CZ20022694A3

CZ20022694A3 - Kompozice pro výrobu organicko-anorganických produktů, produkty vyrobené z těchto kompozic a jejich pouľití

Info

Publication number: CZ20022694A3
Application number: CZ20022694A
Authority: CZ
Inventors: Harald Bode
Original assignee: Fosroc International Limited
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2003-01-15
Also published as: PL356740A1; AU3575601A; BR0107835A; US6713554B2; AU768384B2; DE10005525A1; ZA200205260B; US20030139525A1; RU2002123335A; CA2396161A1; WO2001058975A1; CN1400981A; EP1263827A1

Description

Kompozice pro výrobu organicko-anorganických produktů, produkty vyrobené z těchto kompozic a jejich použití

Oblast techniky

Vynález se týká kompozic pro výrobu organicko-anorganických produktů, produktů vyrobených z těchto kompozic a použití těchto produktů.

Dosavadní stav techniky

Způsoby výroby porézních (pěnových) a neporézních organicko-anorganických produktů konverzí polyisokyanátů a vodných roztoků alkalických křemičitanů (vodní skla) jsou známy, například z DE-A-177 03 84, DE-A-246 08 34 a EP-B-0 000 579. V těchto případech se výhodně používají alkalická vodní skla s rozdílnými obsahy pevného podílu a rozdílnými poměry Me2O/SiO2 (Me znamená alkalický kov).

Organicko-anorganické produkty charakteristické vysokou mechanickou pevností jsou popsány v EP-B0 167 002. Polyisokyanát ve vodném alkalickém roztoku obsahujícím SiO₂ se přiměje k trimeraci přidáním definovaného množství katalyzátoru podporujícího trimeraci polyisokyanátů.

Z počátku je reakce mezi NCO a vodním sklem do značné míry potlačena a produkuje se určité množství plynného CO2 řiditelné formulací, které se optimálně využije při reakci s vodním sklem. V průběhu reakce se souběžně tvoří dvě vzájemně protkané polymerní struktury a v produkovaném

01-1895-02-Če • · · « organicko-anorganickém produktu vzniká hustá síť s vysokou pevností.

V prvním stupni reakce reaguje určitá část polyisokyanátu s vodou za vzniku polykarbamidu za současné separace plynného CO₂. In sítu produkovaný CO₂ okamžitě reaguje s Me₂0 složkou roztoku vodního skla za vzniku Me₂CO₃-H₂O. Navázáním Me₂0 z roztoku vodního skla se SiO₂složka přiměje k tvorbě kyseliny polykřemičité. Při reakci se uvolňuje značné množství tepla a v následujícím stupni se může příslušná další část polyisokyanátu účastnit trimerační reakce. Produkty trimerované již na počátku mohou alespoň částečně podléhat další trimeraci a tvořit tak větvenou vysokomolekulární strukturu.

Podobná koncepce se používá v důlním průmyslu a při stavbě tunelů ke stabilizaci uhlí a skály, a stejně tak ve stavitelství, kde se zpravidla používá ke stabilizaci upevnění a ustálení kamenných a cihlových zděných konstrukcí, například při konzervaci starých objektů, a je popsána v EP-B-0 167 003.

Pro účely přihlášky vynálezu je ve většině případů při provádění způsobu podle vynálezu žádoucí použití dvousložkových systémů sestávajících ze složky vodního skla (složka A) a složky isokyanátu (složka B) , přičemž katalyzátor lze přidat buď do složky A nebo do složky B. Na jedné straně by měl být katalyzátor chemicky slučitelný s uvažovanou složkou a na straně druhé by měl být schopen vytvořit v uvažované složce rovnoměrnou disperzi.

Ve složce isokyanátu nepředstavuje stabilní disperze a/nebo roztok katalyzátoru žádný problém za předpokladu, že se při práci zajistí přísné vyloučení jakékoliv

01-1895-02-Če ··· • ·· vlhkosti. Heterocyklicky substituované ethery, které lze stabilně dispergovat ve složce isokyanátu, jsou popsány v EP-B-GB 636 154. Nicméně v praxi je možné využít tuto variantu pouze u uzavřených systémů, například u způsobů, které využívají konzervy s rozprašovačem nebo s náboj nicemi.

Katalyzátory se tedy zpravidla přidávají do složky vodního skla. Zatímco ve složce isokyanátu nepředstavuje vytvoření stabilní disperze katalyzátoru žádný problém, pokud se zajistí vyloučení veškeré vlhkosti, ve složce vodního skla je vytvoření této stabilní disperze spojeno s mnoha problémy. Není totiž možné zabránit „plování nebo hydrolýze katalyzátoru ve vysoce alkalickém roztoku a katalyzátor lze tedy přidat pouze krátce před smísením složek nebo musí být ve složce vodního skla opatrně redispergován, krátce před vzájemným smísením obou složek.

Bylo zjištěno, že tendenci směřující k dehomegenizaci lze redukovat přidáním oxidu antimonitého do směsi (EP-B-0 167 002 a EP-B-0 167 003). Ale ani toto opatření neumožňuje připravit disperzi, kterou by bylo možné dlouhodobě, řádově několik měsíců, skladovat. Ani použití dispergačních činidel, solubilizačních činidel, stabilizačních činidel, emulgátorů, smáčecích činidel, povrchově aktivních činidel nebo polyolů neposkytlo zcela uspokojivý výsledek.

Katalyzátory používanými v minulosti byly katalyzátory na bázi aminů, které se běžně používají při chemii polyurethanu. Těmito katalyzátory jsou například terciální aminy, terciální aminoalkoholy nebo polyaminy. Dále se rovněž používají trimerační katalyzátory známé z EP-B-0 167 002 a EP-B-167 003, kterými jsou podobné

01-1895-02-Če • ·· ···«·« 9 • · ······ ··· ··· «·· ·« ·» »»» katalyzátory na bázi terciálních aminů nebo Mannichovy báze. Organokovové sloučeniny, například dibutylcínlaurát, jsou popsány v EP-B-0 016 262. Při použití terciálních aminů a Mannichových bází, které se v minulosti obvykle používaly jako katalyzátory, se ve skutečnosti získaly mechanicky silné, ale relativně křehké a tvrdé produkty, jejichž vlastnosti bylo obtížné řídit, a to i v případě, kdy se na straně isokyanátu použily polymery.

Cílem vynálezu je tedy řešit výše uvedené problémy a vyrobit nové organicko-anorganické produkty, které by vykazovaly požadované vlastnosti, byly by levné a bylo by je možno vyrobit jednoduchým způsobem.

Podstata vynálezu

Tento problém řeší překvapivé zjištění, že primární aminoalkoholy lze stabilně rozpustit jako katalyzátory ve složkách vodního skla a současně tak získat organicko-anorganické produkty s požadovanými vlastnostmi. Toto zjištění je překvapivé, protože primární aminoalkoholy se v chemii polyurethanů téměř nepoužívají pro své nežádoucí účinky, jakým je například „bobtnání reakční směsi, ke kterému často dochází v důsledku extrémně vysoké reakční rychlosti. Schopnost regulovat požadované vlastnosti produktu klesá, současně se zvyšující se rychlostí reakce. To vše je ještě překvapivější vhledem k tomu, že použití primárních aminoalkoholů neřeší pouze dlouhodobý problém stabilní disperzibility katalyzátoru ve složce vodního skla, ale rovněž otevírá cestu pro organicko-anorganické produkty se specifickými vlastnostmi a/nebo charakte01-1895-02-Ce ···♦· · ·· ·· ·· • · · · · · · · · · • · · · · · · · · * ristikami. Při použití terciálních aminů a Mannichových bází, které se běžně používaly jako katalyzátory v minulosti, se ve skutečnosti získají mechanicky pevné, ale relativně křehké a tvrdé produkty, a to i v případě, kdy se na straně isokyanátů použijí polymery. Předložený vynález umožňuje připravit organicko-anorganické produkty, které nejsou charakteristické pouze mechanickou pevností, ale navíc vykazují vynikající elastické vlastnosti a jsou tedy schopny odolávat vysokému mechanickému zatížení.

Předmětem vynálezu jsou tedy kompozice sestávající ze složky A obsahující vodný roztok alkalického křemičitanu a primární alkohol jako katalyzátor a složky B obsahující polyisokyanát.

Předmětem vynálezu je dále organicko-anorganický produkt, který je v podstatě výsledkem konverze polyisokyanátů a vodných roztoků alkalických křemičitanů v přítomnosti primárního aminoalkoholu jako katalyzátoru.

Předmětem vynálezu je rovněž použití organicko-anorganického produktu jako stavebního materiálu, potahového materiálu, těsnícího nebo izolačního materiálu nebo jako cementu nebo jiného adheziva.

Podstatnými složkami reakční směsi pro výrobu organicko-anorganických produktů jsou vodný roztok vodního skla, polyisokyanát a primární aminoalkohol jako katalyzátor .

Katalyzátory podle vynálezu mají výhodně následující obecný vzorec:

01-1895-02-Če • « · • 99 · • ·9 • · 9 • · ··· ·

R^Z (CH₂)_p

- (CH₂)_n - C - (CH₂)_m - OH nh₂

1, kde R¹ a R² nezávisle znamenají atom vodíku, hydroxylovou skupinu nebo methylovou skupinu a m, nap mají nezávisle na sobě hodnotu nula nebo celého čísla od 1 do 20, výhodně od 1 do 10 a zvláště výhodně od 1 do 4, pod podmínkou, že všechny současně neznamenají nulu.

Výhodně se používají katalyzátory, kde n=l, 2 nebo 3, m=l a páO.

Výše zmíněné katalyzátory lze použít samostatně nebo ve formě směsi.

V kompozici roztoku vodního skla, která se běžně používá a která je v výhodnou, molární poměr rámci vynálezu považována za katalyzátoru ku NCO skupinám dosahuje 2 mmol až 150 mmol a výhodně 8 mmol až 40 mmol katalyzátoru na mol NCO. Molární poměr katalyzátoru ku SiO₂dosahuje výhodně 5 mmol až 100 mmol katalyzátoru na mol SiO₂. Molární poměr katalyzátoru ku Me₂O dosahuje výhodně 5 mmol až 100 mmol katalyzátoru na mol Me₂O.

Organicko-anorganické produkty se zvláště příznivými vlastnostmi se získají například v případě, kdy se polyisokyanát a vodní sklo použijí v množství, které poskytne výše zmíněné molární poměry katalyzátoru ku NCO

01-1895-02-Ce ···· 0 00 00 00 • 0 0 0 0 0 · · ··· · · · · 4 0 · 00 0*· « · • 0· 0 0 0 0 ··· ··· ·0 00 0000 skupinám a současně rovněž zmíněný vhodný poměr NCO/SiO₂. Množství generovaného C0₂ by mělo být absorbováno zastoupeným Me₂O do co možná nejvyšší míry.

Katalyzátor se výhodně použije v absolutním množství 0,1 g až 5,0 g, vztaženo ke 100 g složky A vodního skla.

Do reakční směsi nebo do jednotlivých složek A a/nebo B lze dále přidat ko-katalyzátor. Tento ko-katalyzátor může být například tvořen sloučeninou trojvazného železa, například FeCl₃. Stejně tak lze použít další v oboru známé ko-katalyzátory, jakými jsou například trialkylfosfany, zejména trimethylfosfolin, soli alkalických kovů nebo soli uhlovodíkových kyselin, například octan sodný nebo maleát sodný, nebo sloučeniny přechodných kovů, jakými jsou například Sb₂O₃, . ZrOCl₂, SbCl₅ nebo CuCl. Pro použití ve složce vodního skla jsou vhodné Mannichovy báze, zejména 2,4,6-tris(dimethylaminomethyl)fenol. Pro použití v isokyanátových složkách jsou vhodné morfolinethery, například dimorfolinodiethylether.

Složky A a B se výhodně smísí v objemovém poměru 3/1 až 1/3, zejména 2/1 až 1/1.

Katalyzátory podle vynálezu na bázi primárních aminoalkoholů lze stabilně dispergovat ve složce vodního skla. Skutečnost, že se katalyzátor neseparuje ze složky A umožňuje sloučenině neomezenou použitelnost a skladovatelnost. Skladovací testy ukázaly, že složku A i složku B lze bez jakéhokoliv zhoršení kvality zpracovat ještě po několika měsících. Čas potřebný na redispergaci katalyzátoru lze tedy ušetřit nebo využít k jiným účelům.

01-1895-02-Ce

• φ φ φ φ φ φφφ φφφ φφ φφφφ

V případě v minulosti známých systémů, které využívaly trimerační katalyzátory, transformaci směsi zahajovala reakce NCO skupin s vodou roztoku vodního skla. Tímto způsobem se tvořil plynný CO2 a polykarbamid. Tato transformace probíhá exotermním způsobem a uvolněné teplo indukuje trimeraci zbývajících NCO skupin za působení katalyzátoru. Část uvolněného CO₂ se transformuje pomocí Me₂O z vodního skla na uhličitan alkalického kovu. Me₂0 Složka se uvolní z vodního skla a průběhu transformace zbývající složka, kterou je kyselina křemičitá, tvoří trojrozměrnou anorganickou strukturu, která se kombinuje se současně vznikajícím organickým polymerátem a produkuje protkanou síť vykazující vysokou pevnost.

Aniž bychom se vázali na určitou konkrétní teorii, dá se předpokládat, že, narozdíl od výše popsaného reakčního mechanismu, budou při transformaci kompozice podle vynálezu do reakce s isokyanátovou sloučeninou uváděny jak funkční primární aminoskupiny, tak funkční koncové hydroxylové skupiny katalyzátorů. Není jasné, zda rovněž probíhá trimerace. Složka isokyanátu může být rovněž přítomna ve formě polymeru. V závislosti na funkčních skupinách použitého katalyzátoru se tvoří prepolymer s ještě vyšší molekulovou hmotností, který zahrnuje produkovanou strukturu kyseliny polykřemičité vybavenou elastickými vlastnostmi finálního produktu.

Stupeň zesíťování v prepolymeru a následně ve finálním produktu funkčních skupin použitého získat organicko-anorganické šité elastické lze určit na základě aminoalkoholu. Lze tedy produkty, které budou mít „na míru vlastnosti a/nebo charakteristiky.

U kompozic podle vynálezu lze ve složce A použít v dané oblasti běžně používané vodné roztoky alkalických

01-1895-02-Ce • ··*♦ · ·♦ ·· ··

4 9 4 4 9 4 ··» • · ·· 999 99 9 křemičitanů, například vodního skla, popsaných v EP-B-0 000 579 a v DE-A-2 460 834. Díky své snadné dostupnosti a nízké viskozitě se jako výhodná jeví sodná vodní skla.

Jako výhodná se použijí sodná vodní skla s relativně vysokým obsahem pevného podílu, který výhodně činí přibližně 30 % hmotn. až 60 % hmotn. a výhodněji přibližně 40 % hmotn. až 55 % hmotn. anorganických pevných látek. Teoreticky lze v rámci vynálezu použít i roztoky s vyšší koncentrací pevného podílu. Vzhledem k výsledné zpracovatelské rychlosti však mají tyto roztoky vodního skla malý praktický význam.

Použitý molární poměr SÍO2 ku Me₂O v roztoku vodního skla je výhodně relativně vysoký a výhodněji se pohybuje v rozmezí přibližně od 2,09 do 3,44. Za zvláště výhodné lze považovat poměry přibližně od 2,48 do 3,17, a zejména od 2,40 do 2,95. Pro tvorbu trojrozměrné struktury kyseliny křemičité je příznivý výše uvedený rozsah obsahů Me₂O.

Jako složku B v kompozici podle vynálezu lze použít v oboru běžně používané polyisokyanáty. Pro tyto účely lze použít například sloučeniny uvedené v EP-B-0 000 579 a v DE-A-2 460 834. Za vhodné lze rovněž považovat NCO pre-adukty, které jsou známy z výroby polyurethanů a popsány v DE-A-2 460 834.

Pro kompozice podle vynálezu jsou výhodné polyisokyanáty, které jsou schopny snadno získávat trojrozměrnou strukturu. Těmito polyisokyanáty jsou sloučeniny, které, pokud je to možné, nevykazují sterické zábrany pro NCO skupiny, které se podílejí na transformaci. Jedním

01-1895-02-Ce toto · · · · · to · to · · · ··· • « ··· ··« • * · · · · ··« ·« ·* ttototo konkrétním příkladem takového stericky nebráněného polyisokyanátu je 4,4'-difenylmethandiisokyanát, který může rovněž existovat ve formě fosfogenačního produktu formaldehydu (surový MDI). Jako reakční produkt surového MDI s diolem, kdy počet OH skupin dosahuje 28 až 1800, výhodně počet OH skupin dosahuje 40 až 100 a výhodněji počet OH kondenzátů anilinu a prepolymer je vhodný skupin dosahuje az

60. Vhodnými dioly sou ethylenglykol, díky své nízké reaktivitě, a zejména dioly na bázi propylenglykolu.

Polyisokyanáty použité podle vynálezu obsahují výhodně 10 % hmotn. až 55 % hmotn. NCO skupin, vztaženo ke hmotnosti polyisokyanátu. Za zvláště výhodné lze považovat polyisokyanáty s obsahem NCO skupin, který odpovídá přibližně 10 % hmotn. až 30 % hmotn. Menší zastoupení NCO skupin v polyisokyanátu činí tvorbu trojrozměrné organické struktury obtížnou. Na druhé straně se v případě vyššího obsahu NCO uvolňuje příliš mnoho plynného CO2, což vede k přetvrzení anorganické části produktu a podporuje nekontrolované pěnění.

Do kompozice podle vynálezu lze rovněž přidat nukleační a stabilizační látky. Vhodné nukleační látky zahrnují například jemně rozptýlené pevné látky, jakými jsou například oxid křemičitý nebo oxid hlinitý, případně společně se stearátem zinečnatým, amorfní kyselinou křemičitou nebo kovovými křemíčitany. Jako nukleační činidlo je za výhodný považován oxid křemičitý vysrážený z koloidního roztoku vodního skla.

Vhodnými polysiloxanů. odpovídáj ícím stabilizátory jsou silikony na bázi

Ty lze výhodně přidat v množství přibližně 0,2 % hmotn. až 2 % hmotn., a

01-1895-02-Ce • 0 0 0 0 • · 0 • 0 00 ·· ·* 00

0 0 0 0 0 0 • 0 0 0 0 0 « 0 0 0 0 0 • ♦ 0 0 0 0

0 0 00 0« 0000 zejména 0,8 % hmotn. až 1,4 % hmotn., vztaženo k celkové hmotnosti reakčni směsi.

V závislosti na požadovaných vlastnostech a charakteristikách organicko-anorganických produktů, které mají být vyrobeny, lze do kompozic podle vynálezu přidat ještě další aditiva. Ta zahrnují například organické sloučeniny mající zbytky, které jsou schopny reagovat při reakci s isokyanátovými skupinami. Příkladem těchto skupin jsou polyoly, například polyesterpolyoly a polyetherpolyoly a estery fosfonátu známé v oblasti chemie polyurethanů. Množství polyolů by mělo být omezeno tak, aby jejich přidání nenarušilo tvorbu trojrozměrné organické struktury a s ní protkané anorganické struktury. Přidání polyolů nebo esteru fosfonátu je tedy přísně omezeno na maximálně 2 % hmotn. až 45 % hmotn., výhodně 10 % hmotn. až 20 % hmotn., vztaženo ke hmotnosti isokyanátu.

Ve snaze omezit hořlavost organicko-anorganických produktů lze do sloučenin nebo jednotlivých složek kompozice podle vynálezu přidat látky inhibující hoření. Látkami inhibujícími hoření neboli retardéry hoření vhodnými pro tyto účely jsou látky známé v oblasti chemie plastických hmot, například fosfáty a boráty. Množství látek inhibujících hoření se může pohybovat v rozmezí od 2 % hmotn. do 30 % hmotn., vztaženo ke hmotnosti isokyanátové složky. Jako činidlo inhibující hoření a snižující viskozitu lze přidat estery fosfonátu, například tri-p-chlorethylfosfonát nebo tri-p-isopropylfosfonát. Jako stabilizátory, emulgátory nebo jako činidla snižující viskozitu jsou dále vhodné kapalné organické uhličitany, ftaláty nebo halogenované alkylfosfáty.

01-1895-02-Ce • · 99 Λ 999 » 9 9 « »·>

9 9 9 » 9 9 • · · 9 · « • « · « · « **· ·· ·« »··· produktům.

diatomovou hořečnatý,

Do kompozic podle vynálezu lze dále přidat plniva, která poskytnou další zpevnění organicko-anorganickým Jako příklady vhodných plniv lze uvést zeminu, hydrát oxidu hlinitého, křemičitan azbestový prášek, křídu, azbestová vlákna a skelná vlákna. Množství přidaného plniva se v prvé řadě řídí viskozitou směsi. Je výhodné, pokud jeho množství odpovídá přibližně 0,1 % hmotn. až 30 % hmotn., vztaženo ke hmotnosti použitého roztoku vodního skla.

Pokud je to žádoucí, lze do složek přidat pigmenty nebo barviva.

Ve snaze snížit viskozitu lze do složky A přidat vodní roztok alkalického hydroxidu. Vhodným roztokem alkalického hydroxidu je roztok hydroxidu sodného, a to výhodně ve formě 30% až 50% roztoku, a zejména ve formě 45% roztoku. Složka A může dále obsahovat aditiva inhibující hoření, plniva a barviva. Složka B, tj . složka polyisokyanátu, případně obsahuje ko-katalyzátor a rovněž stabilizátor a, pokud jsou aplikována, tak rovněž aditiva a plniva, která jsou slučitelná s výše zmiňovanými složkami.

Při výrobě organicko-anorganických produktů podle vynálezu se složky A a B důkladně promísí. Nejkratší doba, za kterou lze získat směs se zpravidla pohybuje v rozpětí 5 s až 5 min, a může být řízena dle potřeby. Tam, kde je to vhodné, se jednotlivé složky nebo směs ohřívají nebo chladí ve snaze dodržet požadovanou dobu pro získání směsi.

Při vytvrzování se kompozice podle vynálezu chovají podobně jako polyurethany. Nabízejí stejně vyrovnaný

01-1895-02-Če «00« .-0 • 0 0 0

0 0

0« • 0 0 * 0 0 • 00 000 • •0 000 00

0«

0··· vytvrzovací výkon, jako již známé organicko-anorganické produkty, a navíc jsou charakteristické dříve získanou zvýšenou pevností. V minulosti používané katalyzátory vyvolávaly kontinuální a spontánní vytvrzování. Delší vytvrzovací fáze organicko-anorganických produktů podle vynálezu umožňuje, v porovnání se známými produkty, flexibilnější zpracování.

Kompozice podle vynálezu jsou charakteristické možnou skladovatelností, a s tím související neomezenou použitelností. Výhodným znakem kompozic podle vynálezu je zejména zajištěná stabilní disperze katalyzátoru ve složce vodního skla. Již zde nedochází ke dříve pozorovanému „plování katalyzátoru, a je tedy možné ušetřit čas, který byl dříve potřebný pro redispergaci katalyzátoru prováděnou bezprostředně před zpracováním. Kompozice podle vynálezu si tedy udržují konstantní kvalitu, a mohou být tedy skladovány bez jakéhokoliv časového omezení.

Další výhodou kompozic podle vynálezu je možnost řídit stupeň zesíťování ve finálním produktu volbou funkčních skupin katalyzátoru. Lze tedy produkovat organicko-anorganické produkty s „na míru šitými vlastnostmi/charakteristikami požadovanými pro finální produkt. Produkty podle vynálezu jsou charakteristické zejména vysokou elasticitou kombinovanou se schopností odolávat vysokému mechanickému zatížení.

Organicko-anorganické produkty podle vynálezu mají následně široké využití. Vyrobené sloučeniny lze následně aplikovat ponořením do lázně, nástřikem, pomocí stěrky, vstřikováním, pomocí válečku nebo štětce. Tyto sloučeniny jsou tedy vhodné pro široké spektrum aplikací, například jako stavební materiály, potahové materiály, těsnící a

01-1895-02-Ce • · izolační materiály, a stejně tak jako cementy a adheziva. Další jejich výhodou je nízká cena surových materiálů, nízká hořlavost a antikorozní účinky. Kyselina křemičitá, jako jedna ze složek, poskytuje kompozicím podle vynálezu zvýšenou odolnost proti rozpouštědlům a snižuje jejich bobtnavost. Organicko-anorganické produkty podle vynálezu jsou tedy charakteristické svou odolností proti všem běžným rozpouštědlům, jakými jsou například minerální oleje nebo benzen, a rovněž proti louhům a kyselinám.

Vynález bude dále vysvětlen pomocí následujících příkladů provedení vynálezu. Nicméně je třeba podotknout, že tyto příklady mají pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen přiloženými patentovými nároky.

Příklady provedení vynálezu

I. Výroba organicko-anorganických produktů

Složka A se získá důkladným promísením vodního skla, katalyzátoru, vody a, pokud je použit, louhu. Složka B se připraví odděleně. Při přípravě složky B se isokyanát smísí s naznačenými aditivy a případně s polyolem. Pokud se přidá polyol, potom se reakční směsi poskytne čas pro vytvoření prepolymeru (12 h až 24 h) .

Při manuálním testu se složky A a B zhruba 15 s míchají pomocí míchadla (průměr 65 mm) při frekvenci otáčení 2500 min“¹ a zhruba při teplotě 20 °C až 20 °C. Složky se použijí v množství naznačeném v tabulce 1. Stanoví se doba vytvrzování. Získané hodnoty shrnuje tabulka 1.

01-1895-02-Ce

Tabulka 1: Příklad 1 až 14; kontrolní příklad A

Příklad	Složka A (g)	Složka B (g)	Doba vytvrzo- vání (min)
1	97,5	Na-WG 48/50	40	Isokyanát 1	300
	2,0	NaOH (45%)	40	Isokyanát 2
	1,5	Katalyzátor 1
2	97,5	Na-WG 48/50	40	Isokyanát 1	300
	2,0	NaOH (45%)	40	Isokyanát 2
	1,5	Katalyzátor 2
3	97,5	Na-WG 48/50	30	Isokyanát 1	6
	2,0	NaOH (45%)	30	Isokyanát 2
	1,5	Katalyzátor 1	13	Diol 1
			2	Stabilizátor
			8	Propylenkarbonát
4	97,5	Na-WG 48/50	30	Isokyanát 1	8
	2,0	NaOH (45%)	30	Isokyanát 2
	1,5	Katalyzátor 2	13	Diol 1
			2	Stabilizátor
			8	Propylenkarbonát
5	97,5	Na-WG 48/50	30	Isokyanát 1	5
	2,0	NaOH, (45%)	30	Isokyanát 2
	1,5	Katalyzátor 3	13	Diol 1
			2	Stabilizátor
			8	Propylenkarbonát
6	97,5	Na-WG 48/50	30	Isokyanát 1	9
	2,0	NaOH (45%)	30	Isokyanát 2
	1,5	Katalyzátor 4	13	Diol 1
			2	Stabilizátor
			8	Propylenkarbonát

01-1895-02-Ce

• · · ··

Ί	97.5 2,0 1.5	Na-WG 48/50 NaOH (45%) Katalyzátor 5	30 30 13 2 8	Isokyanát 1 Isokyanát 2 Diol 1 Stabilizátor Propylenkarbonát	9
8	97,5	Na-WG 48/50	28	Isokyanát 1	6
	2,0	NaOH, (45%)	28	Isokyanát 2
	1,5	Katalyzátor 1	13	Diol 1
			2	Stabilizátor
			8	Propylenkarbonát
9	220	Na-WG 28/30	28	Isokyanát 1	6
	2,0	NaOH (45%)	28	Isokyanát 2
	1,5	Katalyzátor 1	13	Diol 1
			2	Stabilizátor
			8	Propylenkarbonát
10	97,5	Na-WG 48/50	56	Isokyanát 1	200
	2,0	NaOH (45%)	12	Isokyanát 2
	1,5	Katalyzátor 1	7	TCPP
			2	Stabilizátor
11	97,5	Na-WG 58/60	28	Isokyanát 1	1
	2,0	NaOH, (45%)	28	Isokyanát 2
	1,5	Katalyzátor 1	13	Diol 1
			2	Stabilizátor
			8	Propylenkarbonát

01-1895-02-Ce • · · · • ·

12	97.5 2,0 1.5	Na-WG 58/60 NaOH (45%) Katalyzátor 1	28 28 13 2 8	Isokyanát 1 Isokyanát 2 Diol 1 Stabilizátor Propylenkarbonát	10
13	97,5	Na-WG 58/60	28	Isokyanát 1	0,5
	2,0	NaOH (45%)	28	Isokyanát 2
	5,0	Katalyzátor 1	13	Diol 1
			2	Stabilizátor
			8	Propylenkarbonát
14	97,5	Na-WG 58/60	28	Isokyanát 1	6
	2,0	NaOH, (45%)	28	Isokyanát 2
	0,5	Katalyzátor 1	13	Diol 1
			2	Stabilizátor
			8	Propylenkarbonát
A	97,5	Na-WG 58/60	28	Isokyanát 1	1
	2,0	NaOH, (45%)	28	Isokyanát 2
	1,34	Referenční katalyzátor	13	Diol 1
			2	Stabilizátor
			8	Propylenkarbonát

Katalyzátor 1: 2-amino-2-methyl-l-propanol (použitý ve formě 90% roztoku ve vodě). Katalyzátor 2: 2-amino-l-butanol (použitý ve formě 95% roztoku ve vodě). Katalyzátor 3: 2-amino-2-methyl-l,3-propandiol. Katalyzátor 4: 2-amino-2-ethyl-l,3-propandiol (použitý ve formě 85% roztoku ve vodě). Katalyzátor 5: tris(hydroxymethyl)aminomethan. Referenční katalyzátor 1: 2,4, 6-tris(di01-1895-02-Ce methylaminomethyl)fenol. Diol 1: polypropylenglykol s 56 hydroxylovými skupinami v mg KOH na g látky. Na-WG: sodné vodní sklo (58/60: hustota podle Baumeho). K-WG: draselné vodní sklo. Isokyanát 1: polyisokyanát s přibližně 32% obsahem NCO skupin získaný fosfogenizací kondenzátu formaldehydu a anilinu. Isokyanát 2: surový MDI s přibližně 28% obsahem NCO skupin předpolymerovaný s malým množstvím diolu. Stabilizátor: komerčně dostupný stabilizátor na bázi blokového kopolymeru polyetherpolysiloxanu (Tegostab 8863 od společnosti Goldschmidt, Essen). Propylénkarbonát (TCPP): trichlorpropylfosfát.

II. Fyzikální hodnocení kompozic a produktů

Skladovatelnost

a) Laboratorní experiment

Připravená složka A (příklady 8 až 14) se smísila v měsíčních intervalech se složkou B bez předchozího míchání a stanovila se reakční doba potřebná pro dosažení vytvrzení a pevnost získaných produktů. Ani po deseti měsících nebyly ve vytvrzování ani pevnosti produktu pozorovány žádné změny. Naopak, u referenčního příkladu A bylo již po dvou dnech pozorováno „plování katalyzátoru ve složce A. Tato nehomogennost vedla ke zhoršení pevnosti.

b) Testy na přístrojích

Ve snaze demonstrovat skutečnost, že při skladování nedochází k žádné separaci katalyzátoru ze

01-1895-02-Ce • · · · · · složky A, a to ani ve velkém měřítku, se připravilo přibližně 200 kg složky A podle příkladu 14 a toto množství se následně skladovalo v nádobě bez průběžného míchání. Dva dny po přípravě složky A nebyly vizuálně zjevné žádné změny, například „plování katalyzátoru, a následně se v měsíčních intervalech pomocí sací hadice zubového čerpadla extrahovala část složky A, která se mísila se složkou B připravenou podle příkladu 14 ve statickém mixéru Kennics (průměr 16 mm) v objemovém poměru 1/1 a pomocí ocelové lancety (vnější průměr 30 mm; vnitřní průsvit 11 mm) se přemístila do válcovitého kovového kanystru (průměr 31 cm, výška 38 cm) naplněného stejným množstvím a typem kamenné drti, dokud se lanceta nezapouzdřila ve sloučenině do výšky cm až 30 1/min.

cm.

Objemový průtok byl přibližně

Po zpevnění kamenné drti (po dvou dnech) byl proveden pokus o vytažení lancety. Každý centimetr zapouzdřené hloubky vyžadoval sílu 8 kN až 9 kN. Jakmile zapouzdřená hloubka přesáhla 30 cm, nebylo již možné lancetu ze zpevněné kamenné drti vytáhnout bez jejího zlomení.

I po několika měsících tento tahový test poskytl stejné výsledky po dvoudenním zpevňování kamenné drti. Z výše uvedených výsledků vyplývá, že nedošlo k žádným změnám vlastností a/nebo charakteristik materiálu a že katalyzátor je stabilně dispergován ve složce A i po několikaměsíčním skladování, a to i při skladování ve velkých množstvích.

01-1895-02-Ce

• · · · · ·· ·· ····

U produktu vyrobeného za použití složek z referenčního příkladu A nebylo možné tento experiment provést, protože již po dvou dnech došlo k „plování katalyzátoru.

Pevnost v ohybu

Ke stanovení pevnosti v ohybu produktů z příkladu 14 a referenčního příkladu A se použily vzorky s délkou 150 mm, šířkou 20 mm a výškou 10 mm. Vzorky se podrobily ohybovým testům síla/posun (force/displacement) . Vzdálenost od upevnění byla 100 mm. K měřením se použila stejná množství katalyzátoru a měření se prováděla 1 h a 20 h po smísení složek.

Doba průtahu vzorků připravených podle příkladu 14 a referenčního příkladu A byla přibližně 2 min.

Měření se prováděla na přístroji měřícím stlačení a/nebo protažení od společnosti Form & Test. Křivky, vytažené mezi osami XY, byly zaznamenány pomocí záznamového zařízení společnosti Linseis. Naměřené hodnoty jsou shrnuty v tabulce 2 a graficky znázorněny na obr. 1.

01-1895-02-Če • ·

9 9 9· ·

· 9 9 • 9 99 • 9 9 9 • 99 » · 9 · · • 9 9 9

9999

Tabulka 2

Průhyb (mm)	Síla (N)
	Referenční katalyzátor 1 (20 h)	Katalyzátor 1 (20 h)	Referenční katalyzátor 1 (1 h)	Katalyzátor 1 (1 h)
0,5	20	20
1,0	40	37,5	37,5	37,5
1,5	60	57,5
2,0	80	72,5	62,5	62,5
2,5	⁹⁵	90
3,0	112,5	105	97,5	95
3, 5	127,5	117,5
4,0	147,5	135	125	120
4,5	160	150
5,0	172,5	162,5	155	147,5
5,5	185	172,5
6, 0	195	182,5	175	165
6, 5	205	190
7,0	212,5	200	192,5	182,5
7,5	222,5	207,5
co o	232,5	217	207,5	197,5
8,5	240	222,5
9,0	245	230	225	207,5
9,5	252,5	235
10,0	257,5	240	235	215
10,5	262,5	245
11,0	267,5	247,5	245	222,5
11,5	270	252,5

01-1895-02-Ce

Obr. 1 ukazuje, že použití katalyzátoru podle vynálezu (katalyzátor 1) poskytuje, ve srovnání s běžně používanými terciálními aminofenolovými katalyzátory, které zde zastupuje referenční katalyzátor 1, elastičtější produkty (větší ohyb při stejné síle) .

ft ft ftft ftft ftft ftftftft ftftft • ftft ftft ♦ ftft ftftft · · • ftft ftftft • ftft ftft ftft · ftftft

Pevnost při stlačení

K určení pevnosti při stlačení produktů z příkladu 14 a referenčního příkladu A se použily vzorky o průměru 16,6 mm a výšce 30 mm. Vzorky se podrobily stlačení a stanovila se míra deformace. Při měření se použila stejná množství katalyzátoru a měření se prováděla 1 h a 23 h po smísení složek.

Měření se prováděla na přístroji měřícím stlačení a/nebo protažení od společnosti Form & Test. Křivky vytažené mezi osami XY byly zaznamenány pomocí záznamového zařízení společnosti Linseis. Naměřené hodnoty jsou shrnuty v tabulce 3 a graficky znázorněny na obr. 2.

01-1895-02-Ce • 00 0

00

0 0 • 0 ·

0*0

0 0

0000

« ·· • 00 00·

Tabulka 3

Průhyb (mm)	Síla	(N)
	Referenční katalyzátor 1 (23 h)	Katalyzátor 1 (23 h)	Referenční katalyzátor 1 (1 h)	Katalyzátor 1 (1 h)
0,5	1000	425	350	175
1,0	2000	1050	1500	525
1,5	2600	1500	2350	900
2,0	2950	1775	2800	1250
2,5	3150	1975	3050	1550
3,0	3325	2150	3200	1750
3, 5	3500	2325	3350	1925
4,0	3575	2450	3475	2175
4,5	3875	2600	3625	2325
5,0	4075	2725	3775	2450
5,5		2850	3950	2575
6, 0		2950	4100	2675
6, 5		3000	4250	2750
7,0		3025	4375	2825
7,5			4575	2875
8,0				2970
8,5				3025

Obr. 2 ukazuje, že použití katalyzátoru podle vynálezu (katalyzátor 1) poskytuje, ve srovnání s běžně používanými terciálními aminofenolovými katalyzátory, které zde zastupuje referenční katalyzátor 1, elastičtější produkty (větší stlačení při stejné síle).

Claims

01-1895-02-Če

24 • · 0 0 0 9 9 P A T Ε N T 0 V É NÁROKY 1. Kompozice, vyzná č e n á t i m , že sestává ze složky A obsahuj ící vodný roztok alkalického

křemičitanu a primární aminoalkohol jako katalyzátor a ze složky B obsahující polyisokyanát.
2. Kompozice podle nároku 1, vyznačená tím, že katalyzátor je stabilně dispergován ve složce A.
3. Kompozice podle nároku 1 nebo 2, vyznačená tím, že složka A a složka B jsou samostatné.
4. Kompozice podle nároků 1 až 3, vyznačená tím, že katalyzátor má obecný vzorec 1:

R²·

I (CH₂)_P

I ^R^-{CH₂)_n-C-(CH₂)_m-OH i

nh₂

1, kde R¹ a R² nezávisle znamenají atom vodíku, hydroxylovou skupinu nebo methylovou skupinu a m, nap mají nezávisle

01-1895-02-Ce hodnotu nula nebo celého čísla od 1 do 20, pod podmínkou, že všechna neznamenají nulu.
5. Kompozice podle nároku 4, vyznačená tím, že n=l, 2 nebo 3, m=l a p>0.
6. Kompozice podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačená tím, že polyisokyanát vykazuje obsah NCO skupin odpovídající 10 % hmotn. až 55 % hmotn., vztaženo ke hmotnosti polyisokyanátu.
7. Kompozice podle nároku 6, vyznačená tím, že polyisokyanát vykazuje obsah NCO skupin odpovídající 10 % hmotn. až 30 % hmotn., vztaženo ke hmotnosti polyisokyanátu.
8. Kompozice podle nároku 6 nebo 7, vyznačená tím, že polyisokyanátem je 4,4'-dimethylmethandiisokyanát, který je fosfogenačním produktem kondenzátů anilinu a formaldehydu (surový MDI), nebo jeho prepolymer.
9. Kompozice podle nároku 8, vyznačená tím, že prepolymerem je reakční produkt surového MDI a diolu s 28 až 1800 OH skupinami.

01-1895-02-Ce
10. Kompozice podle kteréhokoliv z nároků 1 až 10, vyznačená tím, že alkalickým křemičitanem je křemičitan sodný s 30% hmotn. až 60% hmotn. obsahem pevného podílu.
11. Kompozice podle nároku 1 nebo 11, vyznačená tím, že vodný roztok alkalického křemičitanu má molární poměr SiO₂ ku Me₂O 2,09 až 3,44, výhodně 2,4 až 3,17 .
12. Organicko-anorganický produkt připravitelný transformací polyisokyanátů a vodných roztoků alkalického křemičitanu v přítomnosti primárního aminoalkoholu jako katalyzátoru.
13. Použití kompozice podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11 nebo organicko-anorganického produktu podle nároku 12 jako stavebního, potahového, těsnícího nebo izolačního materiálu nebo jako cementu nebo adheziva.