способ получения катализатора уретанообразования

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА УРЕТАНООБРАЗОВАНИЯ путем смешения азотсодержащего соединения и соли щелочного металла и карбоновой кислоты, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащего соединения используют оксиэтилированную мочевину, которую получают путем предварительной обработки мочевины окисью этилена при 40 - 90^oС, давлении 3 - 8 атм. в течение 2 - 15 ч при молярном соотношении окиси этилена и мочевины 1 - 10 : 1 в присутствии воды, взятой в количестве 0,3 - 1,0 мас.ч. на 1 мас.ч. мочевины, при смешении соль щелочного металла и карбоновой кислоты используют в количестве 0,5 - 35,0% от массы оксиэтилированной мочевины.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к технологии получения полимеров, в частности к процессам синтеза катализаторов, пригодных для получения полиуретанов.

Известны катализаторы уретанообразования, основанные на таких азотсодержащих соединениях как третичные амины или на солях металлов (ацетаты щелочных металлов, оловосодержащие соли и др.).

Известные катализаторы токсичны и имеют резкий запах, плохую растворимость в полиуретановых смесях, затрудняющих транспортировку компонентов и их переработку.

Известен способ получения катализатора уретанообразования, основанный на смешении ацетата калия с азотсодержащим соединением - 1-метил-4,2-диметиламиноэтилпиперазин - в среде растворителя с ОН-группами (этиленгликоль и др.). Катализатор, полученный по этому способу пригоден для получения пенополиуретанов улучшенного качества.

Однако известный катализатор содержит токсичное (II класс опасности) и с резким запахом азотсодержащее соединение, применение которого при получении полиуретанов приводит к ухудшению условий труда как при синтезе катализатора, так и при получении полиуретанов. Кроме того, применяемые азотсодержащие соединения в получаемом пенополиуретане остаются в свободном виде, что приводит к получению изделий из пенополиуретанов, не пригодных к применению в быту и контактирующих с пищевыми продуктами (мебель, холодильники и т.п.). Наличие растворителя приводит к удорожанию катализатора в некоторых случаях (этиленгликоль - реакционноспособное вещество), приводит к искажению рецептуры исходных компонентов и в конечном счете к получению некачественного полиуретана.

Предлагаемый способ получения катализатора уретанообразования позволяет исключить растворитель из состава катализатора, что приведет к снижению токсичности полиуретана и к улучшению условий труда как при получении катализатора, так и при получении полиуретана. Исключение растворителя из состава катализатора не только удешевит катализатор, но упростит технологию получения полиуретанов (отсутствие коррекции рецептур) и позволит получать качественный полиуретан.

Применение предлагаемого катализатора позволяет повысить термостойкость полиуретанов, полученных с использованием предлагаемого катализатора.

Способ получения предлагаемого катализатора для синтеза пенополиуретана заключается в смешении соли щелочного металла и карбоновой кислоты с мочевиной, предварительно обработанной оксидом этилена. Процесс обработки мочевины оксидом этилена осуществляют под давлением 3-8 атм при 40-90^оС. В зависимости от количества оксида этилена и температуры процесса присоединения, продолжительность процесса обработки изменяется в пределах 2-15 ч. При присоединении оксида этилена оксиэтилирования мочевина приобретает свойства комплексона (открытоцепного аналога краун-эфира) и обладает способностью комплексно связывать соли щелочных металлов, что существенно повышает их активность. Комплексно связывается до 18 мас.% ацетата калия, а растворимость ацетата калия в оксиэтилированной мочевине, содержащей, например, 4 моль оксида этилена достигает 35 мас.%, так что добавка в смесь растворителя не нужна. Катализатор, полученный по предлагаемому способу, нетоксичный и относится к 4 классу соединений по токсичности, взрывобезопасен, не относится к ЛВЖ. Полученный согласно предлагаемому способу катализатор по внешнему виду - бесцветная низковязкая жидкость без запаха и без легколетучих выделений, легко совмещается с компонентами для получения пенополиуретанов (хладон, полиэфир, ПАВ и др.), давая стабильные смеси, растворяется в воде, сохраняет каталитические свойства в широком интервале температур, при хранении не расслаивается, возможно длительное хранение без потери качества. Входящая в состав катализатора оксиэтилированная мочевина имеет гидроксильные концевые группы, которые участвуют (при получении пенополиуретана) в реакции, встраиваясь в полимерную цепь. Этот факт приводит к некоторому увеличению термостойкости (на 15-20^оС) пенополиуретана, полученного с применением предлагаемого катализатора, по сравнению с прототипом. Это же свойство катализатора позволяет получать пенополиуретан без выделяющихся в атмосферу компонентов.

Оксиэтилированная мочевина обладает каталитическими свойствами и может быть применена в качестве катализатора уретанообразования.

С применением предлагаемого катализатора получен пенополиуретан на основе активаторной смеси (состоящей из кремнийорганического стабилизатора, вспенивающего агента, воды и предлагаемого катализатора), полиэфира и полиизоцианата.

Технологические характеристики процесса и свойства пенополиуретана приведены в таблице.

Способ получения катализатора иллюстрируется примерами:

П р и м е р 1. В реактор емкостью 0,8 л, снабженный быстроходовой мешалкой с электрообогревом, загружают 45 г (1 моль) мочевины и 100 г (3 моль) оксида этилена, добавляют 45 г дистиллированной воды. Реактор герметично закрывают и нагревают до 90^оС. При этом давление в реакторе достигает 8 атм. При перемешивании обработка продолжается до полного падения давления в реакторе (3 ч), после чего в реакционную массу загружают ацетат калия (14,5 г или 10% по отношению к оксиэтилированной мочевине). Смесь перемешивают в течение 2 ч при 90^оС, после чего катализатор сушат.

Характеристики катализатора: Содержание воды, % 0,2 Содержание ОН-групп, % 12 Содержание азота, % 5,0

Содержание эпоксидных групп, % 0,1

П р и м е р 2. В реактор емкостью 0,8 л, снабженный быстроходной мешалкой с электроприводом, загружают 45 г (1 моль) мочевины и 100 г (3 моль) оксида этилена, добавляют 45 г дистиллированной воды. Реактор герметично закрывают и нагревают до 90^оС. При этом давление в реакторе достигает 8 атм. При перемешивании обработка продолжается до полного падения давления в реакторе (3 ч), после чего в реакционную массу загружают ацетат калия в количестве 26,1 г (18%). Перемешивание осуществляют при 80^оС, после чего катализатор сушат.

Полученный катализатор имеет характеристики: Содержание воды, % 0,2 Содержание ОН-групп, % 8 Содержание азота, % 4

Содержание эпоксидных групп, % 0,1

П р и м е р 3. В реактор емкостью 0,8 л, снабженный быстроходной мешалкой с электроприводом, загружают 136 г (1 моль) мочевины и 100 г (1 моль) оксида этилена, добавляют 45 г дистиллированной воды. Реактор нагревают до 80^оС, при этом давление достигает 8 атм. При перемешивании обработка продолжается до полного падения давления в реакторе (1 ч), после чего в реакционную массу добавляют 1,18 г (0,5%) ацетата калия. Перемешивание осуществляют при температуре 80^оС, после чего катализатор сушат.

Характеристика полученного катализатора: Содержание воды, % 0,2 Содержание ОН-групп, % 15 Содержание азота, % 8

Содержание эпоксидных групп, % 0,1

П р и м е р 4. В реактор емкостью 0,8 л, снабженный быстроходной мешалкой с электроприводом, загружают 13,8 г (1 моль) мочевины и 100 г (10 моль) оксида этилена. Добавляют 10 г воды. Реактор герметично закрывают и нагревают до 70^оС, при этом давление в реакторе достигает 6 атм. При перемешивании обработка продолжается в течение 7 ч, до полного падения давления в реакторе. После чего в реакционную массу загружают 39,8 г ацетата калия (35% ). Перемешивание осуществляют при 70^оС, после чего катализатор сушат.

Полученный катализатор имеет следующие характеристики: Содержание воды, % 0,2 Содержание ОН-групп, % 4,5 Содержание азота, % 2,5 Содержание эпоксидных групп, % 0,1

П р и м е р 5. В реактор емкостью 0,8 л, снабженный быстроходной мешалкой с электроприводом, загружают 200 г (1 моль) мочевины, 614 г (4 моль) оксида этилена. Добавляют 150 г воды. Реактор нагревают до 40^оС, при этом давление достигает 3 атм. При перемешивании обработка продолжается в течение 15 ч, до полного падения давления в реакторе. После чего в реакционную массу добавляют 40,7 г (5%) ацетата калия. Перемешивание осуществляют при 40^оС, после чего катализатор сушат.

Полученный катализатор имеет следующие характеристики: Содержание воды, % 0,2 Содержание ОН-групп, % 10 Содержание азота, % 6 Содержание эпоксидных групп, % 0,1

П р и м е р 6. В реактор емкостью 100 л, снабженный мешалкой и паровой рубашкой для обогрева, загружают 15 кг (1 моль) мочевины, 5 кг обессоленной воды и непрерывно и равномерно с помощью мерника, работающего под давлением, подают 43,5 кг (4 моль) оксида этилена. Синтез проводят при 70^оС и при давлении 3 атм в течение 6 ч, до полного окончания подачи оксида этилена. Полученную оксиэтилированную мочевину сушат до содержания воды 2%. При атмосферном давлении при непрерывном перемешивании в реактор загружают 11,7 кг ацетата калия в виде водного раствора. Реакционную массу перемешивают в течение 1 ч при 45^оС. Полученный катализатор сушат, сливают из реактора и анализируют.

Характеристика катализатора: Содержание воды, % 0,2 Содержание ОН-групп, % 10 Содержание азота, % 6

Содержание эпоксидных групп, % 0,1