery MDA a oligoméry MDA.

3. Polyurethanová pěnotvorná hmota podle nároku 2, vyznačující se tím, že tento aromatický amin je vybrán ze skupiny zahrnující isomery TDA a isomery MDA.

4. Polyurethanová pěnotvorná hmota podle nároku 3, vyznačující se tím, že tento aromatický amin je vybrán ze skupiny isomerů TDA.

5. Polyurethanová pěnotvorná hmota podle nároku 4, vyznačující se tím, že tímto aromatickým aminem je o-TDA.

6. Polyurethanová pěnotvorná hmota podle nároku 1, vyznačující se tím, že tento alkylenkarbonát je vybrán ze skupiny skládající se z ethylenkarbonátu, propylenkarbonátu, butylenkarbonátu, dimethylkarbonátu, difenylkarbonátu a diethylkarbonátu.

7. Polyurethanové hmota podle nároku 6, vyznačující se tím, že tímto alkylenkarbonátem je propylenkarbonát.

8. Nízkohustotní polyurethanové pěna nadouvaná oxidem uhličitým, vyznačující se tím, že je připravena z polyurethanové pěnotvorné hmoty podle nároku 1.

9. Nízkohustotní polyurethanové pěna nadouvaná oxidem uhličitým podle nároku 8, vyznačující se tím, že celková

O hustota pěny není větší než 5,0 pcf (0,0808 g/cm ).

10. Nízkohustotní polyurethanové pěna nadouvaná oxidem uhličitým podle nároku 9, vyznačující se tím, že celková

Λ hustota pěny není větší než 3,0 pcf (0,0485 g/cm·³).

11. Nízkohustotní polyurethanové pěna nadouvaná oxidem uhličitým podle nároku 10, vyznačující se tím, že celková

Λ hustota pěny není větší než 2,2 pcf (0,0355 g/cm ).

12. Nízkohustotní polyurethanová pěna nadouvaná oxidem uhličitým podle nároku 8, vyznačující se tím, že tato pěna vykazuje obsah uzavřených buněk minimálně 85%.

13. Nízkohustotní polyurethanová pěna nadouvaná oxidem uhličitým podle nároku 12, vyznačující se tím, že tato pěna vykazuje obsah uzavřených buněk minimálně než 90%.

14. Nízkohustotní polyurethanová pěna nadouvaná oxidem uhličitým podle nároku 13, vyznačující se tím, že tato pěna vykazuje obsah uzavřených buněk minimálně než 92%.

15. Způsob přípravy předmětu vyplněného polyurethanem • · · · • φ φ ·»·» φ φ φ φ φ φ φ φ · φ φφφ • > φ φ φ · vyznačující se tím, že zahrnuje kroky:

(i) nalití polyurethanové pěnotvorné hmoty podle nároku 1 do formy;

(ii) ponechání této pěnotvorné tak, aby mohla vyplnit formu; a (iii) vyjmutí pěny následně po dosažení jejího vytvrzení, aby tak byl získán předmět vyplněný polyurethanem.

16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že tato pěna je připravena procedurou pour-in-place PIP, přičemž dále míra úniku z formy netěsnostmi je snížena oproti PIP proceduře, při které není použita pěnotvorná hmota podle nároku 1.

17. Způsob podle nároku 15 vyznačující se tím, že tato polyolová kompozice je před zkombinováním s touto polyisokyanátovou kompozicí přechovávána při teplotě pohybující se v rozmezí od 10 °C do 60 °C.

18. Předmět vyplněný polyurethanem připravený způsobem podle nároku 15.

19. Předmět vyplněný polyurethanem podle nároku 18, vyznačující se tím, že tímto předmětem jsou dveře, chladnička, přenosné chladící zařízení, chladící box, garážová vrata nebo zařízení pro ohřev vody.

20. Předmět vyplněný polyurethanem podle nároku 18, vyznačující se tím, že tímto předmětem jsou dveře.