способ получения огнестойкого пенополиуретана

Формула изобретения

1. Способ получения огнестойкого пенополиуретана из композиции, включающей полиэфирполиол, полиизоцианат, аминный активатор, модифицирующую добавку - многоатомные спирты и вспениватель - воду или фреон, расширенный графит, предварительно смешанный с циануратом меламина при соотношении 1-2:1 и суммарном количестве 15-30% от общего количества компонентов, отличающийся тем, что в предварительно приготовленную смесь графита с циануратом меламина дополнительно вводят гипс, полиэфирполиол перед взаимодействием с полиизоцианатом предварительно смешивают сначала с аминным активатором, многоатомным спиртом и вспенивателем, а затем добавляют смесь расширенного графита, цианурата меламина и гипса в количестве от 5 до 50% от общего количества компонентов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно композиция содержит антипирен - трихлорэтилфосфат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению огнестойкого пенополиуретана и может быть использовано в транспорте, строительстве и других областях, где требуется тепло- и звукоизоляционные материалы.

Пенополиуретаны относятся к органическим горючим материалам, так как имеют высокую удельную поверхность, заполненную воздухом. Этим свойством обладают не только эластичные открытопористые (на 98-99%) пенополиуретаны, но и их жесткие закрытопористые аналоги. Однако получить без специальных неорганических добавок на 100% закрытую жесткую пенополиуретановую массу невозможно. В пределе такие материалы имеют закрытые поры на 95-97%. Как показывает эксперимент, заполнение всего образца воздухом за счет открытых пор (на 3-5%) происходит достаточно быстро (от 1 часа до 3-4 часов). Для снижения горючести пенополиуретанов используют обычно метод введения антипиренов.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является способ получения огнестойкого пенополиуретана, защищенный патентом РФ №2268899, кл. C08G 18/08, C08G 18/48, опубл. 2006.01.27.

Способ включает взаимодействие полиола и изоцианата в присутствии расширенного графита, аминного активатора, стабилизатора и вспенивателя, причем композиция дополнительно содержит цианурат меламина и модифицирующую добавку - многоатомные спирты. В качестве вспенивателя композиция содержит воду или фреон. Полиэфирполиол перед взаимодействием с полиизоцианатом предварительно смешивают с аминньм активатором, стабилизатором, модифицирующей добавкой и вспенивателем, а затем добавляют расширенный графит и цианурат меламина при соотношении 1-2:1 и суммарном количестве 15-30 мас.% от общего количества компонентов. В полиэфирполиол дополнительно вводят фосфатный антипирен - трихлорэтилфосфат.

Получаемый пенополиуретан имеет высокие показатели по огнестойкости, но низкие физико-механические характеристики по прочности и теплостойкости.

Повышение двух последних показателей особенно важно для различных строительных конструкций (изготовление строительных панелей, заливочных паст для звуко- и теплозащиты, термоизоляционных накладок на различные трубопроводы и т.п.). Жесткий пенополиуретан часто используют как материал конструкционный для соединения строительных элементов в современных технологиях строительства.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - создание способа получения жесткого пенополиуретана, сочетающего в себе высокую огнестойкость с сохранением тепло- и звукоизолирующих свойств, а также повышенными показателями по прочности и теплостойкости.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении прочности и теплостойкости.

Указанный результат достигается тем, что в способе получения огнестойкого пенополиуретана из композиции, включающей полиэфирполиол, полиизоцианат, аминный активатор, модифицирующую добавку - многоатомные спирты и вспениватель - воду или фреон, расширенный графит, предварительно смешанный с циануратом меламина при соотношении 1-2:1 и суммарном количестве 15-30 мас.% от общего количества компонентов, в предварительно приготовленную смесь графита с циануратом меламина дополнительно вводят гипс, полиэфирполиол перед взаимодействием с полиизоцианатом предварительно смешивают сначала с аминным активатором, многоатомным спиртом и вспенивателем, а затем добавляют смесь расширенного графита, цианурата меламина и гипса в количестве от 5 до 50 мас.% от общего количества компонентов.

Дополнительно композиция содержит антипирен - трихлорэтилфосфат.

Новая добавка - гипс, содержащий до двух молекул воды на молекулу CaSO ₄, играет роль не только наполнителя, который удешевляет представленную композицию, но, как показано предварительными исследованиями, гипс заметно увеличивает прочность получаемого жесткого наполненного пенополиуретана и оказывает положительное влияние на теплостойкость выпускаемых изделий. Указанный эффект достигается за счет взаимодействия полиизоцианата с кристаллизационной водой гипса. При этом образуются дополнительные полимочевинные составляющие пенополиуретана, приводящие к повышению прочностных характеристик данного материала.

В полиэфирполиол дополнительно может быть внесен антипирен, например трихлорэтилфосфат.

Способ осуществляют следующим образом.

Полиэфирполиол смешивают с расчетными количествами аминного активатора, вспенивателя, модифицирующей добавки, расширенного графита, предварительно смешанного с циануратом меламина и гипсом, и тщательно перемешивают до получения однородной массы. Затем приготовленную систему переносят в форму вместе с полиизоцианатом и интенсивно перемешивают в течение 10-15 с. Через примерно 15-20 мин готовый материал извлекают из формы. Далее проверяется его физические и механические характеристики.

Горючесть полученного пенополиуретана оценивали по ГОСТ 12.1.044-89, п.4.3, на приборе ОТМ.

Среднюю плотность материала оценивали по ГОСТ 17177-94.

Прочность при 10% деформации по ГОСТ 17177-94.

Водополголощение за 24 часа по ГОСТ 17177-94.

Теплостойкость по ГОСТ 15088-93.

В качестве полиэфирполиола используют, например, лапрол 564 (ТУ 2226-019-10488), полученный на основе окиси этилена и окиси пропилена с гидроксильным числом не более 110 мг К на 1 г полиэфирполиола и молекулярной массой 500-600.

В качестве полиизоцианата используют, например, Супросек 5005 или Супросек 2456 (фирма Хантсман, США), которые являются модифицированными производными смеси 4,4- и 2,4- изомеров дифенилметандиизоцианата.

Аминный активатор - диметилэтаноламин (ТУ 6-02-1086-91) или другие третичные амины.

Модификатор - глицерин (ГОСТ 6824-96) или многоатомные спирты.

Вспениватель - вода или фреоны.

Расширенный графит может быть использован, например, марки РГ-М (ТУ 5728-006-115907317-99), полученный обработкой графита серной кислотой с размером частиц не более 50-100 мкм.

Цианурат меламина - Э-ЦМ.

Антипирен - трихлоэтилфосфат ТХЭФ (ТУ 6-06-212-91).

Гипс - измельченный природный гипсовый камень (ГОСТ 4013-82).

Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение.

Пример №1.

В смеситель, снабженный мешалкой, загружают 30 г лапрола, 1,2 г воды, 0,3 г диметилдиэтаноламина, 4,5 г глицерина, 12,5 г расширенного графита, предварительно смешанного с 12,5 г цианурата меламина и 4 г гипса и перемешивают в течение 10 мин. Полученную однородную массу переносят в форму, добавляют 50 г полиизоционата и интенсивно перемешивают в течение 15 с (скорость мешалки 2700 об/мин). Смесь вспенивается и, после полного окончания подъема вспененной массы и ее отверждения (около 15 минут), образец извлекают и анализируют.

Аналогично приготовлены примеры 2-4. Примеры 5, 6 приготовлены для сравнения без добавления гипса (таблица 1).

Физико-механические характеристики образцов приведены в таблице 2.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить огнестойкий пенополиуретан с улучшенными характеристиками по прочности (до 0,2 МПа при 10% деформации) и теплостойкости (до 165°С).

Количество гипса более чем 50 вес.% приводит к значительному увеличению вязкости системы и уменьшению прочности ППУ-изделий. Уменьшение содержания гипса менее чем на 5 вес.% практически не влияет на теплостойкость и другие свойства ППУ-материала.