СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПОЛНЕННЫХ ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВ
METHOD OF OBTAINING COMPOUNDED FOAM POLYURETHANE

Изобретение относится к способу получения эластичных пенополиуретанов, предназначенных для работы в качестве амортизирующих, тепло- и звукоизоляционных слоев.
Известна композиция для изготовления амортизирующих пенополиуретанов и способ ее получения путем смешения полиэфирполиола с молекулярной массой в пределах 100-20000 при температуре 20-25°С с катализатором, поверхностно-активным веществом, полимерной увеличивающей клейкость смолой, пенообразователем и ароматическим полиизоцианатом, с последующем вспениванием в форме при температуре 20-50°С (пат. РФ 2291170, МКИ 7 C08L 75/08, C08G 18/48, C08J 9/00, 10.01.2007).
Однако этот способ не позволяет изготавливать наполненные пенополиуретаны.
Известна композиция и способ (пат. РФ 2152960, МКИ 7 C08G 18/69, C08L 75/12, C08G 18/69, C08G 101/00, 20.07.2000) для получения эластичного пенополиуретана путем смешения гидроксилсодержащего олигомера, изоцианатного компонента, катализатора, воды, пеностабилизатора и глицерина следующего состава, мас. ч.:
Сополимер бутадиена и пиперилена
с молекулярной массой 1200-3200 и
содержанием гидроксильных групп 0,8-1,1%
100
Полиметиленполифенилизоцианат с
содержанием изоцианатных групп 29-31%
23-46
Оловоорганический и/или
аминный катализатор
0,085-3,000
Вода
1,0-2,5
Пеностабилизатор - Ситанол ДС-10 на
основе продукта гидроксиэтилирования
высших жирных спиртов
0,2-0,8
Глицерин
0,5-4,0
2,6-Дитретбутил-4-метилфенол или
1,4-бензендиол
0,5-1,5
Недостатком такого способа является относительно высокая вязкость композиции, что не позволяет изготавливать наполненные пенополиуретаны.
Наиболее близким к предлагаемому является способ получения эластичных пенополиуретанов путем смешения полиольного компонента, полиизоцианатного компонента, вспенивающего вещества, включающего жидкий диоксид углерода, катализатор и, возможно, вспомогательные химические реагенты при давлении, достаточном для поддержания диоксида углерода в жидком состоянии, и понижение давления и взаимодействие смеси с получением эластичного пснополиурстана, в котором полиольный компонент включает полимерный полиол, включающий по крайней мере простой полиэфирполиол, имеющий среднюю номинальную функциональность по крайней мере 2,5, с диспергированными в нем от 2 до 50 мас.% полимерными частицами в расчете на общий вес полимерного полиола, при этом размер полимерных частиц не превышает 50 мкм (пат. РФ 2222552, МКИ 7 C08J 9/12, C08G 18/48, C08G 18/46, 27.01.2004).
Недостатком такого способа является сложность аппаратурного оформления, связанного с использованием жидкого диоксида углерода, и ограничение на применение полимерных наполнителей с более крупным размером частиц, например резиновой крошки, что в свою очередь приводит к получению пеноматериала с низкой величиной модуля сжатия.
Таким образом, известные способы не позволяют получать пенополиуретаны, содержащие грубодисперсные полимерные наполнители, что снижает их потребительские и эксплуатационные качества. Кроме того, известные способы получения пенополиуретанов требуют использования вспенивающих агентов.
Причинной, препятствующей достижению требуемого технического результата при использовании известных способов получения пенополиуретанов, является высокая вязкость наполненных композиций, которая составляет 25-300 Па·с. Как правило, вязкость композиций для получения пенополиуретанов составляет 5-12 Па·с.
В этой связи важной задачей является разработка нового способа получения наполненных пенополиуретанов, который позволил бы перерабатывать смеси, содержащие грубодисперсные полимерные наполнители и позволил отказаться от использования вспенивающих агентов.
Техническим результатом предлагаемого способа является возможность утилизации резиновой крошки, а именно получение наполненных пенополиуретанов с необходимым комплексом свойств, включающих в свой состав отходы резиновой промышленности, и отказ от дорогостоящих вспенивающих агентов.
Технический результат достигается тем, что проводят взаимодействие полиольного компонента с полиизоцианатным компонентом, при этом в качестве полиольного компонента используют сополимер бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 1200-3200 и содержанием гидроксильных групп 0,8-1,1%, а в качестве полиизоцианатного компонента полиметиленполифенилизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29-31%, причем полиольный компонент предварительно смешивают с резиновой крошкой и реакционную смесь вспенивают и отверждают при температуре от 160°С до температуры деструкции компонентов, входящих в состав, при следующем соотношении, мас. ч.:
Сополимер бутадиена и пиперилена
с молекулярной массой 1200-3200 и
содержанием гидроксильных групп 0,8-1,1%
100
Полиметиленполифенилизоцианат с
содержанием изоцианатных групп 29 - 31%
20
Резиновая крошка
70-100
Сущность изобретения заключается в том, что при нагревании реакционной смеси до 160°С и выше происходит существенное снижение вязкости смеси. При этом в реакционной смеси интенсивно протекают процессы десорбции растворенного в сополимере бутадиена и пиперилена газа, низкомолекулярных примесей и продуктов, образующихся при отверждении пенополиуретана, что обеспечивает вспенивание смеси. Образующиеся поперечные связи в ходе взаимодействия полиольного компонента с полиизоцианатным компонентом надежно фиксируют пористую структуру материала, обеспечивая получение наполненного пенополиуретана, включающего в свой состав отходы резиновой промышленности, а именно резиновую крошку.
В предлагаемом способе используют следующие компоненты.
В качестве гидроксилсодсржащего компонента используется каучук бутадиен-пипериленовый низкомолекулярный СКДП-Н (ТУ 2294-076-05766741-97). Соотношение мономеров 50:50, молекулярная масса 1200-3200, содержание гидроксильных групп 0,8-1,1%, динамическая вязкость при 20°С - 7-14 Па·с.
В качестве изоцианатного компонента используется полиметиленполифенилизоцианат, получаемый фосгенированием продукта конденсации анилина и формальдегида (ТУ 113-03-38-106-90), содержание изоцианатных групп 29-31%, содержание 4,4'-дифенилметандиизоцианата 50-60%. Могут быть использованы другие марки полиизоцианатов на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата.
Наполнитель - резиновая крошка, получаемая измельчением изношенных покрышек, ездовых камер, резины протекторной, изношенных шин, вулканизованных отходов производства (ТУ 38-00149438-48-92 «Резина дробленая») с размерами частиц 0,5-2,0 мм. Может быть использована и другая резиновая крошка, полученная измельчением вулканизованных резиновых отходов, в частности по ТУ 38-108015-87 «Резина дробленая для спортивных дорожек» или по ТУ 38-108035-97 «Резина дробленая марок РД, РДС, РДЖ».
Резиновую крошку берут в количестве 70-100 мас. ч. на 100 мас. ч. полиольного компонента, что является оптимальным при разработке эластичных материалов, содержащих грубодисперсные полимерные наполнители.
Способ получения наполненных пенополиуретанов осуществляют следующим образом. В смеситель загружают полиольный компонент и резиновую крошку. Продолжительность перемешивания 5-10 минут. В полученную суспензию вводят полиизоцианатный компонент и перемешивают до гомогенизации в течение 3-5 минут. Затем смесь заливают в подготовленную форму и выдерживают при температуре 160°С в течение 60 минут.
Образцы испытываются по ГОСТ 409-77 «Пластмассы ячеистые и резины губчатые. Метод определения кажущейся плотности», ГОСТ 11721-78 «Резина пористая. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении», ГОСТ 27110-86 «Резина. Метод определения эластичности по отскоку на приборе типа Шоба», ГОСТ 26605-93 «Полимерные эластичные ячеистые материалы. Определение зависимости напряжение-деформация при сжатии и напряжения сжатия».
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Готовят смеси в соответствии с табл.1. Вспенивание и отверждение композиций проводят при температуре 160°С в течение 60 минут. Физико-механические свойства полученных эластичных наполненных пенополиуретанов приведены в табл.2.
Пример 2. Готовят смесь состава 1 (табл.1), изменяя температуру и продолжительность вспенивания и отверждения композиции. Физико-механические свойства полученных пенополиуретанов приведены в табл.3.
Таблица 1
Состав композиций
По примерам
Наименования компонентов
1
2
3
4
5
Полиольный компонент
100
100
100
100
100
Полиизоцианатный компонент
20
20
20
20
20
Резиновая крошка
70
75
80
90
100
Таблица 2
Свойства композиций
Прототип
По примерам
Наименования показателей
(Пат.2222552)
1
2
3
4
5
Содержание полимерногонаполнителя,% (по полиолу)
10,5
41,2
42,9
44,4
47,4
50,0
Кажущаяся плотность,кг/м<sup>3</sup>
15,6
600
590
560
600
700
Относительное удлинениепри разрыве, %
110
75
70
70
65
70
Эластичность по отскоку,%
-
14
20
30
40
35
Условная прочность прирастяжении, кПа
92
80
90
100
100
80
Напряжение при 40%сжатии, кПа
2,9
5,3
5,6
6,1
6,2
5,8
Таблица 3
Свойства композиций по примеру 2
Наименования показателей
1
2
3
4
5
6
7
8
Температура вспенивания иотверждения, °С
160
160
160
160
170
170
170
155
Продолжительность вспенивания и отверждения, мин.
60
50
70
80
40
50
60
80
Кажущаяся плотность, кг/м<sup>3</sup>
600
_*
600
610
580
590
580
1180
Относительное удлинениепри разрыве, %
75
_*
75
70
80
75
80
110
Эластичность по отскоку, %
14
_*
15
15
14
14
20
35
Условная прочность прирастяжении, кПа
80
_*
79
82
75
80
80
100
Напряжение при 40%сжатии, кПа
5,3
_*
5,3
5,7
5,2
5,2
5,6
_**
Примечания:* - смесь не отверждается,**- материал является монолитным.
Из данных табл.2 и 3 видно, что реализация заявляемого способа возможна при температурах 160°С и выше. При проведении процесса при температурах ниже 160°С без специальных вспенивающих агентов получаются монолитные материалы.
Пенополиурстаны, полученные по примеру 1, имеют более высокую в 3,9-4,8 раза степень наполнения по сравнению с известным способом, являются эластичными пористыми материалами с более высоким (в 1,8-2,1 раза) напряжением при 40% сжатии по сравнению с известным способом. Верхний температурный предел получения пенополиуретанов по предлагаемому способу ограничен температурой деструкции ингредиентов, входящих в состав смеси.
Кроме того, использование заявляемого способа позволяет упростить состав и технологический процесс переработки смеси при изготовлении эластичного пеноматериала, поскольку из рецепта исключаются катализатор и вспенивающий агент, что снижает требования к допустимым временным интервалам смешения и формования пенополиуретановых композитов за счет увеличения живучести приготовленной смеси.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
способ, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, позволяет получать пористые материалы на основе наполненных смесей;
заявленное изобретение позволяет получать эластичные амортизирующие, тепло- и звукоизоляционные покрытия;
для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.