PL101798B1 - A method of producing polyurethane-polyisocyanuric foams - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania pianek poliuretanowo-poliizocyjanurowych metoda jednostopniowa. Sztywne pianki poliuretanowo-poliizocyjanurowe posiadaja wyzsza odpornosc termiczna i niz¬ sza palnosc niz konwencjonalne sztywne pianki poliuretanowe.

Konwencjonalne sztywne pianki poliuretanowe moga byc stosowane jako material izolacyjny w temperatu¬ rze do 120°C. Palnosc tego typu pianek obniza sie poprzez wprowadzenie opózniaczy palenia, które jednak nie podwyzszaja odpornosci termicznej tych pianek. Znaczne podwyzszenie odpornosci termicznej uzyskuje sie na drodze wbudowania do pianek pierscieni izocyjanurowych. Zwiekszenie zawartosci pierscieni izocyjanurowyeh w piance powoduje podwyzszenie odpornosci termicznej i jednoczesnie obnizenie palnosci pianek. Pianki poliure- tanowo-poliizocyjanurowe mozna otrzymac metoda prepolimerowa lub jednostopniowa. W metodzie prepolime- rowej w pierwszym etapie poliizocyjanian poddaje sie wstepnej trimeryzacji i otrzymany prepolimer poddaje sie spienieniu.

Metoda jednostopniowa polega na takim dobraniu ukladu katalitycznego, aby trimeryzacja poliizocyjania- nu zachodzila jednoczesnie ze spienieniem. Ponadto uklad s-triazynowy mozna wprowadzic do pianki poprzez zastosowanie polioli zawierajacych ten uklad do otrzymywania pianek. Najbardziej atrakcyjna technologicznie metoda otrzymywania pianek poliuretanowo-poliizocyjanurowych jest metoda jednostopniowa. Podczas syntezy pianek poliuretanowo-poliizocyjanurowych w masie reakcyjnej przebiega szereg reakcji chemicznych. Najwieksze znaczenie posiada reakcja poliizocyjanianu z poliolem oraz reakcja trimeryzacji poliizocyjanianu. Oprócz tego moga przebiegac równiez reakcje prowadzace do tworzenia wiazan alofonianowych, biuretowych i karbodwuimi- dowych. Uklad katalityczny dla pianki poliuretanowo-poliizocyjanurowej powinien zawierac w najprostszym przypadku katalizator bedacy jednoczesnie katalizatorem reakcji poliizocyjanian-poliol oraz reakcji trimeryzacji.

Szereg podstawowych znanych katalizatorów reakcji poliizocyjanian-poliol i reakcji trimeryzacji wymieniono w ksiazce W.Olczyka „Poliuretany" WNT Warszawa 1968. Jako katalizatory stosuje sie zwiazki z grup: amin III-rzedowych, alkoholanów, soli kwasów organicznych, tlenków, zwiazków metaloorganicznych i ich kombina¬ cje.2 101798 W znanych rozwiazaniach stosuje sie wieloskladnikowe uklady katalityczne. Znane jest wykorzystanie 2,4,6-trój/dwumetyloaminometyleno/fenolu w syntezie pianek poliuretanowo-poliizocyjanurowych w mieszani¬ nie z innymi katalizatorami (opis patentowy USA nr nr 3793236 /l974/ i 3799896 /l 974/). Katalizator ten moze byc równiez stosowany w syntezie lanych elastomerów poliuretanowych zawierajacych pierscienie izocyjanurowe (opis patentowy nr 98552). W syntezie pianek poliuretanowo-poliizocyjanurowych znalazly równiez zastosowa¬ nie w mieszaninie z innymi katalizatorami trójetylenodwuamina (opisy patentowe USA nr nr 3723363, 3793236, W.Olczyk „Poliuretany"), dwumetyloetanoloamina (opis patentowy USA nr 3723363) i zwiazki cynoorganiczne (opis patentowy USA nr 3793236, W.Olczyk „Poliuretany"). Otrzymywane pianki poliuretanowo-poliizocyjanu- rowe posiadaja, podstawowe wlasnosci fizyko-mechaniczne na poziomie konwencjonalnych sztywnych pianek poliuretanowych. Powazna wada otrzymywanych w ten sposób pianek poliuretanowo-poliizocyjanurowych jest ich znaczna kruchosc siegajaca kilkudziesieciu procent.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania niekruchych pianek poliuretanowo-poliizocyjanu- rowych metoda jednostopniowa. Odpowiednie zsynchronizowanie szybkosci przebiegajacych egzotermicznych ri^(jjl^)pliizopyjaBianu z poliolem, trimeryzacji poliizocyjanianu, wzrostu lancucha itp. uzyskuje sie przez odpo¬ wiedni dobór skla3u jakosciowego i ilosciowego ukladu katalitycznego. Pozwala to na otrzymanie pianki poliure- tanowo-poliizocyjanurowej o niskiej kruchosci. Wczesniej stwierdzilismy przydatnosc do syntezy pianek poliure- tanowo-poliizocyjanurowych technicznego 2,4,6-trój/dwumetyloaminometyleno/fenolu otrzymywanego w spo¬ sób opisany w opisie patentowym nr nr 94421 i 97741.

^ Istota wynalazku polega na tym, ze dwukomponentowy uklad surowcowy spienia sie technika natrysku komponentów w temperaturze 13-28°C najkorzystniej 20 ± 2°C przy stosunku wagowym komponentu zawiera¬ jacego polieterol, kopolimer polisiloksanopolioksypropylenowy, fosforan trój/2-chloroetylowy/, katalizatory i monofluorotrójchlorometan do polimetylenopolifenyloizocyjanianu od 1:0,70 do 1:1,8, najkorzystniej od 1:1 do 1:1,8 przy czym jako katalizatory stosuje sie techniczny 2,4,6-trój/dwumetyloaminometyleno/fenol w ilosci 2—12 najkorzystniej 6—10, dwumetyloetanoloamine w ilosci 1-3, trójetylenodwuamine w ilosci 0,1—4ikapry- lan cynawy w ilosci 0,1—1 czesci wagowych na 100 czesci wagowych polimetylenopoli/fenyloizocyjanianu/.

Uklad katalityczny stosuje sie w ilosci od 8 do 15 czesci wagowych na 100 czesci wagowych polimetylenopo- li/fenyloizocyjanianu/.

Pianke poliuretanowo-poliizocyjanurowa natryskowa otrzymuje sie przy stosunku równowaznikowym poli¬ izocyjanianu do polieterolu od 1:1 do 10:1, najkorzystniej od 1:1 do 5:1.

Zaleta wynalazku jest technicznie prosty jednoetapowy sposób wytwarzania pianek poliuretanowopoliizo- cyjanurowych natryskowych. Otrzymana sposobem wedlug wynalazku pianka poliuretanowo-poliizocyjanurowa natryskowa w stosunku do znanych rozwiazan wyróznia sie tym, ze jest niekrucha lub posiada bardzo mala kruchosc ponizej 5% ubytku masy w ciagu 10 minut bebnowania wedlug ASTM C-421 oraz temperature mie¬ kniecia powyzej 200°C wedlug DIN 53423. Dwukomponentowy uklad surowcowy pozwala na spienienie bez przeszkód w miejscu stosowania pianki jako izolacji.

Omawiany sposób zilustrowano nastepujacymi przykladami.

Przyklad I. (w czesciach wagowych). Komponent A sporzadza sie przez dokladne wymieszanie 1000 polioksypropylenowanego sorbitolu o liczbie hydroksylowej Lqh = 490, 300 fosforanu trój/2-chloroetylowego), 68,8 kopolimeru polisiloksanopolioksypropylenowego, 105,3 trójetylenodwuaminy, 241,1 technicznego 2,4,6-trój/dwumetyloaminometyleno/fenolu, 68,9 dwumetyloetanoloaminy, 20,7 kaprylanu cynawego i 689 mo- nofluorotrójchlorometanu. Komponent B stanowi 3444 polimetylenopoli/fenyloizocyjanianu/ o zawartosci grup —NCO 31%. Dwukomponentowy uklad surowcowy o temperaturze 20 ± 2°C natryskuje sie agregatem dozuja- co-mieszajacym na wybrana powierzchnie przy stosunku komponentów A:B = 1:1,28. Otrzymuje sie pianke poliuretanowo-poliizocyjanurowa o nastepujacych wlasnosciach: czas kremowania — 2 sek., czas wzrostu - 20 sek., czas zelowania - 16 sek., gestosc pozorna wedlug PN-65/C-89046 - 37,3 km/m3, wytrzymalosc na sciskanie w kierunku równoleglym do wzrostu wedlug PN-63/C-89071 - 3,57 • 0,980665 • 10"l MPa, \w kierunku prostopadlym do wzrostu - 1,48 • 0,980665 • 10_1 MPa, zawartosc komórek zamknietych- 93,5%, palnosc wedlug ASTM D-1692-59 - niepalna, temperatura miekniecia wedlug DIN 53424-205°C, kruchosc wedlug ASTM C-421-0,1%.

Przyklad II. (w czesciach wagowych). Komponent A sporzadza sie poprzez dokladne wymieszanie 1000 polioksypropylenowanego sorbitolu o Lqh = 490, 150 fosforanu trój/2-chloroetylowego/, 114,8 trójetyle¬ nodwuaminy, 114,8 kopolimeru polisiloksanopolioksypropylenowego, 574,1 technicznego 2,4,6-trój/dwumetylo- aminometyleno/fenolu, 114,8 dwumetyloetanoloaminy, 17,2 kaprylanu cynawego i 1148 monofluorotrójchloro- metanu. Komponent B stanowi 5740 polimetylenopoli/fenyloizocyjanian/ o zawartosci grup — NCO 31%.101 798 i Dwukomponentowy uklad surowcowy o temperaturze 20 ± 2°C natryskuje sie agregatem mieszajaco-dosih jacym na wybrana powierzchnie przy stosunku komponentów A:B = 1:1,65. Otrzymuje sie pianke poliuretan** wo-poliizocyjanurowa o nastepujacych wlasnosciach: czas kremowania - 2,5 sek., czas wzrostu - 25 sek., C1A$ zelowania - 20 sek., gestosc pozorna wedlug PN-65/C-89046- 41,5 kg/m3, wytrzymalosc na sciskanie w kto* runku równoleglymdo wzrostu wedlug PN-63/C-89071- 3/)2 • 0,980665 • 10'l MPa, w kierunku prostop* dlym - 1,41 • 0,980665 • 10' l MPa, zawartosc komórek zamknietych — 91,0%, palnosc wedlug AStM D-l692-59 - niepalna, temperatura miekniecia - wedlug DIN 53424 - 221°C, kruchosc wedlug AStM C-421-3,45%. _..„..„. _ ...

Przyklad III. (w czesciach wagowych). Komponent A sporzadza sie przez dokladne wymieszartte 1000 polioksypropylenowanego sorbitolu o Lqh = 490, 300 fosforanu trój/2-chloroetylowego/, 68,8 kopolime¬ ru polisiloksanopolioksypropylenowego, 103,3 trójetylenodwuaminy, 241,1 technicznego 2,4,6-trój/dwumetylb- aminometyleno/fenolu, 34,4 dwumetyloetanoloaminy, 27,6 kaprylanu cynawego i 689 monofluorotrójchloromte- tanu. Komponent B stanowi 3444 polimetylenopoli/fenyloizocyjanianu/ o zawartosci grup — NCO 31%.

Dwukomponentowy uklad surowcowy natryskuje sie agregatem mieszajaco-dozujacym na wybrana po¬ wierzchnie przy stosunku komponentów A:B = 1:1,40. Otrzymuje sie pianke poliuretanowo-poliizocyjanurowa o nastepujacych wlasnosciach: czas kremowania — 2,2 sek., czas wzrostu — 25,5 sek., czas zelowania — 26 sek., gestosc pozorna wedlug PN-65/C-89046- 29,5 kg/m3, wytrzymalosc na sciskanie w kierunku równoleglym do wzrostu wedlug PN-63/C-89071 - 2,38 • 0,980665 • 10"'MPa, w kierunku t prostopadlym do wzrostu 1,14 • 0,980665 • 1.0"l MPa, zawartosc komórek zamknietych - 92,5%, palnosc wedlug ASTM D-1692-59 - niepalna, temperatura miekniecia wedlug DIN 53424- 202°C, kruchosc wedlug ASTM C—421—3,1%.

P r z y k l a d IV. (w czesciach wagowych). Komponent A sporzadza sie przez dokladne wymieszanie 1000 polioksypropylenowanego sorbitolu o Lqh = 490, 300 fosforanu trój/2-chloroetylowego), 13,8 kopolime¬ ru polisiloksanopolioksypropylenowego, 41,3 trójetylenodwuaminy, 96,5 technicznego 2,4,6-trój/dwumetyloami- nometyleno/fenolu, 41,3 dwumetyloetanoloaminy, 8,3 kaprylanu cynawego oraz 413 monofluorotrójchlorome- tanu. Komponent B stanowi 1378 polimetylenopoli/fenyloizocyjanianu/. .

Dwukomponentowy uklad surowcowy natryskuje sie agregatem mieszajaco-dozujacym na wybrana po¬ wierzchnie przy stosunku komponentów A:B = 1:0,72. Otrzymuje sie pianke o nastepujacych wlasnosciach: czas kremowania — 2,3 sek., czas wzrostu - 16,5 sek., czas zelowania — 16,5 sek., gestosc pozorna wedlug PN-65/C—89046 — 30,3 kg/m3, wytrzymalosc na sciskanie w kierunku równoleglym do wzrostu wedlug PN-63/C-89071 - 2,60 • 0,980665 • 10"1 MPa, w kierunku prostopadlym- 1,24 • 0,980665 • 10"1 MPa, za¬ wartosc komórek zamknietych — 88,0%, palnosc wedlug ASTM D—1692-59 — samogasnaca, temperatura mie¬ kniecia - 156°C, kruchosc wedlug ASTM C^421 1,8%.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania pianek poliuretanowo-poliizocyjanurowych w reakcji polimetylenopoli/fenyloizocyja- nianu/ z polieterolem w stosunku równowaznikowym od 1:1 do 10:1, najkorzystniej od 1:1 do 5:1,znamien¬ ny t y m, ze jako katalizator stosuje sie uklad katalityczny zlozony z technicznego 2,4,6-trój/dwumetyloami- nometyleno/fenolu w ilosci od 2 do 12, najkorzystniej 6 do 10, dwumetyloetanoloaminy w ilosci od 1 do 3, trójetylenodwuaminy w ilosci od 0,1 do 4 oraz kaprylanu cynawego w ilosci od 0,1 do 1 czesci wagowych na 100 czesci wagowych polimetylenopoli/fenyloizocyjanianu/, a caly uklad stosuje sie w ilosci od 8 do 15 czesci wagowych na 100 czesci wagowych polimetylenopoli/fenyloizocyjanianu/, przy czym uklad surowcowy przygo¬ towany najkorzystniej w postaci dwóch komponentów spienia sie przez natrysk na wybrana powierzchnie w tem¬ peraturze 13—28°C, najkorzystniej 20±2°C przy stosunku wagowym komponentu zawierajacego polieterol, kopolimer polisiloksanopolioksypropylenowy, fosforan trój/2-chloroetylowy/, monofluorotrójchlorometan i ka¬ talizatory do polimetylenopoli/fenyloizocyjanianu/ od 1:0,70 do 1:1,8, najkorzystniej od 1:1 do 1:1,8.