PL206206B1

PL206206B1 - Kompozycja spienialna z użyciem pojemników ciśnieniowych i zastosowanie tej kompozycji

Info

Publication number: PL206206B1
Application number: PL357670A
Authority: PL
Inventors: Heinrich Sommer
Original assignee: Rathor Agrathor Ag
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2001-01-04
Publication date: 2010-07-30
Also published as: PL357670A1; EP1274778B1; ATE336541T1; US20030094720A1; US6340715B1; DE50110751D1; JP2003519269A; WO2001049779A3; DK1274778T3; EP1274778A2; AU2371801A; ES2272434T3; US7029609B2; DE10000327A1; EP1274778B9; PT1274778E; WO2001049779A2

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja spienialna z użyciem pojemników ciśnieniowych i zastosowanie tej kompozycji. Kompozycja ta jest użyteczna do wytwarzania trwałych pianek izolacyjnych na bazie wodnej dyspersji tworzywa sztucznego, a zwłaszcza do wytwarzania pianek izolacyjnych w budownictwie.

Kompozycja według wynalazku służy do wytwarzania pianek izolacyjnych, stosowanych przede wszystkim do izolacji cieplnej i izolacji przeciw wilgoci, przez wypełniane pustych przestrzeni pianką. Do najważniejszych dziedzin stosowania należy budownictwo, przy czym pianki znajdują również zastosowanie w produktach technicznych, w których trzeba wypełnić puste przestrzenie dla uniknięcia w nich kondensacji pary wodnej. Ponadto kompozycję tę można stosować do wytwarzania uszczelnień, takich jak taśmy uszczelniające.

W szczególnoś ci w dziedzinie budownictwa, czę sto stosuje się pianki poliuretanowe o gę stoś ci pozornej 10-100 g/l, które wytwarza się i przetwarza na miejscu przez wypuszczanie kompozycji prepolimeru z pojemników ciśnieniowych, np. pojemników aerozolowych, za pomocą propelenta. Tak zwane pianki 1S (jednoskładnikowe) są utwardzane wilgocią, przy czym składają się one z jednego składnika zdolnego do reakcji z wilgocią, zawierającego grupy izocyjanianowe. Pianki 2S (dwuskładnikowe) zawierają drugi składnik, tak, że utwardzanie do gotowej pianki nie zależy już lub nie tylko zależy od obecności wilgoci. Także w tym przypadku reaktywny pierwszy składnik zawiera grupy izocyjanianowe, reagujące ze znajdującymi się w drugim składniku grupami hydroksylowymi lub aminowymi.

Prepolimery zawierające grupy izocyjanianowe, stosowane do wytwarzania tradycyjnych pianek poliuretanowych, są szczególnie użyteczne do wytwarzania trwałych pianek, lecz wykazują istotną wadę, a mianowicie toksyczność składnika zawierającego grupy izocyjanianowe. Z tego względu konieczne są szczególne środki ostrożności przy napełnianiu, przetwarzaniu i usuwaniu resztek kompozycji. Gotowe pianki PUR (czyli poliuretanowe) mają jednak dobre właściwości izolacyjne, nie są toksyczne, są trwałe i podatne na dalszą obróbkę.

Kompozycje zawierające prepolimery poliuretanowe są bardzo reaktywne w stosunku do wody. Z tego powodu układy zawierające tego rodzaju prepolimery nie mogą być wytwarzane w środowisku wodnym. Z tego względu nieodzowne są inne ciekłe składniki, rozpuszczalniki i/lub ciekłe substancje dodatkowe, jako nośniki składników tworzących piankę. Przy doborze nośników wysoka reaktywność grup izocyjanianowych narzuca wąskie granice. Z tego punktu widzenia byłby pożądany piankotwórczy polimer, który można by spieniać z użyciem wodnych dyspersji.

Z opisu patentowego US-A-3 912 666 znane są preparaty polimerów bł onotwórczych razem z propelentem, umieszczone w opakowaniu ciś nieniowym, do wytwarzania piankowych gą bek. Do tych preparatów dodaje się niejonowy stabilizator pianki. Piankę opisano jako nie mającą właściwości klejących, co jest spójne z wymienionym stosowaniem do celów czyszczących.

W opisie patentowym US-A-4 036 673 opisano sposób wytwarzania pianki o wł aś ciwoś ciach klejących, z użyciem wodnej dyspersji i propelenta. Pianka ta po wytworzeniu szybko się zapadała.

Na rynku znajduje się poza tym szereg dyspersji tworzyw sztucznych, które razem z propelentem są umieszczane w opakowaniach ciśnieniowych i po spienieniu tworzą piankę trwałą przez krótki czas. Produkt pomyślany jest jako „łata do opon”. Piankę rozprowadza w oponie na ściance, przy czym zapada się ona tworząc błonę uszczelniającą spękania. Taki preparat opisano np. w US-A-4 501 825.

Mechanizm tworzenia błon opisano szczegółowo w literaturze, patrz „Water-Born-Coatings”,

K. Doren i in., Hansa Publishers, Monachium 1994. Wiadomo poza tym, że tworzenie się błon można kontrolować za pomocą dodatków, takich jak zagęszczacze asocjacyjne, środki ułatwiające tworzenie się błon, wypełniacze i tym podobne, zwłaszcza pod względem optymalizacji właściwości, np. w przypadku produktów przemysłu lakierniczego, patrz „Wassrige Polymerdispersionen, SyntheseeigenschaftenAnwendung”, D. Distler, Wiley-VCH, 1999. W literaturze szczegółowo przedstawiono również wytwarzanie pianek i teorię stabilizacji pianek, zwłaszcza wytwarzanie pianek wodnych, patrz „Handbook of Aerosoltechnology, str. 358 i następne, „Aqueous Aerosol Films, P. A. Sanders, Krieger Publishing, Florida 1979.

Niejednokrotnie opisano zastosowanie pianek lateksowych z użyciem pojemników ciśnieniowych. W publikacji WO-A-98/12248 opisano spienialne kompozycje do nanoszenia trwałej pianki z użyciem pojemników ciśnieniowych, składające się z wodnej emulsji polimeru błonotwórczego, ciekłego propelenta i stałego, lipofilowego i niejonowego środka powierzchniowo czynnego o wartości HLB około 3-8 oraz ewentualnie innych dodatków. W publikacji WO-A-98/12247 opisano spienialną

PL 206 206 B1 kompozycję do nanoszenia pianki z użyciem pojemników ciśnieniowych, zawierającą wodną emulsję polimeru błonotwórczego, ciekły propelent, stały woskopodobny stabilizator pianki i ciekły lipofilowy środek powierzchniowo czynny.

Okazało się, że kompozycje przeznaczone do wytwarzania pianki, opisane w obu publikacjach wymienionych powyżej, wprawdzie bezpośrednio po naniesieniu dają trwałą piankę, ale w miarę upływu czasu zapada się ona i w dłuższym okresie nie spełnia wymagań dobrej pianki izolacyjnej. Wyraźna tendencja do kurczenia się może być wprawdzie złagodzona przez odpowiedni dobór niejonowego środka powierzchniowo czynnego jako stabilizatora pianki, ale nie może być w całości wyeliminowana. Obecność niejonowego środka powierzchniowo czynnego przyczynia się poza tym do nietrwałości wytworzonej pianki pod wpływem wilgoci, np. w warunkach wysokiej wilgotności.

Niemniej jednak istnieje zapotrzebowanie na drobnokomórkową, elastyczną, nie kurczącą się piankę, którą można wytwarzać z wodnej dyspersji błonotwórczego tworzywa sztucznego za pomocą zwykłej mieszaniny propelentów. W szczególności byłaby pożądana taka pianka poliuretanowa.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że wymagania te zostały spełnione dzięki zastosowaniu kompozycji na bazie dyspersji o odpowiednim składzie.

Wynalazek dotyczy kompozycji spienialnej z użyciem pojemników ciśnieniowych, na bazie wodnej dyspersji tworzywa sztucznego, charakteryzującej się tym, że zawiera wodną dyspersję o zawartości 30-80% wagowych błonotwórczego tworzywa sztucznego, przy czym ta wodna dyspersja zawiera co najmniej jeden błonotwórczy poliuretan, propelent w ilości 3-25% wagowych, w przeliczeniu na masę całej kompozycji, przy czym ten propelent stanowi propan, butan, izobutan i/lub eter dimetylowy oraz jeden lub większą liczbę jonowych stabilizatorów pianki w ilości 0,3-6% wagowych, w przeliczeniu na masę całej kompozycji.

Korzystnie, wodna dyspersja tworzywa sztucznego zawiera 40-60% wagowych błonotwórczego tworzywa sztucznego.

Korzystnie, minimalna temperatura tworzenia się błony wynosi poniżej 100°C, a zwłaszcza poniżej 50°C.

Korzystnie, wodna dyspersja zawiera poliakrylan, kopolimer styren-butadien, kopolimer octan winylu-etylen, kopolimer monomer akrylowy-kwas metakrylowy lub ich mieszaninę.

Korzystnie, wodna dyspersja zawiera mieszaninę poliuretanu i poliakrylanu oraz ewentualnie kopolimeru styren-butadien.

Korzystnie, dyspersja zawiera dwa błonotwórcze tworzywa sztuczne w stosunku wagowym od 30/70 do 70/30, z których jedno wykazuje minimalną temperaturę tworzenia się błony 20°C lub niższą niż 20°C, a drugie wykazuje minimalną temperaturę tworzenia się błony wyższą niż 20°C.

Korzystnie, kompozycja według wynalazku zawiera zwykłe dodatki w postaci środków ogniochronnych, środków zagęszczających, biocydów, fungicydów, środków do zwalczania glonów, środków zapobiegających zamarzaniu, wypełniaczy, środków chroniących przed korozją i/lub emulgatorów, w łącznej ilości do 50% wagowych, w przeliczeniu na masę całej kompozycji.

Korzystnie, kompozycja według wynalazku zawiera stabilizator lub stabilizatory pianki o charakterze anionowym, kationowym lub amfoterycznym.

Szczególnie korzystnie, kompozycja zawiera stabilizator lub stabilizatory pianki wybrane z grupy obejmującej karboksylany, pochodne kwasów tłuszczowych, alkilopolioksyetylenokarboksylany, estry metylowe kwasów α-sulfotłuszczowych, alkilosiarczany, alkilopolioksyetylenosiarczany, alkilofosforany i alkilopolioksyetylenofosforany, alkilobenzenosulfoniany, alkanosulfoniany, olefinosulfoniany, estry kwasu sulfobursztynowego i/lub estry kwasu sulfobursztynowego i alkanoloamidów kwasów tłuszczowych.

Poza tym, szczególnie korzystnie, kompozycja zawiera stabilizator lub stabilizatory pianki wybrane z grupy obejmującej lipofilowe, modyfikowane, czwartorzędowane białka, sole alkilobenzylodimetyloamoniowe, sole trimetyloalkiloamoniowe i/lub sole benzylodimetyloamoniowe na bazie kwasów tłuszczowych.

W szczególności, stabilizator lub stabilizatory pianki stanowi betaina.

Korzystnie, kompozycja według wynalazku zawiera stabilizatory pianki w ilości 1,0-4,0% wagowych, w przeliczeniu na masę całej kompozycji.

Korzystnie, propelent stanowi mieszanina skroplonych propelentów.

Korzystnie, kompozycja według wynalazku jest zawarta w pojemniku ciśnieniowym dodatkowo zawierającym kulkę stalową.

Wynalazek dotyczy również zastosowania kompozycji zdefiniowanej powyżej do wytwarzania materiałów uszczelniających i izolujących, a zwłaszcza termoizolujących.

PL 206 206 B1

Korzystne jest zastosowanie kompozycji według wynalazku do wytwarzania taśm izolujących.

Kompozycja według wynalazku do wytwarzania pianek z użyciem pojemników ciśnieniowych różni się od kompozycji znanych ze stanu techniki przede wszystkim tym, że zawiera anionowy stabilizator pianki w ilości 0,3-6% wagowych. Otrzymuje się piankę drobnokomórkową, elastyczną i w dużym stopniu zachowującą trwałość kształtu oraz w dużym stopniu odporną na działanie wilgoci.

Anionowe stabilizatory pianki stosowane zgodnie z wynalazkiem oprócz działania stabilizującego piankę spełniają inne funkcje, a mianowicie integrują propelent z fazą wodną. Powstaje emulsja typu „olej w wodzie”, czyli stosowany propelent o małej masie cząsteczkowej zostaje zemulgowany w środowisku wodnym. Przyjmuje się , ż e przy powstawaniu propelenta zemulgowanego w fazie wodnej obok zdyspergowanych cząstek polimeru istnieją również zemulgowane cząstki propelenta.

Główną funkcją stabilizatorów jest zapewnienie trwałości pianki podczas procesu wytwarzania błony i podczas suszenia. Zazwyczaj odpowiednie są anionowe, rozpuszczalne w wodzie stabilizatory pianki lub środki powierzchniowo czynne, które po wytworzeniu pianki za pomocą propelenta tworzą warstwę Langmuira na granicy ciągłej fazy wodnej i rozproszonej fazy gazowej.

Nieoczekiwanie efekt stabilizujący osiągany w przypadku użycia jonowych środków powierzchniowo czynnych wyraźnie przewyższa efekt osiągany w przypadku niejonowych środków powierzchniowo czynnych, zwłaszcza pod względem wydajności tworzenia pianki i długości czasu jej stabilizacji. Spośród jonowych środków powierzchniowo czynnych korzystne są środki anionowe, w porównaniu z betainami i ś rodkami kationowymi.

Przydatne do stosowania wodne dyspersje tworzyw sztucznych zawierają zwykle 30-80% wagowych tworzywa sztucznego lub tworzyw sztucznych, korzystnie 35-70%, zwłaszcza 40-60%, w przeliczeniu na masę dyspersji. Zazwyczaj przydatne są takie błonotwórcze tworzywa sztuczne, których minimalna temperatura tworzenia się błony jest niższa od 100°C, a zwłaszcza tworzywa o minimalnej temperaturze tworzenia się błony niższej od 50°C. Odpowiednimi tworzywami sztucznymi, które mogą być stosowane jako lateks, pojedynczo lub w mieszaninie, są tworzywa na bazie kwasu akrylowego, akrylanów niższego alkilu, styrenu, octanu winylu i tym podobnych. Mogą być również stosowane polimery na bazie etylenu, jak również kopolimery styren-monomer akrylowy, kopolimery styrenbutadien lub kopolimery octan winylu-etylen.

Szczególnie korzystne jest stosowanie lateksów poliuretanowych, samych lub w połączeniu z uprzednio wymienionymi lateksami. Jako nadają ce się do stosowania wodne dyspersje tworzyw sztucznych można stosować dyspersje dostępne w handlu. Zasadniczo odpowiednie do stosowania w kompozycjach wedł ug wynalazku są zwykł e lateksy, zwł aszcza przeznaczone do wytwarzania powłok. Przykładową listę takich lateksów podano w US-A-4 381 066.

Do wytwarzania kompozycji niewrażliwych na mróz celowe może być stosowanie niejonowych dyspersji poliuretanowych. Takie poliuretanowe dyspersje zawierają hydrofilowe, wbudowane do polimeru łańcuchy polieterowe, patrz Dieterich D., Aqueous Emulsions, Dispersions and Solutions of Polyurethanes, Synthesis and properties, Prog. Org. Coat. 9 (1981) 281-340. Takie dyspersje poliuretanowe mogą być stosowane same i ze stabilizatorami o charakterze jonowym, ewentualnie także z niejonowymi stabilizatorami pianki.

W odniesieniu do wspomnianych już lateksów poliuretanowych należ y zaznaczyć , ż e ze wzglę du na znajdujące się w ich cząsteczkach ugrupowania hydrofilowe i hydrofobowe tworzą one nadzwyczaj trwałe dyspersje, które praktycznie nie wymagają innych stabilizatorów. Dotyczy to zarówno poliuretanów na bazie aromatycznych, jak i alifatycznych poliizocyjanianów, niezależnie od tego czy są sieciowane polieterami, czy poliestrami. Poza tym do lateksów poliuretanowych w połączeniu ze stosowanymi zgodnie z wynalazkiem anionowymi stabilizatorami pianki można wprowadzać w wystarczających ilościach propelenty, takie jak skroplone węglowodory, eter dimetylowy lub skroplone fluorowane węglowodory, w wodne dyspersje i rozdzielać je na bardzo drobne cząstki, tak że tworzy się nadzwyczaj drobnokomórkowa, elastyczna, a mimo to pianka o stałym kształcie. Ponieważ wodne dyspersje poliuretanowe są w znacznym stopniu samostabilizujące, zwykle można zrezygnować z dodawania zwykłych emulgatorów.

W kompozycjach według wynalazku korzystnie można stosować mieszaniny różnych lateksów. W szczególności dotyczy to również lateksów różniących się minimalną temperaturą tworzenia się błony, gdyż stwierdzono, że w przypadku minimalnej temperatury tworzenia się błony niższej od temperatury pokojowej otrzymuje się bardzo drobnokomórkowe, miękkie i elastyczne pianki, podczas gdy w przypadku minimalnej temperatury tworzenia się bł ony wyż szej od temperatury pokojowej otrzymuje się drobnokomórkowe pianki, które po wysuszeniu przez noc prędzej stają się kruche. Połączenie

PL 206 206 B1 lateksu o temperaturze tworzenia się błony 20°C lub niższej, zwłaszcza < 0°C, z lateksem o minimalnej temperaturze tworzenia się błony wyższej od 20°C, prowadzi w dużym stopniu do wyrównania właściwości, w wyniku czego otrzymuje się drobnokomórkową, elastyczną, dobrze przetwarzalną piankę o trwałym kształcie. Zazwyczaj takie mieszaniny powinny zawierać oba składniki w stosunku wagowym od 30/70 do 70/30.

Kompozycje według wynalazku mogą zawierać dodatki zwykłego rodzaju, np. środki ogniochronne, środki zagęszczające, biocydy, fungicydy, środki do zwalczania glonów, środki zapobiegające zamarzaniu, środki chroniące przed korozją, emulgatory, wypełniacze, środki ułatwiające tworzenie błony i tym podobne dodatki. Są to dodatki zwykle stosowane przy wytwarzaniu pianek izolacyjnych, wodnych dyspersji i przeznaczone dla kompozycji umieszczanych w pojemnikach ciśnieniowych.

Jako środki ogniochronne można stosować zwykłe, stosowane w piankach izolacyjnych środki ogniochronne, o ile mieszają się z wodnymi dyspersjami. Korzystnymi środkami ogniochronnymi są dyspersje środków ogniochronnych na bazie polimerów, takie jak np. dyspersje PCW, dyspersje polichlorku winylidenu oraz lateksy polichloroprenowe, takie, jakie dostępne są w handlu.

Jako środki pomocnicze do zagęszczania lateksów można stosować środki zagęszczające, jakie np. stosuje się do wodnych lakierów. Środek zagęszczający może być potrzebny zwłaszcza wtedy, gdy powinno się stosować substancje stałe, takie jak wolne od chlorowców zwykłe środki ogniochronne (polifosforan amonu, wodorotlenek glinu, sole boru) lub inne dodatki, takie jak fungicydy, insektycydy, środki do zwalczania glonów i tym podobne. Odpowiednimi środkami zagęszczającymi są np. pochodne celulozy, takie jak Methocel^® 228, Methoce^®l A, Methocel^® 311 (firma DOW Chemical), akrylanowe środki zagęszczające do układów wodnych, np. A Pl/1 (Mϋnzing-Chemie) i Mirox AM (Stockhausen), poliuretanowe środki zagęszczające do układów wodnych, np. Tafigel^® PUR 40, Tafigel® PUR 55 (Mϋnzing-Chemie), jak również nieorganiczne środki zagęszczające, takie jak bentonit, hektoryt, montmorylonit, kwasy krzemowe (Aerosil^® 200, firma Degussa).

Szczególnie środki zagęszczające na bazie poliuretanu o krótkim łańcuchu, np. typu Tafigel, sprzyjają tworzeniu trwałych pianek i są pomocne w kształtowaniu jednorodnych struktur komórkowych, przy użyciu surowców o małej lepkości. Dobra trwałość jest szczególnie pożądana przy wypełnianiu pianką pionowych szczelin.

Połączenie dyspersji nie poliuretanowych polimerów błonotwórczych ze środkami zagęszczającymi na bazie poliuretanów prowadzi do otrzymania kompozycji o jakości zbliżonej do poliuretanowych dyspersji do wytwarzania pianek. Ze względu na tworzenie się trwałych struktur w układach wodnych, przy użyciu poliuretanowych środków zagęszczających można również częściowo lub całkowicie zrezygnować z dodatku zwykłych emulgatorów.

Dla specjalnych zastosowań można do pianek dodawać zwykłe biocydy, np. dla zapobiegania żerowaniu owadów, wzrostowi glonów lub atakowi grzybów.

Ponieważ trzeba brać pod uwagę, że kompozycje według wynalazku przed użyciem muszą być długi czas przechowywane w niekorzystnych warunkach, to rozsądne może być dodawanie zwykłych środków przeciw zamarzaniu i środków przeciwkorozyjnych. Przykładowo można wymienić glikol etylenowy, glikol propylenowy i glikol dietylenowy. Odpowiednimi środkami przeciwkorozyjnymi są alkanoloaminy.

Kolejnymi dodatkami są pomocnicze środki błonotwórcze, za pomocą których można obniżyć minimalną temperaturę tworzenia się błony i które mogą być dobierane na zasadzie hydrofobowości albo hydrofilowości stosowanych polimerów o właściwościach błonotwórczych, przykładowo Texanol^®, glikol propylenowy, Dowanol^® DPM.

Z uwagi na to, że dyspersje tworzyw sztucznych stanowią wodne układy o dużej zawartości wody, konieczne może być dodawanie środków pomocniczych, które zapewniają rozpuszczalność lub dyspergowalność dodatków i propelenta oraz tworzenie jednorodnej i trwałej fazy. Modelowe jest tworzenie emulsji typu „olej w wodzie”, czyli propelent o małej masie cząsteczkowej i dodatki są w środowisku wodnym zemulgowane.

Przy stosowaniu dyspersji poliuretanowych można w dużym stopniu zrezygnować z użycia emulgatorów. W przeciwnym razie można stosować takie emulgatory, jakie stosuje się przy wytwarzaniu dyspersji tworzyw sztucznych podczas polimeryzacji emulsyjnej, w zastosowaniach farmaceutycznych do wytwarzania żeli i kremów oraz do solubilizacji barwników. W szczególności odpowiednie są emulgatory typu środków powierzchniowo czynnych. Przykładami są oksyetylenowane alkohole tłuszczowe, oksyetylenowane alkilofenole, oksyetylenowane kwasy tłuszczowe, alkilosiarczany, alkilopolioksyetylenosiarczany, betaina kokosowa, alkiloamidopropylosulfobetaina, bromek alkilodimetyloben6

PL 206 206 B1 zyloamoniowy, estry sorbitanu, takie jak monopalmitynian sorbitanu, monostearynian sorbitanu i monooleinian sorbitanu, oksyetylenowany olej rycynowy, oksyetylenowany uwodorniony olej rycynowy i tym podobne związki. Innymi niejonowymi emulgatorami i koloidami ochronnymi, które można stosować również w połączeniu z jonowymi emulgatorami, są np. polialkohol winylowy, poliwinylopirolidon oraz amfifilowe polimery blokowe tlenku etylenu i tlenku propylenu, np. Pluronics^® firmy BASF lub Synperonics^® firmy ICI Surfactants.

W przypadku anionowych stabilizatorów pianki są to zazwyczaj mydł a i ś rodki powierzchniowo czynne. Są one obecne w ilości 0,3-6% wagowych, w przeliczeniu na masę całej kompozycji, korzystnie w ilości 0,5-4%, a zwłaszcza około 1-3%. Korzystnie można stosować mydła, np. mydła amonowe, sodowe i potasowe, zwłaszcza stearynian amonu lub sodu, laurynian amonu lub sodu, mirystynian amonu lub sodu i palmitynian amonu lub sodu.

Poza tym odpowiednie są pochodne kwasów tłuszczowych o ogólnym wzorze RCO-N(CH3)-CH2COONa, w którym RCO oznacza ugrupowanie kwasu laurynowego, kwasu mirystynowego, kwasu palmitynowego, kwasu stearynowego lub kwasu oleinowego. Te pochodne kwasów tłuszczowych znane pod ogólną nazwą sarkozynianów.

Ponadto można stosować alkilopolioksyetylenokarboksylany o ogólnym wzorze R-(OCH2CH2)n-OCH2COONa, w którym R oznacza grupę alkilową.

Odpowiednie są ester metylowy kwasu α-sulfotłuszczowego, alkilosiarczany, alkilopolioksyetylenosiarczany, alkilofosforany i alkilopolioksyetylenofosforany, alkilobenzenosulfoniany, olefinosulfoniany, alkanosulfoniany oraz estry kwasu sulfobursztynowego lub estry kwasu sulfobursztynowego i alkanoloamidów kwasu tłuszczowego.

W przypadku estrów kwasu α-sulfotłuszczowego korzystne są estry o wzorze RCH(SO₃H)-(COOCH3), w którym R oznacza tłuszczową grupę alkilową, lub ich sole.

W przypadku alkilosiarczanów korzystny jest zwłaszcza Stokal^® SAF, siarczan oksyetylenowanych C12-C15-alkoholi tłuszczowych o 2-3 jednostkach tlenku etylenu, np. sól sodowa związku o wzorze C₁₂H₂₅(OCH₂CH₂)_2-3OSO₃H.

W przypadku alkilofosforanów i alkilopolioksyetylenofosforanów są to związki dostępne w handlu, podobnie jak w przypadku alkilobenzenosulfonianów, z których korzystny jest dodecylobenzenosulfonian. W przypadku olefinosulfonianów korzystne są homologi C14 i C16, a przypadku alkanosulfonianów związki zawierające 13-18 atomów węgla. W szczególności, jako pochodne kwasów tłuszczowych odpowiednie są zwłaszcza pochodne zawierające 10-20 atomów węgla.

Szczególnie korzystnymi anionowymi stabilizatorami pianki są mydła i siarczany alkoholi tłuszczowych (np. produkty firmy Stockhausen, Krefeld, Niemcy), które sprzedawane są pod nazwami Stokal^® STA i Sultafon^® SAF. W wyniku użycia mieszaniny stearynianu amonu i siarczanu alkoholu tłuszczowego można dokładnie regulować strukturę pianki.

Jako kationowe stabilizatory pianki można stosować np. zwykłe sole alkilobenzylodimetyloamoniowe, sole alkilotrimetyloamoniowe oraz sole benzylodimetyloamoniowe na bazie kwasów tłuszczowych. Jako sole korzystne są zwłaszcza chlorki i metylosiarczany. Przykładami są chlorek alkilodimetylobenzyloamoniowy o nazwie handlowej Empigen BAC 50, metosiarczan alkilotrimetyloamoniowy o nazwie handlowej Empigen CM (oba z firmy Albright and Wilson), chlorek C12-C14-alkilobenzylodimetyloamoniowy o nazwie handlowej Servamine KAC 422 D (firma Condea) oraz chlorek stearylobenzylodimetyloamoniowy o nazwie handlowej Ninox 4002 (firma Stepan).

Korzystnymi kationowymi stabilizatorami pianki są poza tym lipofilowo modyfikowane czwartorzędowane białka, takie jak oferowane np. pod nazwą Macropro przez firmę The Mclntyre Group. Są to hydrolizowane produkty białkowe, pochodzące np. z hydrolizowanego kolagenu, keratyny, białka pszenicy, białka soi, albo hydrolizowanego jedwabiu lub mleka i modyfikowane naturalną grupą lipidową poprzez czwartorzędową grupę amoniową.

Przydatne są również betainy, czyli środki powierzchniowo czynne o charakterze amfoterycznym (jony obojnacze). W tym przypadku odpowiednie są pochodzące od kwasów tłuszczowych amidoalkilobetainy, np. amidopropylobetaina kwasu kokosowego i amidopropylosulfobetaina kwasu kokosowego, a także amfooctany kwasów tłuszczowych, np. lauroamfooctan. Markami handlowymi są Ampholit JB 130 K firmy Kondea, Ammonyl 675 SB firmy Sepik i Empigen CDL 60/P firmy Albright and Wilson.

Propelenty stosowane w kompozycjach według wynalazku stanowią gazy zwykle stosowane do wytwarzania pianki z pojemników ciśnieniowych. Odpowiednie są w szczególności skroplone propelenty, takie jak propan, n-butan, izobutan, eter dimetylowy, 1,1,1,2-tetrafluorometan (R134a) i 1,2-diPL 206 206 B1 fluorometan (R152a), same lub w mieszaninach. Szczególnie korzystna jest mieszanina propanu, izobutanu i eteru dimetylowego. Dla uzupełnienia i wspomagania działania można domieszać inne propelenty, takie jak CO2 i N2O. Zawartość propelentów w całej kompozycji wynosi 3-25% wagowych, korzystnie do 20% wagowych, a zwłaszcza do 12% wagowych. W celu wytwarzania pianek i pasm uszczelniających na ogół wystarczająca jest zawartość propeletów wynosząca 3-5% wagowych. Dla wytwarzania pianek uszczelniających wystarczające i korzystne jest stosowanie jako propelenta CO2, w przeważ ają cej iloś ci lub jedynie.

Do stosowania w kompozycjach według wynalazku wybiera się lateksy, ze względu na ich temperaturę tworzenia błony. Ważne jest, aby minimalna temperatura tworzenia się błony była niższa od 100°C. Minimalna temperatura tworzenia się błony może być jednak obniżona do pożądanego zakresu, dzięki użyciu odpowiednich pomocniczych środków błonotwórczych.

Szczególnie korzystne jest stosowanie dyspersji poliuretanowych oraz dyspersji poliuretanu i innego środka błonotwórczego, np. mieszaniny poliuretanu i akrylanu. Dla określonych zastosowań celowe może być stosowanie hydrofobowych środków błonotwórczych, np. środków na bazie związków olefinowych lub związków o dużym udziale olefin, np. kopolimerów styren-butadien i kopolimerów styren-akrylan. Stwierdzono, że przy użyciu polimerów o wyższym udziale tworzyw hydrofilowych, np. o wysokim udziale kopolimeru octan winylu-etylen, występuje znaczne pochłanianie wody, wskutek czego przy wysokiej wilgotności względnej utworzona pianka nasyca się całkowicie wodą, przez co ulega częściowemu rozpuszczeniu i zmiękczeniu. Może to prowadzić do zapadnięcia się metastabilnej pianki i do utraty pożądanej skuteczności izolacji cieplnej i akustycznej.

Przegląd stosowanych lateksów podano w tabeli 1. Przy dyspersjach poliuretanowych należy zaznaczyć, że dla wytworzenia pianek odpornych na działanie UV korzystne jest stosowanie poliuretanu na bazie poliizocyjanianów alifatycznych.

Wynalazek dotyczy ponadto pojemników ciśnieniowych do nanoszenia pianek izolacyjnych, napełnionych uprzednio opisaną kompozycją. Są to zwykłe pojemniki aerozolowe lub ciśnieniowe, jakie na całym świecie stosuje się do różnych celów, między innymi także do wytwarzania izolacyjnych pianek poliuretanowych 1S na bazie prepolimerów izocyjanianowych. Dla polepszenia nanoszenia kompozycji długo przechowywanych w takich pojemnikach, rozsądne może być wprowadzenie do napełnionych pojemników środków pomocnych przy nanoszeniu, w postaci pręta metalowego lub kulki stalowej, ułatwiających wymieszanie lub wytrząsanie osadzonej dyspersji.

T a b e l a 1

Lateks	Zawartość części stałych (%)	MFBT (°C)	pH	Lepkość (mPas)	Producent	Uwagi
1	2	3	4	5	6	7
Kopolimer styren-butadien
Lipaton SB 4520	50	0	8,5	200	Polymer-Latex, Marl
Lipaton SB 5521	50	0	8.5	100	Polymer-Latex, Marl
Lipaton SB 5811	47	3	8,0	25	Polymer-Latex, Marl
Lipaton SB 5850	46	3	8,0	20	Polymer-Latex, Marl
DL 955	50	18	7,0	200	DOW
DL 980	50	0	5,0	250	DOW

Kopolimer styren-akrylan
Lipaton X 3820	50	4	7,5	160	Polymer-Latex, Marl
Lucidene 375	45	85	8,5	350	Morton International, Bremen

PL 206 206 B1 cd. tabeli 1

1	2	3	4	5	6	7
Kopolimer octan winylu-etylen
Yinnapas LL 7200 (Airflex 720)	72			2300	Air Products, Burghausen

Dyspersja poliuretanowa
U 500	40	0	7,4	400	Alberdingk Boley, Krefeld	PUR/polieter
U 600 A	40	0	8,0	300	Alberdingk Boley, Krefeld
U 210	61	0	8,0	1000	Alberdingk Boley, Krefeld	PUR/polieter
U 300	40	0	-	_-	Alberdingk Boley, Krefeld	PUR/polieter
U 650	40	0	-	-	Alberdingk Boley, Krefeld	PUR/polieter
Impranil DLNW 50	50	-	-	-	Bayer AG	PUR/polieter

Dyspersja akrylanowa
AC 548	50	13	8,0	4500	Alberdingk Boley, Krefeld
AC 2535	50	20	7,5	3000	Alberdingk Boley, Krefeld
AC 31	50	40	7,5	1000	Alberdingk Boley, Krefeld
AC 2529	43	50	7,0	4500	Alberdingk Boley, Krefeld
AC 2509	50	80	7.5	500	Alberdingk Boley, Krefeld

Dyspersja na bazie estrów kwasu akrylowego/metakrylowego
AC 548	50	13	8	4500	Alberdingk Boley, Krefeld

* MFBT = minimalna temperatura tworzenia się błony

Kompozycje według wynalazku formułuje się w następujący sposób. W trakcie intensywnego mieszania przygotowuje się mieszaninę lateksów ze stabilizatorem pianki i ewentualnie dodanym emulgatorem. Przy stosowaniu składników nierozpuszczalnych w wodzie, konieczne jest uprzednie rozpuszczenie ich w rozpuszczalniku organicznym i następne powolne wprowadzenie do lateksu. Można przy tym wprowadzić do lateksu składniki w większym stężeniu niż można by oczekiwać z ich rozpuszczalności w wodzie, co można prawdopodobnie wytłumaczyć zdolnością do tworzenia się miceli lub wbudowaniem środka powierzchniowo czynnego w lamelarne warstwy zdyspergowanych cząstek polimeru na granicy faz polimer-woda.

PL 206 206 B1

Odpowiednimi rozpuszczalnikami organicznymi dla kompozycji według wynalazku w postaci wodnych dyspersji są alkohole o małej masie cząsteczkowej, takie jak etanol, propanol, alkohol izopropylowy, butanol, izobutanol, t-butanol, glikol etylenowy, glikol izobutylowy, glikol dietylenowy, 1-metoksy-2-propanol, 1-etoksy-2-propanol i tym podobne. Jeśli potrzebne są roztwory, wytwarza się je na ciepło. Niektóre układy, jak np. 40% kwas heksadekanowy w izopropanolu, po ochłodzeniu nadają się do przetwarzania tylko przez kilka godzin, gdyż występuje znaczące tworzenie się miceli i struktur ciekłokrystalicznych. Przez ogrzanie i wymieszanie można struktury te zniszczyć.

Zrozumiałe jest, że anionowe środki powierzchniowo czynne można wytwarzać również przez zobojętnianie odpowiednich kwasów w wodnej, zalkalizowanej dyspersji lub w wodnej dyspersji środka błonotwórczego z zasadowymi grupami funkcyjnymi.

Po dodaniu środka powierzchniowo czynnego i ewentualnie emulgatorów, dodaje się kolejne dodatki i po napełnieniu i zamknięciu pojemnika ciśnieniowego wprowadza się do niego propelent.

Wynalazek ilustrują następujące przykłady.

P r z y k ł a d y 1-7

Pojemniki ciśnieniowe napełniono kompozycjami według wynalazku przedstawionymi w tabeli 2, po czym pojemniki zamknięto i testowano po kilku dniach doprowadzania do stanu równowagi.

Ze wszystkich kompozycji otrzymano piankę o gęstości pozornej około 100 g/cm³. Najlepsze rezultaty osiągnięto w przypadku kompozycji na bazie dyspersji poliuretanów lub mieszanin zawierających poliuretany. W tym przypadku otrzymuje się drobnokomórkowe, elastyczne pianki o trwałym kształcie i o dobrej do bardzo dobrej sile klejenia.

Przykład 5 wykazuje, że w wyniku użycia niejonowego stabilizatora pianki (Brij 52) otrzymuje się piankę o niewystarczającej trwałości. Pianka po 24 godzinach zapadała się, kompozycja nie nadawała się do wypełniania szczelin.

Zazwyczaj złe rezultaty osiągano również w przypadku dyspersji nie zawierających w ogóle poliuretanu. Otrzymane pianki kurczyły się (przykład 3) lub okazywały się kruche lub pokruszone (przykład 4). Tendencja do kruszenia się mogła być jednak zrównoważona przez domieszanie dyspersji poliuretanowej (przykład 7).

Wszystkie pianki wykazywały dobrą przyczepność do drewna i innych materiałów. Jest to szczególnie ważne przy stosowaniu w przemyśle budowlanym, gdzie pianki izolacyjne stosuje się regularnie do ościeżnic drzwiowych i okiennych.

Przy zawartości propelenta 3-5% wagowych kompozycje według wynalazku mogą być spieniane w postać taśm uszczelniających, znajdujących zastosowanie np. w szczelinach budynków, a także w lodówkach.

T a b e l a 2

Substancja	1	2	3	4	5	6	7
1	2	3	4	5	6	7	8
U210	82				88	85
U 500		82
U 600A							42
AC 2529				82			40
DL 955			82				2,5
Stokal STA Sultafon SAF	9	9	9	9		9	2,5
Roztwór Brij 52					3
Oksyetylenowany nonylofenol							3
Propan	2	2	2	2	2		4
Izobutan	3	3	3	3	3	3	2
Eter dimetylowy	4	4	4	4	4	3	4
Suma	100	100	100	100	100	100	100

PL 206 206 B1 cd. tabeli 2

1	2	3	4	5	6	7	8
Wygląd pianki w 1 cm szczelinie	drobnoko- mórkowa	drobnoko- mórkowa	drobnoko- mórkowa, duża kurczli- wość	drobnoko- mórkowa	zapadająca się	zwarta, drobnoko- mórkowa	ela- styczna
Elastyczność	bardzo elastyczna	bardzo elastyczna	miękka, nieela- styczna	krucha pokruszona	bardzo elastyczna	bardzo elastyczna
Siła klejenia	bardzo dobra	bardzo dobra	dobra	dobra	bardzo dobra	bardzo dobra

U 600A = dyspersja poliuretanowa z firmy Alberdingk Boley

U 210 = dyspersja poliuretanowa z firmy Alberdingk Boley

U 500 = dyspersja poliuretanowa z firmy Alberdingk Boley Stokal STA (Stockhausen) = 30% stearynian amonu w wodzie

Brij 52 (FLUKA) = alkohol cetylowy, oksyetylenowany ok. 2 jednostkami EO, 50% w izopropanolu

DL 955 = Dyspersja styren-butadien z firmy DOW Chemical Sultafon SAF (Stockhausen) = 30% siarczan alkoholu tłuszczowego w wodzie

AC 2529 = dyspersja poliakrylanowa z firmy Alberdingk Boley

Claims

1. Kompozycja spienialna z użyciem pojemników ciś nieniowych, na bazie wodnej dyspersji tworzywa sztucznego, znamienna tym, że zawiera wodną dyspersję o zawartości 30-80% wagowych błonotwórczego tworzywa sztucznego, przy czym ta wodna dyspersja zawiera co najmniej jeden błonotwórczy poliuretan, propelent w ilości 3-25% wagowych, w przeliczeniu na masę całej kompozycji, przy czym ten propelent stanowi propan, butan, izobutan i/lub eter dimetylowy oraz jeden lub większą liczbę jonowych stabilizatorów pianki w ilości 0,3-6% wagowych, w przeliczeniu na masę całej kompozycji.

2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że wodna dyspersja tworzywa sztucznego zawiera 40-60% wagowych błonotwórczego tworzywa sztucznego.

3. Kompozycja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że minimalna temperatura tworzenia się błony wynosi poniżej 100°C.

4. Kompozycja według zastrz. 1-3, znamienna tym, ż e minimalna temperatura tworzenia się błony wynosi poniżej 50°C.

5. Kompozycja według zastrz. 1-4, znamienna tym, że wodna dyspersja zawiera poliakrylan, kopolimer styren--butadien, kopolimer octan winylu-etylen, kopolimer monomer akrylowy-kwas metakrylowy lub ich mieszaninę.

6. Kompozycja według zastrz. 5, znamienna tym, że wodna dyspersja zawiera mieszaninę poliuretanu i poliakrylanu oraz ewentualnie kopolimeru styren-butadien.

7. Kompozycja wedł ug zastrz. 5 albo 6, znamienna tym, ż e dyspersja zawiera dwa bł onotwórcze tworzywa sztuczne w stosunku wagowym od 30/70 do 70/30, z których jedno wykazuje minimalną temperaturę tworzenia się błony 20°C lub niższą niż 20°C, a drugie wykazuje minimalną temperaturę tworzenia się błony wyższą niż 20°C.

8. Kompozycja według zastrz. 1-7, znamienna tym, że zawiera zwykłe dodatki w postaci środków ogniochronnych, środków zagęszczających, biocydów, fungicydów, środków do zwalczania glonów, środków zapobiegających zamarzaniu, wypełniaczy, środków chroniących przed korozją i/lub emulgatorów, w łącznej ilości do 50% wagowych, w przeliczeniu na masę całej kompozycji.

9. Kompozycja według zastrz. 1-8, znamienna tym, że zawiera stabilizator lub stabilizatory pianki o charakterze anionowym, kationowym lub amfoterycznym.

10. Kompozycja według zastrz. 9, znamienna tym, że zawiera stabilizator lub stabilizatory pianki wybrane z grupy obejmującej karboksylany, pochodne kwasów tłuszczowych, alkilopolioksyetylenokarboksylany, estry metylowe kwasów α-sulfotłuszczowych, alkilosiarczany, alkilopolioksyetylenosiarczany, alkilofosforany i alkilopolioksyetylenofosforany, alkilobenzenosulfoniany, alkanosulfoniany, olefinosulfoniany, estry kwasu sulfobursztynowego i/lub estry kwasu sulfobursztynowego i alkanoloamidów kwasów tłuszczowych.

PL 206 206 B1

11. Kompozycja według zastrz. 9, znamienna tym, że zawiera stabilizator lub stabilizatory pianki wybrane z grupy obejmującej lipofilowe, modyfikowane, czwartorzędowane białka, sole alkilobenzylodimetyloamoniowe, sole trimetyloalkiloamoniowe i/lub sole benzylodimetyloamoniowe na bazie kwasów tłuszczowych.

12. Kompozycja według zastrz. 9, znamienna tym, że stabilizator lub stabilizatory pianki stanowi betaina.

13. Kompozycja według zastrz. 1-12, znamienna tym, że zawiera stabilizatory pianki w ilości 1,0-4,0% wagowych, w przeliczeniu na masę całej kompozycji.

14. Kompozycja według zastrz. 1-13, znamienna tym, że propelent stanowi mieszanina skroplonych propelentów.

15. Kompozycja według zastrz. 17, znamienna tym, że jest zawarta w pojemniku ciśnieniowym dodatkowo zawierającym kulkę stalową.

16. Zastosowanie kompozycji zdefiniowanej w zastrz. 1-14, do wytwarzania materiałów uszczelniających i izolujących, a zwłaszcza termoizolujących.

17. Zastosowanie kompozycji według zastrz. 15, do wytwarzania taśm izolujących.