PL248203B1 - Sposób otrzymywania elastycznej pianki poliuretanowej i elastyczna pianka poliuretanowa o właściwościach tłumienia drgań - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania elastycznej pianki poliuretanowej, który charakteryzuje się tym, że przygotowuje się mieszaninę poliolową z zastosowaniem bioglikolu 1,3-propylenowego i mieszaniny kwasu bursztynowego i kwasu azelainowego, gdzie stosunek molowy kwasu bursztynowego do kwasu azelainowego wynosi od 1:3 do 3:1, tak aby stosunek bioglikolu do mieszaniny kwasów wynosił od 1,15:1 do 1,25:1. Następnie do mieszaniny dodaje się porofor w ilości od 0,6% do 0,8% w przeliczeniu na poliol, katalizator aminowy w ilości od 0,6% do 0,8%, w przeliczeniu na poliol, po czym do mieszaniny tej dodaje się diizocyjanian 4,4'-difenylometylenu MDI zachowując stosunek grup NCO do OH od 0,7 do 0,9 w przeliczeniu na poliol i całość miesza się, aż do uzyskania jednolitej konsystencji przez czas od 10 do 40 sekund i wylewa do nagrzanej do temperatury od 30°C do 80°C formy pozostawiając, aż do pełnego przereagowania, co obserwuje się poprzez zmianę stanu skupienia mieszaniny z ciekłej w spienione ciało stałe. Po wyjęciu z formy piankę pozostawia się celem sezonowania. Przedmiotem zgłoszenia jest też otrzymana elastyczna pianka poliuretanowa, o właściwościach tłumienia drgań.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są przyjazne środowisku elastyczne pianki poliuretanowe oraz sposób ich otrzymywania. Wynalazek ma zastosowanie w przemyśle tworzyw sztucznych do produkcji różnego rodzaju poliuretanów zwłaszcza pianek elastycznych do zastosowań w branży meblarskiej, np. do produkcji materacy, w branży budowlanej oraz motoryzacyjnej np. jako materiał wygłuszający (wyposażenie wnętrz), itp.

Pianki poliuretanowe są produktami reakcji poliaddycji między wielofunkcyjnymi izocyjanianami, a poliolami zawierającymi co najmniej dwie grupy wodorotlenowe. Związki te reagują ze sobą tworząc charakterystyczne wiązanie uretanowe. W produkcji spienionych materiałów poliuretanowych wykorzystywane są również środki spieniające (porofory), katalizatory, substancje powierzchniowo czynne, przedłużacze łańcucha, napełniacze i inne środki pomocnicze. W zależności od rodzaju użytych substratów, ich funkcyjności, ich stosunku molowego oraz warunków i metod syntezy otrzymuje się różnorodne pianki poliuretanowe. Wytworzone spienione materiały poliuretanowe mogą charakteryzować się odmiennymi właściwościami fizycznymi, chemicznymi jak i mechanicznymi. Ze względu na właściwości wytrzymałościowe wyróżniamy pianki elastyczne, wiskoelastyczne, półsztywne i sztywne. Pianki poliuretanowe, również elastyczne, wytwarzane są metodą jednoetapową i dwuetapową.

Metoda jednoetapowa, zwana również „one-shot process”, polega na intensywnym wymieszaniu wszystkich składników niezbędnych do otrzymania materiałów poliuretanowych, w skrócie PUR, oraz ich umieszczeniu w formie, w jak najkrótszym czasie. Najczęściej najpierw sporządza się mieszaninę składników, które ze sobą nie reagują. Następnie do tej mieszaniny dodawany jest diizocyjanian. Metoda dwuetapowa to metoda prepolimerowa. W pierwszym etapie syntezowany jest prepolimer, w wyniku reakcji poliolu z nadmiarem diizocyjanianu. W drugim etapie wytworzony prepolimer poddawany jest reakcji z przedłużaczem łańcucha, co prowadzi do otrzymania wielkocząsteczkowego PUR. Proces spieniania przebiega w czterech podstawowych etapach, wyróżniamy etap utajony, etap wzrostu, etap stabilizacji oraz etap dojrzewania.

Obecnie elastyczne pianki poliuretanowe (EPPUR) są najbardziej rozwiniętą oraz rozpowszechnioną grupą materiałów porowatych. Ze względu na ich niezastąpione właściwości oraz łatwość produkcji i pozyskiwania różnych form wyrobu, EPPUR znalazły zastosowanie w wielu branżach przemysłowych, m.in. w motoryzacji, meblarstwie oraz budownictwie. W przemyśle samochodowym, elastyczne pianki poliuretanowe wykorzystuje się do produkcji wyrobów takich jak: siedzenia, zagłówki, podłokietniki, maty podłogowe, elementy izolacji akustycznej, siedzenia motocyklowe, siedzenia rowerowe itp. W przemyśle meblarskim ze szczególnym uwzględnieniem elastyczności oraz gęstości pozornej EPPUR, stosuje się je do produkcji wyrobów tapicerskich (siedziska, oparcia). W przemyśle budowlanym ze względu na dobre właściwości izolacyjne elastycznych pianek poliuretanowych EPPUR, stosowane są one do wygłuszania ścian oraz do produkcji wygłaszających wykładzin podłogowych. W postaci profili używane są do uszczelniania okien i drzwi. W gospodarstwie domowym wykorzystywane jako gąbki kąpielowe, zmywaki, materace. Ponadto EPPUR znalazły zastosowanie w przemyśle: elektrotechnicznym, opakowaniowym, zabawkarskim oraz w branży tekstylnej oraz obuwniczej.

Elastyczne pianki poliuretanowe stosowane są również w znacznym stopniu w celu tłumienia drgań akustycznych. Poprzez połączenie ich unikalnych właściwości mechanicznych oraz akustycznych, stosowane są m.in. do wygłuszania samochodów, maszyn budowlanych oraz przemysłowych, pojazdów roboczych, a także do wygłuszenia ścian, sufitów i podłóg. EPPUR dzięki skutecznym właściwościom redukcji dźwięku oraz drgań mechanicznych przyczyniają się do poprawy komfortu w przemyśle budowlanym, samochodowym, lotniczym itp. Inne pianki poliuretanowe - wiskoelastyczne, półsztywne i sztywne mają inne przeznaczenie.

Materiały poliuretanowe, w tym pianki poliuretanowe, stanowią jedną z najbardziej rozwijających się grup materiałów polimerowych. Do ich produkcji w głównej mierze wykorzystuje się surowce otrzymywane z paliw kopalnych. Jednakże, ze względu na wszelkie zasady zrównoważonego rozwoju oraz wzrastające ceny paliw kopalnych coraz częściej zamiast surowców pochodzenia petrochemicznego wykorzystuje się surowce pochodzenia naturalnego. Stosowanie biopolioli lub biodiizocyjanianów do produkcji materiałów PUR w znacznym stopniu zwiększa zawartość odnawialnego węgla w końcowym materiale. Obecnie najbardziej rozwinięta jest produkcja polioli pochodzenia naturalnego z olejów roślinnych lub z kwasów dikarboksylowych pochodzenia naturalnego i naturalnych glikoli.

Znane są sposoby otrzymywania sztywnych pianek poliuretanowych na bazie polioli poliestrowych zsyntezowanych z kwasów dikarboksylowych oraz glikoli pochodzenia petrochemicznego. Metody te zostały opisane m.in. w poniższych publikacjach. Nie znaleziono natomiast publikacji świadczących o sposobach otrzymywania ekologicznych elastycznych pianek poliuretanowych z zastosowaniem biopolioli poliestrowych.

Opis zgłoszenia patentowego o numerze US2006047011A1 przedstawia sposób otrzymania sztywnych pianek poliuretanowych oraz poliizocyjanuranowych z alifatycznych polioli poliestrowych. Poliol został otrzymany z kwasu adypinowego i co najmniej jednego kwasu glutarowego, kwasu bursztynowego, lub kwasu sebacynowego oraz glikolu etylenowego. Otrzymane poliole wykazywały funkcyjność od 1,8 do 6,5, liczbę hydroksylową od 15 do 500 mg KOH/g oraz liczbę kwasową od 0,5 do 5,0 mg KOH/g. Do syntezy pianek wykorzystano również środki zmniejszające palność, środek powierzchniowo czynny na bazie polieterosiloksanu, katalizatory, wodę i n-pentan jako porofory. Tak otrzymaną mieszaninę zmieszano z poliizocyjanianem (zawartość NCO 31% wag.). Stosunek liczby moli składnika izocyjanianowego do liczby moli składników zawierających grupy hydroksylowe oraz inne grupy mogące reagować z grupami izocyjanianowymi wynosił 1:4. Wytworzone pianki natryskowe charakteryzowały się wysoką ognioodpornością. Ponadto uzyskany materiał spieniający można wykorzystać do produkcji laminatów. Przedstawiony sposób wytwarzania pianek PUR/PIR, pozwolił na otrzymanie pianek, które można stosować na wiele różnych sposobów jako materiał izolacyjny ścian lub rur.

Z opisu JP2006233067A znany jest dwuetapowy sposób otrzymywania pianki poliuretanowej o wysokiej odporności na hydrolizę oraz o gęstości formowania >0,1 g/cm³ do stosowania w podeszwach butów. W zgłoszeniu opisano sposób otrzymywania dwóch polioli. Poliol A zawierał kwas szczawiowy, kwas malonowy, kwas bursztynowy, kwas adypinowy, kwas sebacynowy, kwas maleinowy i kwas fumarowy oraz 2-metylo-1,3-propanodiol. Poliol B został zsyntezowany z wykorzystaniem alkoholi polihydroksylowych m.in. takich jak: glikol etylenowy, glikol dietylenowy, glikol propylenowy, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-heksanodiol, trimetylolopropan, gliceryna, pentaerytrytol oraz użyto kwasu ortoftalowego i/lub kwasu tereftalowego od 1% do 50% wag. oraz jeden lub mieszaninę kwasów: kwas adypinowy, kwas szczawiowy, kwas malanowy, kwas bursztynowy i tym podobne od 50% do 99% wagowych. Stosunek wagowy poliolu do poliizocyjanianu wynosił od 50/100 do 150/100, najkorzystniej 80/100 do 130/100. Do syntezy pianki wykorzystano również: przedłużacz łańcucha (glikol etylenowy), stabilizator piany, mocznik, środek spieniający (woda), katalizator oraz pigment.

Ze względu na kryzys klimatyczny i niestabilność rynku ropy naftowej coraz większym zainteresowaniem cieszą się różnego rodzaju pianki poliuretanowe otrzymane przy użyciu surowców odnawialnych. Do tej pory opisano metody otrzymywania sztywnych pianek PUR z wykorzystaniem olejów roślinnych lub modyfikowanych olejów roślinnych.

W opisie CN112225866A wskazano metodę otrzymywania sztywnej pianki poliuretanowej na bazie poliolu pochodzenia naturalnego będącego mieszaniną dekstryny, gliceryny oraz modyfikowanego oleju rycynowego i sojowego, diizocyjanianu MDI, wody, katalizatora i środka powierzchniowo czynnego. Otrzymane pianki poliuretanowe charakteryzowały się gęstością od 0,043 g/cm³ do 0,049 g/cm³ oraz wytrzymałością na rozciąganie w przedziale 0,17-0,32 MPa.

Sposoby otrzymywania sztywnych pianek poliuretanowych na bazie modyfikowanych olejów roślinnych opisane są m.in. w publikacjach: US20070129451, CN112920377, WO2005033167.

W. Macosko wraz ze współautorami w swojej publikacji pt.: Rigid polyurethane foams from a soybeanoil-based Polyol, (Polymer, Vol. 52, Nr 13, 2011, s. 2840-2846) opisali sztywne pianki poliuretanowe uzyskane w syntezie, w której zastąpili poliol petrochemiczny w 0% (referencyjna), 25%, 50%, 75%, 100% biopoliolem na bazie oleju sojowego. Jako izocyjanianu użyto polimerycznego diizocyjanianu 4,4’-difenylometylenu (PMDI). Do syntezy pianki wykorzystano również glikol dietylenowy, katalizator żelowania, katalizator porotwórczy, dwa środki powierzchniowo czynne różniące się pod względem hydrofobowości oraz n-pentan i wodę jako porofory. Gęstości pianek o różnej zawartości oleju sojowego wynosiły około 40 kg/m³. Pianki o różnej zawartości oleju sojowego charakteryzowały się strukturą zamkniętokomórkową oraz współczynnikiem przewodności cieplnej ok. 23,4 mW/(mK).

Metody otrzymywania sztywnych pianek poliuretanowych z zastosowaniem olejów roślinnych jako monomerów poliolowych opisane są także w wielu innych publikacjach naukowych (Industrial Crops and Products, Vol. 143, 2020, 111882; European Polymer Journal, Vol. 85, 2016, s. 53-61, itp.).

P. Furtwengler [European Polymer Journal, Vol. 97, 2017, s. 319-327] w swojej publikacji otrzymał sztywną piankę poliuretanową metodą jednoetapową z wykorzystaniem mieszaniny biopoliolu poliestrowego na bazie kwasu azelainowego, sorbitolu i 1,4-butanodiolu oraz petrochemicznego poliolu polieterowego, którego zawartość mieściła się w przedziale 0-75%. Ponadto do otrzymania pianek po liuretanowych wykorzystano czysty sorbitol, czysty glicerol, diizocyjanian 4,4’-difenylometylenu MDI, katalizator, środek powierzchniowo czynny, środek zmniejszający palność oraz chemiczny i fizyczny środek porotwórczy, odpowiednio woda i izopentan. Stosunek molowy NCO/OH utrzymywano na stałym poziomie 1,15 we wszystkich piankach. Otrzymane biopianki charakteryzowały się strukturą otwartokomórkową (do 92%) oraz niską gęstością (30 g/l).

[Cellular Polymers, Vol. 34, Nr 6, 2015, s. 353-366] T. Sonjui, N. Jiratumnukul otrzymali sztywne pianki poliuretanowe z mieszaniny poliolu polieterowego pochodzenia petrochemicznego oraz poliolu na bazie kwasu bursztynowego oraz glikoli: glikolu dietylenowego, glikolu trietylenowego, glikol tetraetylenowego i glicerolu, użytych w różnych stosunkach. Do otrzymania pianek poliuretanowych metodą jednoetapową wykorzystano również diizocyjanian 4,4’-difenylometylenu MDI, katalizator, surfaktant, porofor wodę destylowaną. Pianki otrzymane z polioli na bazie mieszaniny glikoli charakteryzowały się mniejszymi wymiarami komórek i zwiększoną zawartością komórek zamkniętych niż te otrzymane z polioli pojedynczych glikoli. Pianka poliuretanowa otrzymana z poliolu na bazie glikolu dietylenowego i glicerolu miała gęstość 40 kg/m³.

[J. Appl. Polym. Sci. 2017, 134, 45113] M. Oliviero wraz ze współautorami badali jednoetapową syntezę sztywnej pianki poliuretanowej, otrzymanej z mieszaniny poliolu polieterowego (petrochemicznego) oraz poliolu na bazie kwasu bursztynowego, diizocyjanianu 4,4’-difenylometylenu MDI, wody, katalizatora oraz napełniacza jakim była sadza. Stosunek grup izocyjanianowych do grup hydroksylowych wynosił 1:1. Pianki utwardzano w 40°C przez 5 h. Otrzymane pianki charakteryzowały się strukturą otwartokomórkową. Stwierdzono, że dodatek poliolu na bazie kwasu bursztynowego zwiększa właściwości dźwiękochłonne pianek w zakresie wysokich częstotliwości (1000-6000 Hz). Gęstość zsyntezowanych pianek wynosiła 49-83 kg/m³.

[Polymer Vol. 149, 2018, s. 134-145.] M. Stanzione wraz z zespołem opisali syntezę sztywnych pianek poliuretanowych na bazie mieszaniny poliolu petrochemicznego oraz biopolioliolu otrzymanego z kwasu bursztynowego oraz 1,4-butanodiolu. Do syntezy różnych pianek polimerowych użyto również diizocyjanianu 4,4’-difenylometylenu MDI, katalizatorów oraz silikonowych środków powierzchniowo czynnych. Pianki poliuretanowe o zawartości 50% wag. biopoliolu wykazywały wysoki moduł na ściskanie (0,55 kPa). Gęstości pianek poliuretanowych wynosiły 76 kg/m³ oraz 71 kg/m³ odpowiednio dla 50% oraz 80% wag. biopoliolu.

W PL234556B1 opisano sposób otrzymywania liniowych biopolioli poliestrowych, tak, że w pierwszym etapie kwas bursztynowy pochodzenia naturalnego miesza się z 1,3-propanodiolem pochodzenia naturalnego. W drugim etapie proces polikondensacji w ten sposób, że mieszaninę ogrzewa się do temperatury od 160 do 180°C i reakcję prowadzi się pod obniżonym ciśnieniem, zaś proces polikondensacji prowadzi się do momentu osiągnięcia przez produkt liczby kwasowej mniejszej od 3 mg KOH/g. Opisano zatem sposób otrzymywania liniowych bio-polioli poliestrowych z zastosowaniem jednego rodzaju kwasu dikarboksylowego i jednego lub dwóch glikoli, w różnych stosunkach.

W publikacji M. Oliveiro i inni, Journal of Applied Polymer Science, 2017, 134, 45113 opisano, że zgodnie ze sposobem otrzymywania pianki poliuretanowej jako komponent poliestrowy wykorzystano Biosuccinum firmy Reverdia, o funkcyjności ok. 4. Komponent ten został użyty w ilości pozwalającej na częściowe zastąpienie bazowego poliolu, jakim był poliol polieterowego. Poliol poliestrowy BP (Biosuccinium) użyto w ilości zaledwie 12,5% w przeliczeniu na mieszaninę poliolową: poliol poliestrowy (12,5%) + poliol polieterowy (87,5%). Ponadto, zastosowany poliol poliestrowy był otrzymywany na bazie jednego rodzaju kwasu dikarboksylowego.

W publikacji EP2912081T3 ujawniono sposób wytwarzania bazujących na poliolu poliestrowym miękkich pianek poliuretanowych przez reakcję wymiany komponentu Al - 100 części wag. co najmniej jednego poliolu poliestrowego z liczbą hydroksylową od 40 mg KOH/g do 85 mg KOH/g, liczbą kwasową poniżej 5 mg KOH/g i stężeniem grup estrowych poniżej 9,80 mol/kg. Poliol poliestrowy otrzymywany jest z reakcji AI. I co najmniej dwóch kwasów dikarboksylowych i Al.2 co najmniej jednego dwu- i/lub wielowartościowego alkoholu alifatycznego, A2 0,5 do 25 części wag. (w odniesieniu do części wag. komponentu Al) wody i/lub fizycznych środków porotwórczych, A3 0,05 do 10 części wag., (w odniesieniu do części wag. komponentu Al) substancji pomocniczych i dodatkowych, takich jak a) katalizatory, b) aktywne powierzchniowo substancje dodatkowe, c) pigmenty lub środki ogniochronne, A4 O do 10 części wag., (w odniesieniu do części wag. komponentu Al) związków zawierających atomy wodoru reaktywne w stosunku do izocyjanianów z ciężarem cząsteczkowym od 62 do 399, z komponentem B zawierającym di- i/lub poliizocyjaniany, przy czym wytwarzanie następuje przy parametrze od 50 do 250 i przy czym wszystkie dane części wagowych komponentów A2 do A4 w danym zgłoszeniu odnoszą się do 100 części wagowych komponentu A1. Ujawniono, że komponent A I zawiera poliester, który w co najmniej 95% wag. jest alifatycznym poliestrem i którego komponent A I.2 w co najmniej 90% wag. wybierany jest z grupy obejmującej glikol etylenowy, glikol dietylenowy i/lub trimetylolopropan. W publikacji otrzymuje się mieszaninę poliolową o funkcyjności powyżej 2, co jest spowodowane zastosowaniem wymienionych wyżej składników A I zwłaszcza trimetylolopropanem a tym samym otrzymane według sposobu pianki mają zastosowanie do wytwarzania tapicerki mebli, materaców, siedzeń samochodowych, zagłówków, podłokietników, gąbek, wkładek czy elementów konstrukcyjnych.

Znane sposoby otrzymywania ekologicznych pianek poliuretanowych według stanu techniki wskazują na możliwość otrzymywania ekologicznych, ale sztywnych pianek poliuretanowych z zastosowaniem substratów pochodzenia naturalnego m.in. biopolioli na bazie olejów roślinnych lub będących produktami reakcji polikondensacji. Struktura chemiczna tak otrzymanych polioli nie pozwala na ich bezpośrednie zastosowanie jako alternatywa w syntezie ekologicznych elastycznych pianek poliuretanowych. Istnieje zatem potrzeba pozyskiwania efektywnych ekologicznych pianek elastycznych i skutecznych ekologicznych metod ich wytwarzania, w tym wykorzystania bio-polioli do otrzymywania elastycznych pianki.

Twórcy niniejszego wynalazku postawili za cel zbadanie w jaki sposób skutecznie otrzymać ekologiczne elastyczne pianki poliuretanowe. Poliole przeznaczone do syntezy EPPUR powinny charakteryzować się liniową strukturą chemiczną i mieć względnie niską liczbę hydroksylową LOH (zawartość grup hydroksylowych -OH, wartość LOH max. 150 mg KOH/g próbki), co uzyskano według wynalazku. Poliole charakteryzujące się wysoką liczbą hydroksylową (powyżej 150 mg KOH/g próbki) przeznaczone są do otrzymywania sztywnych i półsztywnych pianek poliuretanowych.

Celem wynalazku było zatem opracowanie skutecznego sposobu otrzymywania ekologicznej elastycznej pianki poliuretanowej, w której część poliolową stanowić będzie biopoliol poliestrowy. Celem wynalazku było również opracowanie takich pianek elastycznych aby charakteryzowały się one wybranymi właściwościami fizykochemicznymi, mechanicznymi oraz termicznymi porównywalnymi do właściwości komercyjnie dostępnych elastycznych pianek poliuretanowych petrochemicznego pochodzenia. Otrzymane według sposobu ekologiczne elastyczne pianki poliuretanowe charakteryzują się ponadto dobrymi właściwościami tłumienia drgań w szerokim zakresie temperatur.

Sposób otrzymywania elastycznej pianki poliuretanowej na bazie mieszaniny poliolowej zawierającej poliol poliestrowy, porofor, ewentualnie środek powierzchniowo czynny i katalizator, do której dodaje się diizocyjanian, a następnie całość miesza się, charakteryzuje się według wynalazku tym, że otrzymuje się poliol poliestrowy z bioglikolu 1,3-propylenowego i mieszaniny kwasu bursztynowego i kwasu azelainowego, gdzie stosunek molowy kwasu bursztynowego do kwasu azelainowego wynosi od 1:3 do 3:1, tak aby stosunek bioglikolu do mieszaniny kwasów wynosił od 1,15:1 do 1,25:1. Te substraty są naturalnego pochodzenia roślinnego. Następnie do poliolu poliestrowego dodaje się porofor w ilości od 0,6 do 0,8% w przeliczeniu na poliol, katalizator aminowy w ilości od 0,6 do 0,8%, w przeliczeniu na poliol, po czym do mieszaniny tej dodaje się polimeryczny diizocyjanian 4,4’-difenylometylenu PMDI zachowując stosunek grup NCO do OH od 0,7 do 0,9 w przeliczeniu na poliol i miesza się całość intensywnie aż do uzyskania jednolitej konsystencji przez czas od 10 do 40 sekund. Następnie natychmiast wylewa do formy nagrzanej do temperatury od 30 do 80°C, pozostawiając aż do pełnego przereagowania co obserwuje się poprzez zmianę stanu skupienia mieszaniny z ciekłej w spienione ciało stałe, a po wyjęciu z formy piankę pozostawia się celem sezonowania, np. na min 24 h.

Korzystnie, jako porofor stosuje się wodę destylowaną, w ilości od 0,6 do 0,8% wag.

Korzystnie, jako katalizator wykorzystuje się związki aminowe w postaci 1,4-diazabicyklo[2.2.2]oktan.

Korzystnie, do mieszaniny bioglikolu i kwasów dodaje się silikonowy środek powierzchniowo czynny w ilości do 2% wag. w stosunku do poliolu.

Korzystnie, mieszaninę mieszaniny poliolowej oraz izocyjanianu PMDI wylewa się do formy nagrzanej do temperatury od 30 do 60°C.

Korzystnie, piankę otrzymuje się przy użyciu biopoliolu na bazie bioglikolu 1,3-propylenowego i mieszaniny kwasów bursztynowego i azelainowego w stosunku tych kwasów do siebie 3:1. Korzystnie, mieszanina bioglikolu do mieszaniny biokwasów dikarboksylowych przygotowywana jest w stosunku molowym 1,2:1.

Wynalazek stanowi również elastyczna pianka poliuretanowa o właściwościach tłumienia drgań którą otrzymuje się ją według sposobu opisanego powyżej i która charakteryzuje się współczynnikiem przewodzenia ciepła o wartości od 48 do 68 mW/m-K, wytrzymałością na rozciąganie od 0,21 do

PL 248203 Β1

0,82 MPa, wydłużeniem względnym przy zerwaniu od 104,5 do 153,0%, zakresem temperatury dla wartości Tangens Delta >0,3 wynoszącym w temperaturze od -20 do 46°C.

Sposób według wynalazku pozwala na efektywne otrzymanie pianek poliuretanowych z wykorzystaniem polioli, korzystnie pochodzenia roślinnego, co świadczy o ekologicznych i ekonomicznych walorach sposobu. Sposób według wynalazku dzięki właściwemu doborowi składników formulacji chemicznej umożliwia otrzymanie pianek poliuretanowych o korzystnych właściwościach chemicznych, fizycznych i mechanicznych.

Sposób według wynalazku pozwala na otrzymanie elastycznej pianki poliuretanowej o właściwościach odpowiednich do zastosowania jako wygłuszające elementy konstrukcyjne.

Otrzymywanie elastycznych pianek poliuretanowych według wynalazku opisano w poniższych przykładach wykonania oraz pokazano na rysunku przedstawiającym, na fig. 1-3 wykresy FTIR otrzymanych pianek.

Przykład 1

Piankę poliuretanową elastyczną otrzymuje się metodą jednoetapową z układu dwuskładnikowego, składającego się z mieszaniny poliolowej oraz diizocyjanianu. Stosunek molowy grup izocyjanianowych -NCO do grup hydroksylowych -OH wynosi 0,8. Mieszanina poliolowa składa się w 68,40% wag. (102,60 g) z poliolu otrzymanego na bazie naturalnego glikolu 1,3-propylenowego oraz mieszaniny naturalnych kwasów dikarboksylowych: kwasu bursztynowego i kwasu azelainowego o stosunku molowym 1:1, a stosunek molowy mieszaniny tych kwasów do glikolu wynosi 1:1,2 (Mn = ok. 2000 g/mol, Lk = 76 mg KOH/g, Loh = 148 mg KOH/g, lepkości (25°C) η = 4,8 Pa-s). Do poliolu dodaje się 0,69% wag. (1,03 g) poroforu chemicznego jakim jest woda destylowana oraz 0,69% wag. (1,03 g) katalizatora aminowego. Po wymieszaniu wszystkich składników dodaje się 30,22% wag. (45,34 g) polimerycznego diizocyjanianu 4,4’-difenylometylenu (PMDI) i miesza się przez 20 s. Po wymieszaniu składników, wylewa się je do zamykanej formy, gdzie ulegają spienieniu. Czas, osiągnięcia temperatury maksymalnej wynoszącej 103°C był równy 5,5 min. Tak otrzymana pianka korzystnie po ok. 10 minutach wyjmowana jest z formy i pozostawiana w warunkach pokojowych korzystnie na 24 godziny, w celu sezonowania. Według sposobu otrzymuje się piankę poliuretanową o następującej charakterystyce:

Zawartość komórek otwartych [%]	76,13
Gęstość pozorna [kg/m3]	332,0
Współczynnik przewodzenia ciepła [mW/m K]	60,93
Stabilność termiczna [°C]	286,0
Wytrzymałość na rozciąganie [MPa]	0,66 ± 0,05
Wydłużenie względne przy zerwaniu [%]	114,0 ±5,6
Zakres temperatury dla wartości Tangens Delta >0,3; (zakres temperaturowy tłumienia drgań) (wyniki analizy DMA)	3-33°C

Widmo FTIR produktu syntezy przedstawia wykres 1. Ostry pik przy liczbie falowej 3355 cm^-1 związanyjest z drganiami rozciągającymi grup N-H ugrupowania uretanowego. Sygnał związany z drganiami deformacyjnymi tych grup zaobserwowano przy 1510 cm^-1. Pasma absorpcji w zakresie liczby falowej od 2920 do 2850 cm^-1 przypisano symetrycznym i asymetrycznym drganiom rozciągającym wiązań C-H w grupach CH2. Na widmie widoczne jest również wyraźne pasmo absorpcji przy liczbie falowej 1725 cm^-1 odpowiadające drganiom rozciągającym wiązania C=O pochodzącego zarówno od ugrupowania uretanowego jak i estrowego (obecne w poliolu). Sygnały przy 1150 cm^-1 wiążą się z obecnością

PL 248203 Β1 wiązań C-O, które wynikają z obecności grup estrowych w strukturze poliolu. Powyższe sygnały potwierdzają strukturę chemiczną otrzymanego materiału spienionego.

Pianka otrzymana tym sposobem ma zastosowanie w systemach wygłuszania w przemyśle budowlanym i cechuje się pożądanymi właściwościami tłumienia drgań.

Przykład 2

Piankę elastyczną otrzymuje się według sposobu jak w Przykładzie 1. Mieszanina poliolowa składa się w 70,08% wag. (105,12 g) z poliolu otrzymanego na bazie naturalnego glikolu 1,3-propylenowego oraz mieszaniny naturalnych kwasów dikarboksylowych: kwasu bursztynowego i kwasu azelainowego o stosunku molowym 3:1, a stosunek molowy mieszaniny tych kwasów do glikolu wynosi 1:1,2 (Mn = ok. 2000 g/mol, Lk = 0,90 mg KOH/g, Loh =128 mg KOH/g, lepkości (25°C) η = 6,2 Pa s). Do poliolu dodaje się 0,70% wag. (1,05 g) poroforu chemicznego jakim jest woda destylowana oraz 0,70% wag.(1,05 g) katalizatora aminowego. Po wymieszaniu wszystkich składników dodaje się 28,52% wag. (42,78 g) polimerycznego diizocyjanianu 4,4’-difenylometylenu (PMDI) i miesza się przez 16 s. Po wymieszaniu składników, wylewa się je do zamykanej formy, gdzie ulegają spienieniu. Czas, osiągnięcia temperatury maksymalnej wynoszącej 96°C był równy 3 min. Tak otrzymana pianka korzystnie po ok. 10 minutach wyjmowana jest z formy i pozostawiana w warunkach pokojowych korzystnie na 24 godziny, w celu sezonowania. Według sposobu otrzymuje się piankę poliuretanową o następującej charakterystyce:

Zawartość komórek otwartych [%]	59,56
Gęstość pozorna [kg/m3]	515,1
Współczynnik przewodzenia ciepła [mW/m-K]	67,28
Stabilność termiczna [°C]	276,0
Wytrzymałość na rozciąganie [MPa]	0,82 ± 0,06
Wydłużenie względne przy zerwaniu [%]	153,0 ± 7,1
Zakres temperatury dla wartości Tangens Delta >0,3; (zakres temperaturowy tłumienia drgań) (wyniki analizy DMA)	0-48°C

Pianka otrzymana tym sposobem ma zastosowanie w systemach wygłuszania w przemyśle budowlanym i cechuje się pożądanymi właściwościami tłumienia drgań.

Widmo FTIR produktu syntezy przedstawia wykres 2. Ostry pik przy liczbie falowej 3350 cm^-1 związanyjest z drganiami rozciągającymi grup N-H ugrupowania uretanowego. Sygnał związany z drganiami deformacyjnymi tych grup zaobserwowano przy 1520 cm^-1. Pasma absorpcji w zakresie liczby falowej od 2920 do 2845 cm^-1 przypisano symetrycznym i asymetrycznym drganiom rozciągającym wiązań C-H w grupach C-H2. Na widmie widoczne jest również wyraźne pasmo absorpcji przy liczbie falowej 1722 cm^-1 odpowiadające drganiom rozciągającym wiązania C=O pochodzącego zarówno od ugrupowania uretanowego jak i estrowego (obecne w poliolu). Sygnały przy 1155 cm^-1 wiążą się z obecnością wiązań C-O, które wynikają z obecności grup estrowych w strukturze poliolu. Powyższe sygnały potwierdzają strukturę chemiczną otrzymanego materiału spienionego.

Przykład 3

Piankę elastyczną otrzymuje się według sposobu jak w Przykładzie 1. Mieszanina poliolowa składa się w 70,65% wag. (105,98 g) z poliolu otrzymanego na bazie naturalnego glikolu 1,3-propylenowego oraz mieszaniny naturalnych kwasów dikarboksylowych: kwasu bursztynowego i kwasu azelainowego o stosunku molowym 1:3, a stosunek molowy mieszaniny tych kwasów do glikolu wynosi 1:1,2 (Mn = ok. 2000 g/mol, Lk = 0,92 mg KOH/g, Loh =120 mg KOH/g, lepkości (25°C) η = 5,7 Pa s). Do

PL 248203 Β1 poliolu dodaje się 0,71% wag. (1,06 g) poroforu chemicznego jakim jest woda destylowana oraz 0,71% wag.(1,06 g) katalizatora aminowego. Po wymieszaniu wszystkich składników dodaje się 27,93% wag. (41,9 g) polimerycznego diizocyjanianu 4,4’-difenylometylenu (PMDI) i miesza się przez 20 s. Po wymieszaniu składników, wylewa się je do zamykanej formy, gdzie ulegają spienieniu. Czas, osiągnięcia temperatury maksymalnej wynoszącej 81 °C był równy 2,5 min. Tak otrzymana pianka korzystnie po ok. 10 minutach wyjmowana jest z formy i pozostawiana w warunkach pokojowych korzystnie na 24 godziny, w celu sezonowania. Według sposobu otrzymuje się piankę poliuretanową o następującej charakterystyce:

Zawartość komórek otwartych [%]	71,37
Gęstość pozorna [kg/m3]	367,3
Współczynnik przewodzenia ciepła [mW/m K]	64,57
Stabilność termiczna [°C]	289,0
Wytrzymałość na rozciąganie [MPa]	0,39 + 0,02
Wydłużenie względne przy zerwaniu [%]	115,6 ± 11,6
Zakres temperatury dla wartości Tangens Delta >0,3; (zakres temperaturowy tłumienia drgań) (wyniki analizy DMA)	-10-30°C

Pianka otrzymana tym sposobem ma zastosowanie w systemach wygłuszania w przemyśle budowlanym i cechuje się pożądanymi właściwościami tłumienia drgań.

Widmo FTIR produktu syntezy przedstawia wykres 3. Ostry pik przy liczbie falowej 3345 cm^-1 związanyjest z drganiami rozciągającymi grup N-H ugrupowania uretanowego. Sygnał związany z drganiami deformacyjnymi tych grup zaobserwowano przy 1522 cm^-1. Pasma absorpcji w zakresie liczby falowej od 2918 do 2845 cnr¹ przypisano symetrycznym i asymetrycznym drganiom rozciągającym wiązań C-H w grupach CH2. Na widmie widoczne jest również wyraźne pasmo absorpcji przy liczbie falowej 1724 cm^-1 odpowiadające drganiom rozciągającym wiązania C=O pochodzącego zarówno od ugrupowania uretanowego jak i estrowego (obecne w poliolu). Sygnały przy 1150 cm^-1 wiążą się z obecnością wiązań C-O, które wynikają z obecności grup estrowych w strukturze poliolu. Powyższe sygnały potwierdzają strukturę chemiczną otrzymanego materiału spienionego.

Przykład 4

Piankę elastyczną otrzymuje się według sposobu jak w Przykładzie 1. Mieszanina poliolowa składa się w 72,60% wag. (108,91 g) z poliolu otrzymanego na bazie naturalnego glikolu 1,3-propylenowego oraz mieszaniny naturalnych kwasów dikarboksylowych: kwasu bursztynowego i kwasu azelainowego o stosunku molowym 3:1, a stosunek molowy mieszaniny tych kwasów do glikolu wynosi 1:1,2 (Mn = ok. 2000 g/mol, Lk = 0,85 mg KOH/g, Loh = 102,67 mg KOH/g). Do poliolu dodaje się 0,73% wag. (1,09 g) poroforu chemicznego jakim jest woda destylowana oraz 0,73% wag. (1,09 g) katalizatora aminowego oraz 0,36% wag. (0,54 g) silikonowego środka powierzchniowo czynnego. Po wymieszaniu wszystkich składników dodaje się 25,58% wag. (38,37 g) polimerycznego diizocyjanianu 4,4’-difenylometylenu (PMDI) i miesza się przez 25 s. Po wymieszaniu składników, wylewa się je do zamykanej formy, gdzie ulegają spienieniu. Czas, osiągnięcia temperatury maksymalnej wynoszącej 86,9°C był równy 4 min. Tak otrzymana pianka korzystnie po ok. 10 minutach wyjmowana jest z formy i pozostawiana w warunkach pokojowych korzystnie na 24 godziny, w celu sezonowania. Według sposobu otrzymuje się piankę poliuretanową o następującej charakterystyce:

PL 248203 Β1

Współczynnik przewodzenia ciepła [mW/mK]	53,24
Wytrzymałość na rozciąganie [MPa]	0,32 ± 0,03
Wydłużenie względne przy zerwaniu [%]	121,0 ± 9,3
Zakres temperatury dla wartości Tangens Delta >0,3; (zakres temperaturowy tłumienia drgań) (wyniki analizy DMA)	-5-45°C

Pianka otrzymana tym sposobem ma zastosowanie w systemach wygłuszania w przemyśle budowlanym i cechuje się pożądanymi właściwościami tłumienia drgań.

Przykład 5

Piankę elastyczną otrzymuje się według sposobu jak w Przykładzie 1. Mieszanina poliolowa składa się w 71,82% wag. (107,73 g) z poliolu otrzymanego na bazie naturalnego glikolu 1,3-propylenowego oraz mieszaniny naturalnych kwasów dikarboksylowych: kwasu bursztynowego i kwasu azelainowego o stosunku molowym 3:1, a stosunek molowy mieszaniny tych kwasów do glikolu wynosi 1:1,2 (Mn = ok. 2000 g/mol, Lk = 0,85 mg KOH/g, Loh = 102,67 mg KOH/g). Do poliolu dodaje się 0,72% wag. (1,08 g) poroforu chemicznego jakim jest woda destylowana oraz 0,72% wag. (1,08 g) katalizatora aminowego oraz 1,43% wag. (2,15 g) silikonowego środka powierzchniowo czynnego. Po wymieszaniu wszystkich składników dodaje się 25,31% wag. (37,96 g) polimerycznego diizocyjanianu 4,4’-difenylometylenu (PMDI) i miesza się przez 30 s. Po wymieszaniu składników, wylewa się je do zamykanej formy, gdzie ulegają spienieniu. Czas, osiągnięcia temperatury maksymalnej wynoszącej 93,2°C był równy 4 min. Tak otrzymana pianka korzystnie po ok. 10 minutach wyjmowana jest z formy i pozostawiana w warunkach pokojowych korzystnie na 24 godziny, w celu sezonowania. Według sposobu otrzymuje się piankę poliuretanową o następującej charakterystyce:

Współczynnik przewodzenia ciepła [mW/m-K]	54,24
Wytrzymałość na rozciąganie [MPa]	0,36 ± 0,02
Wydłużenie względne przy zerwaniu [%]	106,7 + 8,2
Zakres temperatury dla wartości Tangens Delta >0,3; (zakres temperaturowy tłumienia drgań) (wyniki analizy DMA)	-5-46°C

Pianka otrzymana tym sposobem ma zastosowanie w systemach wygłuszania w przemyśle budowlanym i cechuje się pożądanymi właściwościami tłumienia drgań.

Przykład 6

Piankę elastyczną otrzymuje się według sposobu jak w Przykładzie 1. Mieszanina poliolowa składa się w 77,49% wag. (116,24 g) z poliolu otrzymanego na bazie naturalnego glikolu 1,3-propylenowego oraz mieszaniny naturalnych kwasów dikarboksylowych: kwasu bursztynowego i kwasu azelainowego o stosunku molowym 3:1, a stosunek molowy mieszaniny tych kwasów do glikolu wynosi 1:1,2 (Mn = ok. 2000 g/mol, Lk = 0,73 mg KOH/g, Loh = 58,2 mg KOH/g). Do poliolu dodaje się 0,77% wag.

PL 248203 Β1 (1,16 g) poroforu chemicznego jakim jest woda destylowana oraz 0,77% wag. (1,16 g) katalizatora aminowego oraz 0,77% wag. (1,16 g) silikonowego środka powierzchniowo czynnego. Po wymieszaniu wszystkich składników dodaje się 20,18% wag. (30,28 g) polimerycznego diizocyjanianu 4,4’-difenylometylenu (PMDI) i miesza się przez 25 s. Po wymieszaniu składników, wylewa się je do zamykanej formy, gdzie ulegają spienieniu. Czas, osiągnięcia temperatury maksymalnej wynoszącej 77,1 °C był równy 4,5 min. Tak otrzymana pianka korzystnie po ok. 10 minutach wyjmowana jest z formy i pozostawiana w warunkach pokojowych korzystnie na 24 godziny, w celu sezonowania. Według sposobu otrzymuje się piankę poliuretanową o następującej charakterystyce:

Współczynnik przewodzenia ciepła [mW/mK]	47,58
Wytrzymałość na rozciąganie [MPa]	0,21 ± 0,01
Wydłużenie względne przy zerwaniu [%]	105,6 ±4,6
Zakres temperatury dla wartości Tangens Delta >0,3; (zakres temperaturowy tłumienia drgań) (wyniki analizy DMA)	-18-24°C

Pianka otrzymana tym sposobem ma zastosowanie w systemach wygłuszania w przemyśle budowlanym i cechuje się pożądanymi właściwościami tłumienia drgań.

Przykład 7

Piankę elastyczną otrzymuje się według sposobu jak w Przykładzie 1. Mieszanina poliolowa składa się w 77,19% wag. (115,78 g) z poliolu otrzymanego na bazie naturalnego glikolu 1,3-propylenowego oraz mieszaniny naturalnych kwasów dikarboksylowych: kwasu bursztynowego i kwasu azelainowego o stosunku molowym 3:1, a stosunek molowy mieszaniny tych kwasów do glikolu wynosi 1:1,2 (Mn = ok. 2000 g/mol, Lk = 0,73 mg KOH/g, Loh = 58,2 mg KOH/g). Do poliolu dodaje się 0,77% wag. (1,16 g) poroforu chemicznego jakim jest woda destylowana oraz 0,77% wag. (1,16 g) katalizatora aminowego oraz 1,16% wag. (1,74 g) silikonowego środka powierzchniowo czynnego. Po wymieszaniu wszystkich składników dodaje się 20,11% wag. (30,16 g) polimerycznego diizocyjanianu 4,4’-difenylometylenu (PMDI) i miesza się przez 35 s. Po wymieszaniu składników, wylewa się je do zamykanej formy, gdzie ulegają spienieniu. Czas, osiągnięcia temperatury maksymalnej wynoszącej 75,4°C był równy 4,5 min. Tak otrzymana pianka korzystnie po ok. 10 minutach wyjmowana jest z formy i pozostawiana w warunkach pokojowych korzystnie na 24 godziny, w celu sezonowania. Według sposobu otrzymuje się piankę poliuretanową o następującej charakterystyce:

Zakres temperatury dla wartości Tangens Delta >0,3; (zakres temperaturowy tłumienia drgań) (wyniki analizy DMA)

-20-16°C

Pianka otrzymana tym sposobem ma zastosowanie w systemach wygłuszania w przemyśle budowlanym i cechuje się pożądanymi właściwościami tłumienia drgań.

Claims (8)

1. Sposób otrzymywania elastycznej pianki poliuretanowej na bazie mieszaniny poliolowej zawierającej poliol poliestrowy, porofor, ewentualnie środek powierzchniowo czynny i katalizator, do której dodaje się diizocyjanian, a następnie całość miesza się, znamienny tym, że otrzymuje się poliol poliestrowy z naturalnego pochodzenia roślinnego bioglikolu 1,3-propylenowego i mieszaniny kwasu bursztynowego i kwasu azelainowego naturalnego pochodzenia roślinnego, gdzie stosunek molowy kwasu bursztynowego do kwasu azelainowego wynosi od 1:3 do 3:1, tak aby stosunek bioglikolu do mieszaniny kwasów wynosił od 1,15:1 do 1,25:1, a następnie do poliolu poliestrowego dodaje się porofor w ilości od 0,6 do 0,8% w przeliczeniu na poliol, katalizator aminowy w ilości od 0,6 do 0,8%, w przeliczeniu na poliol, po czym do mieszaniny tej dodaje się polimeryczny diizocyjanian 4,4’-difenylometylenu PMDI zachowując stosunek grup NCO do OH od 0,7 do 0,9 w przeliczeniu na poliol i miesza się całość intensywnie aż do uzyskania jednolitej konsystencji przez czas od 10 do 40 sekund i natychmiast wylewa do formy nagrzanej do temperatury od 30 do 80°C pozostawiając aż do pełnego przereagowania, co obserwuje się poprzez zmianę stanu skupienia mieszaniny z ciekłej w spienione ciało stałe, a po wyjęciu z formy piankę pozostawia się celem sezonowania.

2. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że jako porofor stosuje się wodę destylowaną w ilości od 0,6 do 0,8% wag.

3. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że jako katalizator wykorzystuje się 1,4-diazabicyklo[2.2.2]oktan w ilości od 0,6 do 0,8% wag.

4. Sposób wg zastrz. 3, znamienny tym, że do mieszaniny bioglikolu i kwasów dodaje się silikonowy środek powierzchniowo czynny w ilości do 2% wag. w stosunku do poliolu.

5. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę mieszaniny poliolowej oraz izocyjanianu PMDI wylewa się do formy, nagrzanej do temperatury od 30 do 60°C.

6. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że piankę otrzymuje się przy użyciu biopoliolu na bazie bioglikolu 1,3-propylenowego i mieszaniny kwasów bursztynowego i azelainowego w stosunku tych kwasów do siebie 3:1.

7. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanina bioglikolu do mieszaniny biokwasów dikarboksylowych przygotowywana jest w stosunku molowym 1,2:1.

8. Elastyczna pianka poliuretanowa o właściwościach tłumienia drgań otrzymana sposobem określonym w zastrz. 1-7, znamienna tym, że ma współczynnik przewodzenia ciepła o wartości od 48 do 68 mW/m-K, wytrzymałość na rozciąganie od 0,21 do 0,82 MPa, wydłużenie względne przy zerwaniu od 104,5 do 153,0%, zakres temperatury dla wartości Tangens Delta >0,3 wynoszący od -20 do 46°C.