SU370785A1 - Способ изготовления пеноматериала - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технологии получени  пеноматериала на основе продукта конденсации формалина с фенолом, с аминопроизводными или со смесью обоих продуктов.

Известен способ получени  пеноматериала путем вспенивани  реакционной композиции в присутствии летучего кислого катализатора при нагревании с последующей нейтрализацией остаточной кислоты при помощи щелочного агента, вводимого в реакционную смесь, в качестве которого примен ют бикарбонат натри .

Предлагаетс  в качестве щелочного агента использовать газообразный аммиак или газообразный амин после отверждени  пены.

Процесс пенообразовани  термоотверждаемой смолы при кислом катализе осуществл ют обычным способом, например можно употребл ть обычные вспенивающие вещества, такие как легкие углеводороды. В качестве обычных добавок к смеси пепообразовани  можно использовать поверхностно-активные вещества, модифицированные смолы, наполнители и т. д. При этом кислый катализатор, используемый дл  отверждени , должен быть достаточно сильным дл  того, чтобы больща  его часть могла выделитьс  при высущивании.

Можно употребл ть в качестве катализатора кислые соли и минеральные или органические кислоты, однако, примен ют сол ную кислоту.

Последовательное высущивание пены производ т при 100-ИО С, предпочтительно при

100-130°С, в течение приблизительно 1- 3 час.

Температура 140°С считаетс  предельной, так как выще этой температуры пена может подвергнутьс  искажени м во врем  высущивани  (по вление признаков окислени , которое может вызвать горение пены, но этого можно избежать путем добавки соответствующих веществ; возникновение карбонизации пены, котора  измен ет ее свойства; возможное отделение пены в зависимости от процентного содержани  открытых клеток).

Высушивание осуществл ют дл  того, чтобы отогнать воду или летучий растворитель, наход щиес  в пене; удалить больщую часть

кислоты, содержащейс  в пене, при этом процент удалени  будет тем больще, чем больще будет разница между температурой летучести кислоты и температурой высушивани .

Количество кислоты, присутствующее в пене (пор дка 2-4%), после первой фазы доходит до 0,15-0,6% в зависимости от толщины изготовл емой из пены панели, времени высущиваии , температуры, используемой кислоты и процентного содержани  открытых

клеток пены.

Последн   стади  способа - нейтрализаци  слабой остаточной кислоты. Несмотр  на чрезвычайно чувствительное ири высушивании процентного содержани  кислоты, оставшейс  в пене, остаточна  кислотность еще достаточно высока. Это можно проверить с помощью нснытани  на ускоренную коррозию, осуществл емого при 110°С и 100%-ной относительной влал ности в течение 6 дней. Пена, получаема  после второй фазы, полностью разъедает поверхность пластинки из м гкой стали, коррозию наблюдают после 3 час соприкосновени . Поэтому и осуществл ют обработку газообразным аммиаком или амином, или любым газообразным веществом, дающим щелочную реакцию.

На практике обработка газа на высущеииой пене вызывает лучщую пенетрацию этого газа в пену. Можно также ускорить пенетрацию газа в сухую пену путем помещени  материала в вакуум перед введением газа. Скорость пенетрации газа зависит от глубины вакуума, процентного содержани  открытых клеток пены и толщины панели. Дл  иены, например, с 45% открытых клеток и дл  панели с толщиной 15 см, обработанной аммиаком в течение 45 M.UH, вли ние предварительного нахождени  в вакууме  рко выражено. При вакууме 10 см 25% объема панели нейтрализуетс , этот объем достигает 54% при вакууме 40 см и 68% при вакууме 60 см.

Можно также ускорить пенетрацию газа через сухую иену, обработав ее щелочным газовым агентом иод давлением.

При помощи испытани  на ускоренную коррозию можно вы вить критический характер условий и пор док этапов предлагаемого способа дл  получени  не вызывающей коррозии безводной пены.

Действительно, если использовать сильный кислый катализатор, но не летучий при температуре высущивани , то втора  фаза будет только фазой высущивани , но не фазой ускоренной нейтрализации. Полученна  таким образом иена, содержаща  еще всю использованную кислоту, нейтрализуема  в третьей фазе , будет иметь высокое процентное содержание солей с кислой реакцией, которые будут вызывать очень сильную коррозию.

Производ т испытание ценообразовани  смолы в присутствии серной кислоты, не улетучивающейс  при температуре высущивани . Экстрагирование, осуществл емое на образце из высущенной пены, позвол ет установить рН 4. Высушенные пены, нейтрализованные затем в газообразном аммиаке, имеют высокое содержание сульфата аммони , вследствие чего они способны вызывать коррозию, даже если осуществл ют новое высущивание в печи нейтрализованной сухой пены. Это можно экспериментально установить при испытании на ускоренную коррозию.

Если, использу  в фазе ценообразовани  сильный кислый катализатор, улетучивающийс  при температуре высущивани , затем измен ют пор док фаз высущивани  и нейтрализации , получают нейтрализованную пену, имеющую высокое процентное содержание солей с более или менее кислой реакцией, которые не об зательно  вл ютс  летучими при температуре высущивани , примен емой потом. С помощью пены, подвергнутой воздействию катализатора в сол ной кислоте, доказывают, что пенетраци  аммиака происходит более

медленно на влажной пене и что хлористый аммоний, полученный при нейтрализации, остаетс  в очень ощутимом количестве в пене после фазы высущивани . Экстрагирование в Сокслете на образце позвол ет установить

рН 5,5. Полученные таким образом виды пены еще вызывают коррозию, как это можно было установить при испытании на ускоренную коррозию (пластинка из м гкой стали, предварительно отполированна , полностью

потемнела после 48 час.

Следовательно, чтобы получать не вызывающую коррозии пену, необходимо осуществл ть фазу высущивани  перед фазой нейтрализации , ибо предварительное высущивание

об зательно вызывает очень ускоренную нейтрализацию в св зи с использованием кислого катализатора, об зательно улетучивающегос  при темперагуре обработки. Наоборот, соли, полученные в результате нейтрализации этой

кислоты, не обладают одинаковой летучестью при одинаковой температуре.

Можно также одновременно произвести высущивание и нейтрализацию при помощи газообразного щелочного агента.

Можно было бы также осуществить нейтрализацию при помощи водного раствора гидрата окиси аммони  на материале, помещенном в вакуум. Пенетраци  цены достаточно ограничена , но нейтрализаци  возможна в некоторых случа х, когда процентное содержание открытых клеток пены  вл етс  очень высоким . Однако этот процесс не имеет никакой практической пользы из-за более медленной скорости пенетрации по сравнению с пенетрацией газообразного аммиака из-за дополнительного поступлени  воды, которую необходимо удал ть.

Ниже приведены результаты некоторых испытаний на ускоренную коррозию.

Металлические пластинки размещают одну на другой между двум  образцами пены и помещают в закрытый сосуд, содержащий 100 см воды. Слой пластинок не соприкасаетс  с водой. В этом же сосуде находитс  также

металлическа  пластинка, котора  располагаетс  в такой же среде как пена, но не соприкасаетс  с ней.

Через эти слои пластинок пена соприкасаетс  с металлом, производ т также испытани ,

в которых пена находитс  вблизи металла, не соприкаса сь с ним.

Сосуды закрывают и помещают на 6 дней в сущильную печь при 110°С. По истечении этого времени металлические пластинки очищают от продуктов коррозии при помощи химических средств и взвешивают. Коррози  металла выражаетс  разницей между первоначальным весом и весом после очистки поверхности металла.

Таким образом исследуют медь, м гкую сталь, неокисл ющуюс  сталь. Результаты привод тс  в таблице, причем значени  из

колонки «нейтрализованна  высушенна  пена подчеркивают  вное преимущество предлагаемых видов пены.

Эти результаты позвол ют также считать, что близость образца пены вызывает также коррозию металла, как и непосредственный контакт.

Совокупность этих испытаний показывает, что способ получени  термоотверждаемых безводных и некоррозионных видов пены должен основыватьс  на:

использовании при пенообразовании сильного кислого катализатора, летучего при температуре высушивани  пены;

высушивании и ускорении нейтрализации пены при 100-130°С в течение 1-3 час;

нейтрализации слабой остаточной кислоты при помощи газообразного щелочного агента, при этом нейтрализацию осуществл ют более бь1стро и полно путем предварительного помещени  в вакуум безводной пены.

Полученна  таким образом термоотверждаема  безводна  и не вызывающа  коррозии пена не требует нового высушивани  в печи.

Описанный способ применим, как правило, к видам пены из термоотверждаемых смол при кислом катализе. Из указанных видов пены более применимы те пены, которые получают на основе следующих смол, вход щих в класс фенольных смол и аминосмол:

фенольные смолы типа резолов в растворе;

фенольные смолы типа модифицированных или смешанных резолов, в которых часть фенола замещаетс  при конденсации с формалином одной или несколькими составными част ми термоотверждаемых смол таких, как карбамид или меламин;

фенольные смолы типа модифицированных или смешанных резолов, полученные путем смешивани  на стадии ценообразовани  фенольной смолы с одной или несколькими другими термоотверждаемыми смолами, такими как формалинокарбамидна , формалиномеламинова , формалинокарбамидномеламинова  смолы;

чистые или модифицированные смолы, полученные в результате конденсации формалина с карбамидом, меламином или со смесью двух последних веществ;

фенольные смолы типа резолов пли чистых или модифицированных аминосмол, содержащих в дисперсии термопластические вещества, такие как полистирол;

смешанные фенольноаминопластстироловые смолы, полученные пли путем общей конденсации компонентов мономеров, пли в виде смеси более или менее сгущенных смол дл  обеспечени  хорошего соответстви  конечному

продукту.

Выше отмечалось вли ние процентного содержани  открытых клеток пены и толщины панели из пены, обработанной в процессе высушивани  и нейтрализации. Что касаетс  фазы высушивани  и нейтрализации пены, то толщина панели и процентное содержание открытых клеток оказывают вли ние на температуру и продолжительность высушивани  в печи.

Пример 1. Производ т фенольную смолу, конденсиру  940 г фенола с 1400 г формалина при рН 9 с добавкой едкого натра. Конденсацию осуществл ют при 90°С до получени 

содержани  свободного формалина 2%, на что потребуетс  80 мин. Затем вещество нейтрализуют при рН 7 сол ной кислотой и дистиллируют . Таким образом получают смолу, обладающую в зкостью 10000 спз при 20°С, и

70% сухого экстракта.

Далее интенсивно перемешивают смесь 1000 г фенольной смолы типа резола в водном растворе с 70% осажденного сухого экстракта , 100 см пентана и 45 г концентрированной

НС1.

Эту смесь, вылитую в форму размерами 50X60X7 см, поддерживают при 55°С в течение 10 мин (ценообразование и отверждение осуществл ютс  в течение этого промежутка).

В это врем  можно извлечь из формы панель толщиной 7 см, пена которой содержит 60% открытых клеток и имеет плотность 0,05.

Эту панель высушивают при 130°С в течение 2 час (момепт, когда получают горизонтальную линию потери веса). Панель помещают в вакуум 60 см (соответствует остаточному давлению 16 см рт. ст.) па 10 мин. и затем привод т в соприкосновение с потоком аммиака в течение 30 мин. После пребывани  в течение 48 час на открытом воздухе обработанна  панель не имеет больше запаха аммиака . Экстрагирование образца пены в течение 12 час с водой при рН 7 и температуре кипени  дает окончательный раствор, который имеет величину рН приблизительно 6,9, измеренную с помош,ью рН-метра. Следовательно, остаточна  кислотность практически равна нулю. Это можпо проверить при помош,и испытани  на ускоренную коррозию, подробные результаты которого, приведенные выше, были получены с пеной из данного примера.

Различные металлы в соприкосновении с образцами полученной безводной и невызываюш ,ей коррозии пены сохран ют свой блеск, имеют такой же хороший вид, как и контрольные образцы металлической пластинки, особенно в случае использовани  м гкой стали. В сравнительных испытани х, осуществленных при использовании высушенной но не нейтрализованной пены; нейтрализованной, но невысущенной пепы; нейтрализованной, затем высушенной пены, очень заметна  коррози  по отношению к контрольным образцам была отмечена в трех случа х. Коррози  убывает согласно приведенному пор дку, но  вл етс  еще сильной в случае использовани  нейтрализованной , затем высушенной пены.

Идентичное испытание, произведенное на м гкой стали с образцом из твердого пенополиуретана , привело к сплошному почернению плитки.

Пример 2. Конденсируют 940 г фенола, 1450 г формалина и 250 г крезола при рН 9 с добавлением едкого натра. Конденсацию осуществл ют при 95°С в течение 1 час 35 мин до содержани  свободного формалина 2,3%. Затем вещество нейтрализуют при рН 7. После дистилл ции получают смолу, имеющую в зкость 10800 спз при 20°С, и 72% сухого экстракта.

Интеноивно перемешивают смесь 500 г фенольной смолы, 50 см гексана и 25 г концентрированной НС1. Эту смесь выливают в форму с размерами 50X60X3 см и выдерживают при 60°С в течение 12 мин. Пенообразование и отверждение осуществл ютс  в течение этого времени, после чего можно изъ ть из формы панель толщиной 3 см, пена которой имеет 52% открытых клеток и плотность 0,045.

Эту панель высушивают при 115°С в течение 1,5 час (момент, когда получают горизонтальную линию потери веса). Панель помещают в вакуум 60 см (соответствует остаточному давлению 16 см рт. ст.) на 10 мин и привод т в соприкосновение с потоком аммиака в течение 20 мин.

Остаточна  кислотность этой панели, измеренна  путем экстрагировани  в Сокслете, практически равна нулю. Испытание на ускоренную коррозию, осуществленное как указано выше, дает аналогичные результаты.

Пример 3. Приготовл ют фенольнокарбамидную смолу, конденсиру  7 кг фенола, 32 кг 30%-ного формалина и 5,5 кг карбамида при рН 6 с добавлением едкого натра. Конденсацию осуществл ют в течение 1 час 10 мин пи 100°С, в этом случае содержание свободного формалина составл ет 5%, а в зкость 8 спз. Температуру понижают до 75°С, рН довод т до 8 едким натром и конденсацию продолжают в течение 2 час и 20 мин при 90°С; в зкость составл ет 20 спз. Вещество дистиллируют в вакууме до получени  в зкости 2000 спз.

Далее интенсивно перемешивают смесь 1 кг полученной выше смолы с 1000 см пентана и 35 г концентрированной НС1. Эту смесь, вылитую в форму с размерами 50X60X7 см, выдерживают 20 мин при 45°С; пенообразование и отверждение осуществл ютс  в течение этого времени. Таким образом получают пену с плотностью 0,035, имеющую 80% открытых клеток.

Высушенна  панель при 130°С в течение 2 час не тер ет веса.

Затем панель помещают в вакуум 60 см на 10 мин и привод т в соприкосновение с потоком аммиака в течение 20 мин.

Экстрагирование в Сокслете такой панели обнаруживает практически ничтожную остаточную кислотность.

Пример 4. Довод т рН 2 380 кг 30% -ного формалина до 8 при помощи едкого натра, затем добавл ют 600 г фенола и 750 г меламина . Смесь конденсируют при 80°С до получени  разбавлени  в воде 1 : 1,5, после этого дистиллируют в вакууме до получени  в зкости 4000 спз.

Интенсивно перемешивают смесь 1 кг указанной смолы с 40 см гексана и 35 г концентрированной НС1. Эту смесь выливают в форму с размерами 50X60X7 см и выдерживают в течение 20 мин при 45°С. Пенообразование и отверждение осуществл ют в течение этого времени.

Таким образом получают пену с плотностью 0,04, имеющую 70% открытых клеток, которую затем обработывают, как в примере 3, и получают те же результаты.

Пример 5. Конденсируют 1,370 кг 30%ного формалина, рН которого доведен до 9 при помощи едкого натра, с 390 г карбамида. Повышают температуру в течение 30 мин и конденсируют 30 мин рН смеси довод т до 5 путем подкислени  муравьиной кислотой и конденсируют при обратном течении за 1,5 час. Устанавливают рН 8 при помощи едкого натра . Дистилл цию осуществл ют в вакууме до получени  в зкости 3000 спз.

Интенсивно перемещивают раствор I кг указанной смолы, 100 см пентана и 23 г концентрированной HCl. Смесь выливают в форму с размерами 50X60X7 см. и выдерживают 20 мин при 40°С. Пенообразование и отверждение осуществл ютс  в течение этого времени . Таким образом получают пену с плотностью 0,03, имеющую 85% открытых клеток, которую затем обрабатывают, как в примере 3, с получением аналогичных результатов.

Предмет изобретени 

Claims (2)

1. Способ изготовлени  пеноматериала на основе продукта конденсации формалина с

фенолом, с аминопроизводными или со смесью обоих продуктов путем вспенивани  реакционной композиции в присутствии летучего кислого катализатора при нагревании с нейтрализацией остаточной кислоты при помощи щелочного агента, отличающийс  тем, что, в качестве щелочного агента используют газообразный аммиак или газообразный амин после отверждени  пены.

2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что нейтрализацию остаточной кислоты провод т носле высушивани  пены при 100-140°С в течение 1-3 час.