RU2790483C1

RU2790483C1 - Hydrocarbon foaming agent

Info

Publication number: RU2790483C1
Application number: RU2021136150A
Authority: RU
Inventors: Владимир Георгиевич Пономарев; Марина Павловна Красновских; Константин Александрович Маркелов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие СИНТЕЗ"
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2023-02-21

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to organic chemistry, namely, to the field of producing hydrocarbon-based foaming agents for the production of rigid polyurethane foams (RPUF) applied as heat insulation materials in various industries. Hydrocarbon foaming agent according to the invention is intended for producing rigid polyurethane foams for the purposes of heat insulation and contains n-pentane in an amount of 72 to 78 wt.%, isopentane in an amount of 15 to 21 wt.%, and cyclopentane in an amount of 4 to 10 wt.%.

EFFECT: higher compressive strength of the resulting polyurethane foam with the maintained heat conductivity and ensured stability of the linear dimensions, providing a possibility of producing high-quality rigid polyurethane foams for the purposes of heat insulation.

1 cl

Description

Изобретение относится к органической химии, а именно к области получения углеводородных вспенивающих агентов для производства жестких пенополиуретанов (ППУ), применяемых в качестве теплоизоляционных материалов в различных отраслях промышленности.The invention relates to organic chemistry, namely to the field of production of hydrocarbon blowing agents for the production of rigid polyurethane foams (PUF) used as heat-insulating materials in various industries.

Жесткие пенополиуретаны используют преимущественно для теплоизоляции, например в холодильной технике, и в производстве строительных панелей.Rigid polyurethane foams are mainly used for thermal insulation, for example in refrigeration technology, and in the production of building panels.

Жесткие ППУ получают с использованием вспенивающего агента, который дозируют посредством смесителя и вводят непосредственно перед вспениванием в композицию, включающую полиол (см., например, патенты РФ №2352593 и №2632198,).Rigid polyurethane foam is obtained using a blowing agent, which is dosed by means of a mixer and introduced immediately before foaming into a composition containing a polyol (see, for example, RF patents No. 2352593 and No. 2632198,).

Одним из основных требований к вспенивающим агентам является то, что вещество должно быть жидкостью при комнатной температуре, предпочтительно температура кипения при комнатной температуре должна находиться в пределах 25-45°С.One of the main requirements for blowing agents is that the substance must be liquid at room temperature, preferably the boiling point at room temperature should be in the range of 25-45°C.

От состава вспенивающего агента существенно зависят требуемые свойства готового ППУ.The required properties of the finished PPU significantly depend on the composition of the blowing agent.

В настоящее время многие производители пенополиуретана перешли на использование углеводородных вспенивающих агентов, представляющих собой смесь циклопентана с изопентантаном, что позволяет снизить затраты, связанные с увеличением плотности ППУ, а теплопроводность его при этом не увеличивается.Currently, many manufacturers of polyurethane foam have switched to the use of hydrocarbon blowing agents, which are a mixture of cyclopentane and isopentantane, which reduces the costs associated with increasing the density of polyurethane foam, while its thermal conductivity does not increase.

Известен целый ряд углеводородных вспенивающих агентов для производства жестких пенополиуретанов, представляющих собой смесь н-пентана, изопентана и циклопентан (см., например, патенты РФ №2195467, №2418810 и №2467025).A number of hydrocarbon blowing agents are known for the production of rigid polyurethane foams, which are a mixture of n-pentane, isopentane and cyclopentane (see, for example, RF patents No. 2195467, No. 2418810 and No. 2467025).

Известен углеводородный вспенивающий агент, представляющий собой одно или более из веществ: изопентана, н-пентана, циклопентана, циклогексана и н-гексана (см. патент RU 2662523).Known hydrocarbon foaming agent, which is one or more of the substances: isopentane, n-pentane, cyclopentane, cyclohexane and n-hexane (see patent RU 2662523).

Известен углеводородный вспениватель, включающий одно или несколько веществ, представляющих собой изопентан, н-пентан, циклопентан, циклогексан, н-гексан (см. патент RU 2702357).Known hydrocarbon blowing agent, including one or more substances representing isopentane, n-pentane, cyclopentane, cyclohexane, n-hexane (see patent RU 2702357).

Углеводородный вспениватель может включать, например, по меньшей мере, один циклопентан.The hydrocarbon blowing agent may include, for example, at least one cyclopentane.

В патентах 2662523 и 2702357 не представлен количественный состав составляющих углеводородного вспенивающий агента.Patents 2662523 and 2702357 do not present the quantitative composition of the components of the hydrocarbon blowing agent.

Известен также способ получения жестких полиуретановых пен, в котором используется углеводородный вспенивающий агент, включающий н-пентан, изопентан и циклопентан (заявка на изобретение RU 2000124331), являющийся наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению.There is also known a method for producing rigid polyurethane foams, which uses a hydrocarbon blowing agent, including n-pentane, isopentane and cyclopentane (application for invention RU 2000124331), which is the closest analogue to the proposed invention.

Вспенивающий агент содержит от 50 до 90 масс. % циклопентана и от 10 до 50 масс. % смеси изопентана и н-пентана.The foaming agent contains from 50 to 90 wt. % cyclopentane and from 10 to 50 wt. % mixture of isopentane and n-pentane.

Количественный состав отдельно изопентана и отдельно н-пентана, содержащихся в смеси, входящей в вспенивающий агент, не определен.The quantitative composition of separately isopentane and separately n-pentane contained in the mixture included in the blowing agent is not defined.

Известные вспенивающие агенты, в том числе включающие н-пентан, изопентан и циклопентан, позволяют получать пенополиуретан с низкими показателями коэффициента теплопроводности.Known blowing agents, including those including n-pentane, isopentane and cyclopentane, make it possible to obtain polyurethane foam with low thermal conductivity values.

Однако, известные вспенивающие агенты сложны, затратны и в силу этого малопригодны для построения на их основе технологического процесса, производство конечного продукта в промышленных масштабах проблематично без проведения дополнительных исследований и экспериментов, так как результаты в основном получены в лабораторных условиях.However, the known blowing agents are complex, costly and therefore of little use for building a technological process on their basis; the production of the final product on an industrial scale is problematic without additional research and experiments, since the results are mainly obtained in laboratory conditions.

Известные вспенивающие агенты, в том числе и наиболее близкий аналог, содержат либо только один компонент, либо содержат неоправданно большое количество различных компонентов.Known foaming agents, including the closest analogue, contain either only one component, or contain an unreasonably large number of different components.

Кроме того количественный состав компонентов, входящих в состав вспенивающего агента, как правило, приведен в необоснованно большом диапазоне, что усложняет практическое использование вспенивающего агента.In addition, the quantitative composition of the components that make up the blowing agent, as a rule, is given in an unreasonably large range, which complicates the practical use of the blowing agent.

Качественный и количественный состав известных углеводородных вспенивающих агентов не позволяют достичь достаточно высокой прочности на сжатие готовой пены, хорошей совместимости к полиолам и повышенной растворимости вспенивающего агента в компонентах при получении пенополиуретана.Qualitative and quantitative composition of the known hydrocarbon blowing agents do not allow to achieve a sufficiently high compressive strength of the finished foam, good compatibility with polyols and increased solubility of the blowing agent in the components in the production of polyurethane foam.

Указанные недостатки приводят к снижению качества углеводородных вспенивающих агентов.These shortcomings lead to a decrease in the quality of hydrocarbon blowing agents.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретения, является разработка простого по составу компонентов и экономичного по получению углеводородного вспенивающего агента для изготовления жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения.The technical problem to be solved by the claimed invention is the development of a simple composition of components and an economical hydrocarbon blowing agent for the production of rigid polyurethane foams for heat-insulating purposes.

При разработке изобретения решалась также техническая проблема по расширению арсенала вспенивающих агентов, используемых для получения пенополиуретанов.During the development of the invention, the technical problem of expanding the arsenal of blowing agents used to produce polyurethane foams was also solved.

Технический результат заключается в повышении прочности на сжатие готовой пены при сохранении требуемой теплопроводности и обеспечении стабильности линейных размеров, что позволяет получать высококачественные жесткие пенополиуретаны теплоизоляционного назначения в полупромышленных масштабах.The technical result consists in increasing the compressive strength of the finished foam while maintaining the required thermal conductivity and ensuring the stability of linear dimensions, which makes it possible to obtain high-quality rigid polyurethane foams for thermal insulation purposes on a semi-industrial scale.

Технический результат достигается тем, что углеводородный вспенивающий агент, предназначенный для получения жестких пенополиуретанов теплоизоляционного назначения, содержит н-пентан в количестве 72-78 масс. %, изопентан в количестве 15-21 масс. % и циклопентан в количестве 4-10 масс. %.The technical result is achieved by the fact that the hydrocarbon blowing agent intended for the production of rigid polyurethane foams for thermal insulation purposes contains n-pentane in the amount of 72-78 wt. %, isopentane in the amount of 15-21 wt. % and cyclopentane in the amount of 4-10 wt. %.

В результате многочисленных опытов, при проведении которых использовались известные компоненты, массовое соотношение которых варьировалось, разработан углеводородный вспенивающий агент с оптимальными значениями компонентов, позволяющий получать высококачественные жесткие пенополиуретаны теплоизоляционного назначения.As a result of numerous experiments, during which known components were used, the mass ratio of which varied, a hydrocarbon blowing agent with optimal component values was developed, which makes it possible to obtain high-quality rigid polyurethane foams for thermal insulation purposes.

Экспериментально установлено, что введение в углеводородный вспенивающий агент циклопентана в количестве 4-10 масс. % позволяет повысить растворимость вспенивающего агента в компонентах при получении пенополиуретана и пенополиизоцианурата.It has been experimentally established that the introduction of cyclopentane into a hydrocarbon blowing agent in an amount of 4-10 wt. % allows you to increase the solubility of the blowing agent in the components in the production of polyurethane foam and polyisocyanurate foam.

Полученный жесткий пенополиуретан обладает при сохранении требуемой теплопроводности увеличенной прочностью на сжатие готовой пены, что подтверждено при практическом применении изобретения в соответствии со специально разработанным технологическим процессом.The resulting rigid polyurethane foam has, while maintaining the required thermal conductivity, increased compressive strength of the finished foam, which is confirmed by the practical application of the invention in accordance with a specially developed technological process.

Исследования показали, что оптимальным с точки зрения получения высокого качества конечного продукта является использование углеводородного вспенивающего агента, содержащего н-пентан в количестве 72-78 масс. %, изопентан в количестве 15-21 масс. % и циклопентан в количестве 4-10 масс. %.Studies have shown that from the point of view of obtaining a high quality of the final product, it is optimal to use a hydrocarbon blowing agent containing n-pentane in an amount of 72-78 wt. %, isopentane in the amount of 15-21 wt. % and cyclopentane in the amount of 4-10 wt. %.

Экспериментально подтверждено, что количественные значения компонентов вспенивающего агента в предлагаемых пределах соотношений, способствуют повышению прочности на сжатие вспененного пенополиуретана.It has been experimentally confirmed that the quantitative values of the components of the blowing agent in the proposed range of ratios contribute to the increase in the compressive strength of the foamed polyurethane foam.

Применение вспенивающего агента с предлагаемым количественным соотношением составляющих компонентов позволяет сохранить требуемую теплопроводность и обеспечить стабильность линейных размеров жестких пенополиуретанов.The use of a blowing agent with the proposed quantitative ratio of the constituent components allows you to maintain the required thermal conductivity and ensure the stability of the linear dimensions of rigid polyurethane foams.

Важным является также то, что предлагаемый вспенивающий агент состоит из сравнительно дешевых и доступных компонентов.It is also important that the proposed blowing agent consists of relatively cheap and readily available components.

Кроме того, получение и использование предлагаемого вспенивающего агента не требует разработки сложного технологического процесса и позволяет использовать типовое оборудование.In addition, the production and use of the proposed blowing agent does not require the development of a complex process and allows the use of standard equipment.

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом.The present invention is carried out as follows.

Вспенивающий агент готовят путем последовательного смешивания всех необходимых составляющих жидкостей: н-пентан в количестве 72-78 масс. %, изопентан в количестве 15-21 масс. % и циклопентан в количестве 4-10 масс. %.The foaming agent is prepared by successively mixing all the necessary components of the liquids: n-pentane in the amount of 72-78 wt. %, isopentane in the amount of 15-21 wt. % and cyclopentane in the amount of 4-10 wt. %.

При этом сначала смешивают н-пентан и изопентан и перемешивают в течение 20-30 секунд с применением высокоскоростной мешалки, число оборотов которой составляет 1500-3000 об/мин.At the same time, n-pentane and isopentane are first mixed and mixed for 20-30 seconds using a high-speed mixer, the speed of which is 1500-3000 rpm.

Затем добавляют циклопентан и, снижая число оборотов мешалки до 1000 об/мин., перемешивают полученную смесь в течение 10-15 секунд.Then cyclopentane is added and, reducing the number of revolutions of the stirrer to 1000 rpm, the resulting mixture is stirred for 10-15 seconds.

Получаемый вспенивающий агент (компонент С) представляет собой прозрачную и однородную жидкость, не содержащую механических примесей.The resulting foaming agent (component C) is a transparent and homogeneous liquid that does not contain mechanical impurities.

Вспенивающий агент по настоящему изобретению имеет хорошую совместимость к полиолам.The blowing agent of the present invention has good compatibility with polyols.

Показатель преломления вспенивающего агента при 20°С составляет 1,348-1,368.The refractive index of the blowing agent at 20°C is 1.348-1.368.

В лабораторных условиях композицию для получения жесткого пенополиуретана готовят из смеси компонентов А (полиол) и С (вспенивающий агент) с компонентом В (изоцианат) в полипропиленовом стакане с применением высокоскоростной мешалки в течение 7-10 секунд при скорости мешалки 2500-3000 об/мин.Under laboratory conditions, the composition for the production of rigid polyurethane foam is prepared from a mixture of components A (polyol) and C (blowing agent) with component B (isocyanate) in a polypropylene cup using a high-speed mixer for 7-10 seconds at a stirrer speed of 2500-3000 rpm .

Образцы ППУ изготавливают из компонентов А, В, С в соотношении 100:140:14.PPU samples are made from components A, B, C in a ratio of 100:140:14.

При этом сначала в первом стакане готовят композицию, состоящую из компонента А в количестве 125 г и компонента С в количестве 17,5 г.In this case, first, in the first glass, a composition is prepared, consisting of component A in the amount of 125 g and component C in the amount of 17.5 g.

Интенсивно перемешивают композицию с помощью мешалки до однородного состояния.Intensively mix the composition with a stirrer until homogeneous.

Во второй стакан помещают компонент В в количестве 193 г.Component B is placed in the second glass in the amount of 193 g.

Не прекращая перемешивание, быстро вливают компонент В из второго стакана в первый стакан.Without stopping stirring, quickly pour component B from the second glass into the first glass.

Интенсивно перемешивают в течение 5 секунд до начала подъема пены.Stir vigorously for 5 seconds until foam begins to rise.

Затем выливают полученную композицию из первого стакана в форму, закрывают форму и производят отверждение в течение не менее 30 минут.Then the resulting composition is poured from the first glass into a mold, the mold is closed and curing is carried out for at least 30 minutes.

После чего достают полученный образец из формы для последующего проведения испытаний.After that, the obtained sample is taken out of the mold for subsequent testing.

Полученный жесткий пенополиуретан обладает при сохранении теплопроводности увеличенной до 180 кПа прочностью на сжатие и повышенной стабильностью линейных размеров, что обусловлено применением вспенивающего компонента разработанного состава в исходной композиции для получения ППУ.The resulting rigid polyurethane foam, while maintaining thermal conductivity, has an increased compressive strength up to 180 kPa and increased stability of linear dimensions, which is due to the use of a foaming component of the developed composition in the initial composition for obtaining polyurethane foam.

В промышленных условиях композицию для получения жесткого пенополиуретана готовят из смеси компонентов А и С с компонентом В, с помощью машин высокого или низкого давления в течение 1-3 секунд, в зависимости от конструкции оборудования.Under industrial conditions, the composition for the production of rigid polyurethane foam is prepared from a mixture of components A and C with component B, using high or low pressure machines for 1-3 seconds, depending on the design of the equipment.

При этом исходные компоненты смешивают при температуре от 20 до 35°С.While the original components are mixed at a temperature of from 20 to 35°C.

Поставленная изобретением техническая проблема решается заявляемым количественным соотношением компонентов углеводородного вспенивающего агента, подобранным таким образом, чтобы обеспечить оптимальные параметры вспенивания и отверждения композиции, а также получить необходимые физико-механические свойства и структуру образующегося пенополиуретана.The technical problem posed by the invention is solved by the claimed quantitative ratio of the components of the hydrocarbon blowing agent, selected in such a way as to provide optimal foaming and curing parameters of the composition, as well as to obtain the necessary physical and mechanical properties and structure of the resulting polyurethane foam.

Использование изобретения позволяет получать высококачественные жесткие пенополиуретаны теплоизоляционного назначения в полупромышленных масштабах, что подтверждено при практическом применении.The use of the invention makes it possible to obtain high-quality rigid polyurethane foams for heat-insulating purposes on a semi-industrial scale, which is confirmed in practical application.

Claims

Hydrocarbon blowing agent intended for the production of rigid polyurethane foams for heat-insulating purposes, containing n-pentane, isopentane and cyclopentane, in the following ratio, wt.%:

N-pentane 72-78 Isopentane 15-21 Cyclopentane 4-10