PL243567B1

PL243567B1 - Kompozycja do wytwarzania sztywnej pianki poliuretanowej o dobrych właściwościach mechanicznych i przedłużonym czasie syntezy

Info

Publication number: PL243567B1
Application number: PL433533A
Authority: PL
Inventors: Sylwia Członka; Anna Strąkowska; Krzysztof Strzelec
Original assignee: Politechnika Lodzka
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2023-09-11
Also published as: PL433533A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest kompozycja do wytwarzania sztywnej pianki poliuretanowej o dobrych właściwościach mechanicznych i przedłużonym czasie syntezy, przeznaczonej zwłaszcza na biomateriały stosowane do izolacji termicznych i akustycznych w przemyśle budowlanym, zawierająca poliol pochodzenia petrochemicznego i biopoliol, 4,4'-diizocyjanian difenylometanu, antypiren, katalizator oraz ewentualnie napełniacz, zawiera biopoliol otrzymany w drodze upłynniania łupin orzecha włoskiego. Jako napełniacz zawiera napełniacz pochodzenia roślinnego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja do wytwarzania sztywnej pianki poliuretanowej o dobrych właściwościach mechanicznych i przedłużonym czasie syntezy, przeznaczonej zwłaszcza na biomateriały stosowane do izolacji termicznych i akustycznych w przemyśle budowlanym.

Poliuretany są obecnie jednymi z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych, co wynika z ich wielokierunkowych właściwości aplikacyjnych. Jak dotąd poliuretany wykorzystywane były do otrzymywania włókien, elastomerów, klejów, jednakże ilościowo najważniejszym zastosowaniem poliuretanów są produkty o strukturze porowatej czyli pianki poliuretanowe.

Pianki poliuretanowe otrzymuje się metodą prepolimerową (dwuetapową) lub jednoetapową, w reakcji polioli z di- lub triizocyjanianami, przy użyciu środka spieniającego, nadającego wyrobom strukturę komórkową. Sztywne pianki poliuretanowe, charakteryzujące się strukturą zamknięto-komórkową, odznaczają się doskonałymi właściwościami izolacyjnymi i wytrzymałościowymi, tym lepszymi im więcej tri- i tetrawodorotlenowych polioli zawiera pianka. Materiały te znajdują zastosowanie głównie w przemyśle budowlanym jako materiał izolacyjny budynków (izolacja akustyczna i cieplna), do uszczelniania w konstrukcjach budynków, rur oraz różnego rodzaju zbiorników, zabezpieczający te elementy przed utratą zimna i ciepła. Stosowane są także jako elementy wyposażenia i uszczelniania kabin statków i samolotów.

Do niedawna sztywne pianki poliuretanowe wytwarzano z mieszaniny składającej się z polioli pochodzenia petrochemicznego, o dużym rozgałęzieniu, wody bądź innego środka spieniającego, katalizatora, emulgatora oraz niekiedy środka zmniejszającego palność.

Nieustannie wzrastające ceny surowców oraz coraz większe ukierunkowanie na wykorzystanie produktów bardziej przyjaznych środowisku, przy jednocześnie rosnących wymaganiach co do właściwości mechanicznych, termicznych i użytkowych gotowych wyrobów, spowodowały intensywne poszukiwania nowych surowców do wytwarzania kompozycji na pianki poliuretanowe, które byłyby korzystne pod względem ekologicznym i pozwoliłyby zagospodarować surowce i odpady pochodzenia naturalnego. Z tego względu, w ostatnim czasie obserwuje się intensywny rozwój badań nad zastosowaniem w kompozycjach pianek poliuretanowych polioli pozyskiwanych z substancji pochodzenia naturalnego.

Znane kompozycje na sztywną piankę poliuretanową zawierają najczęściej na 100 części wagowych poliolu, 120 części wagowych 4,4’-diizocyjanianu difenylometanu, a nadto do 0,2 części wagowych katalizatora, do 14 części wagowych antypirenu oraz ewentualnie napełniacz. Stosuje się w nich poliol pochodzenia petrochemicznego, a także biopoliol. Stosuje się biopoliol na bazie oleju roślinnego, jak olej sojowy, rycynowy, rzepakowy, palmowy, słonecznikowy, tungowy lub na bazie biomasy lignocelulozowej, jak pochodne celulozy, pochodne ligniny, słoma, kora, drewno, bambus, włókna jutowe, korek, bawełna i trociny.

Wiadomo także, iż łupiny orzecha włoskiego stanowią 67% całkowitej masy jądra orzecha włoskiego i większość z nich jest odrzucana jako odpad lub wykorzystywana jako paliwo do spalania. Okazało się, że ze względu na bogatą naturę organiczną i niską zawartość popiołu (3,4%) łupiny orzecha włoskiego można wykorzystać do produkcji biopoliolu o wysokiej wartości. Biopoliol uzyskuje się w procesie upłynniania zmielonych łupin orzecha włoskiego.

Niniejszy wynalazek rozwiązuje problem wykorzystania w kompozycji na sztywną piankę poliuretanową biopoliolu pozyskiwanego z substancji pochodzenia naturalnego stanowiącej dotychczas produkt odpadowy lub co najwyżej materiał opałowy.

Kompozycja do wytwarzania sztywnej pianki poliuretanowej o dobrych właściwościach mechanicznych i przedłużonym czasie syntezy, na bazie poliolu pochodzenia petrochemicznego i biopoliolu, zawierająca na 100 części wagowych polioli, 120 części wagowych 4,4’-diizocyjanianu difenylometanu, do 14 części wagowych antypirenu, do 0,2 części wagowych katalizatora oraz ewentualnie napełniacz, według wynalazku zawiera biopoliol otrzymany w drodze upłynniania zmielonych łupin orzecha włoskiego. Stosunek wagowy biopoliolu do poliolu pochodzenia petrochemicznego jest równy 1:9, 2:8 lub 3:7. Jako napełniacz zawiera napełniacz pochodzenia roślinnego, korzystnie w postaci kwercetyny, w ilości do 5 części wagowych na 100 części wagowych polioli.

Pianki poliuretanowe wytworzone z kompozycji według wynalazku charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi tj. wytrzymałością na ściskanie przy 10% odkształceniu (σ10%) oraz wytrzymałością na zginanie (σfm), porównywalnymi z właściwościami mechanicznymi kompozycji zawierających inne poliole, a także wydłużonym czasem syntezy.

Wyroby wytworzone z kompozycji według wynalazku, mogą znaleźć zastosowanie w branży budowlanej jako materiały do izolacji termicznych i akustycznych, a także w przemyśle motoryzacyjnym, elektronicznym oraz elektrochemicznym.

Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady.

Przykład I.

Przygotowano kompozycję do wytwarzania sztywnej biopianki poliuretanowej, o składzie w częściach wagowych:

biopoliol otrzymany w drodze upłynniania zmielonych łupin orzecha włoskiego - 10 części komponent A tj. mieszanina poliolu z tris-(2-chloro-1-metyloetylo)fosforanem oraz N,N-dimetylocykloheksyloaminą, o nazwie handlowej

Izopianol 40/30W/PIR (Purinowa Sp. z o.o.), zawierająca poliolu - 90 części, tris(2-chloro-1-metyloetylo)fosforanu (antypiren) - 12,6 części,

N,N-dimetylocykloheksyloaminy (katalizator) - 0,18 części, komponent B tj.4,4’-diizocyjanian difenylometanu o nazwie handlowej Purocyn B (Purinowa Sp. z o.o.) - 120 części.

Przygotowaną kompozycję zmieszano mechanicznie otrzymując sztywną piankę poliuretanową. Zmierzono czas syntezy (czas startu, czas wzrostu, czas żelowania) i maksymalnej temperatury syntezy (Tmax), a następnie oznaczono właściwości mechaniczne otrzymanej biopianki: wytrzymałość na ściskanie przy 10% odkształceniu (σ10%) oraz wytrzymałość na zginanie trójpunktowe (σfm).

Równocześnie dla celów porównawczych przygotowano kompozycję do wytwarzania sztywnej pianki poliuretanowej o składzie w częściach wagowych:

komponent A zawierający poliolu - 90 części, tris (2-chloro-1-metyloetylo)fosforanu - 12,6 części,

N,N-dimetylocykloheksyloaminy - 0,18 części komponent B - 120 części i w sztywnej biopiance poliuretanowej otrzymanej z tej kompozycji w drodze spienienia określono także czas i temperaturę syntezy (Tmax) oraz wytrzymałość na ściskanie przy 10% odkształceniu (σ10%) oraz wytrzymałość na zginanie trójpunktowe (σfm).

Przykład II

Przygotowano kompozycję do wytwarzania sztywnej pianki poliuretanowej, o składzie w częściach wagowych:

biopoliol otrzymany w drodze upłynniania zmielonych łupin orzecha włoskiego - 20 części, komponent A zawierający poliolu - 80 części, tris (2-chloro-1-metyloetylo)fosforanu - 12,6 części,

N,N-dimetylocykloheksyloaminy - 0,18 części, komponent B - 120 części.

Przygotowaną kompozycję zmieszano mechanicznie otrzymując sztywną biopiankę poliuretanową i w otrzymanej sztywnej biopiance poliuretanowej określono czas i temperaturę syntezy (Tmax) oraz wytrzymałość na ściskanie przy 10% odkształceniu (σ10%) oraz wytrzymałość na zginanie trójpunktowe (σfm).

Przykład III

Przygotowano kompozycję do wytwarzania sztywnej pianki poliuretanowej o składzie w częściach wagowych:

biopoliol otrzymany w drodze upłynniania zmielonych łupin orzecha włoskiego - 30 części, komponent A zawierający poliolu - 70 części, tris (2-chloro-1-metyloetylo)fosforanu - 12,6 części,

N,N-dimetylocykloheksyloaminy - 0,18 części komponent B - 120 części napełniacz pochodzenia roślinnego - kwercetyna - 5 części

Dalej postępowano jak w przykładzie II.

PL 243567 BI

W poniższej tablicy przedstawiono wyniki badań czasów przetwórczych (czas startu, czas wzrostu, czas żelowania), maksymalnej temperatury procesu (Tmax) oraz wytrzymałości na ściskanie przy 10% odkształceniu (σιο%) i zginanie trójpunktowe (otm) biopianek poliuretanowych otrzymanych w przykładach I-III.

Tabela

Nr przykładu	Tm«i [°ci	Czasy syntezy	«10% [kPa]	θΓπ> (kPa]
Czas startu [s]	Czas wzrostu IM	Czas żelowania IM
I - kompozycja referencyjna	125	43 ±4	270 ± 10	340 ± 12	177	402
I	130	40±4	52O±l1	570±10	266	508
11	138	42±5	885±12	1I2O±14	258	477
III	147	49±5	1005±12	1350±15	246	465

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Kompozycja do wytwarzania sztywnej pianki poliuretanowej o dobrych właściwościach mechanicznych i przedłużonym czasie syntezy, na bazie poliolu pochodzenia petrochemicznego i biopoliolu, zawierająca na 100 części wagowych polioli, 120 części wagowych 4,4’-diizocyjanianu difenylometanu, do 14 części wagowych antypirenu, do 0,2 części wagowych katalizatora oraz ewentualnie napełniacz, znamienna tym, że zawiera biopoliol otrzymany w drodze upłynniania zmielonych łupin orzecha włoskiego, przy czym stosunek wagowy biopoliolu do poliolu pochodzenia petrochemicznego jest równy 1:9, 2:8 lub 3:7.

2. Kompozycja według zastrz.1, znamienna tym, że jako napełniacz zawiera napełniacz pochodzenia roślinnego w postaci kwercetyny, w ilości do 5 części wagowych na 100 części wagowych polioli.