СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА
METHOD OF PRODUCING ARTICLE FROM FOAMED POLYURETHANE

Объект изобретения относится в целом к способу получения изделия из пенополиуретана. Более конкретно, объект изобретения относится к способу получения изделия из пенополиуретана, содержащего продукт взаимодействия смоляной композиции и изоцианата.
В строительной промышленности, транспорте и промышленности бытовых приборов и машин пенополиуретан применяют для изоляции структур. В качестве изоляции пенополиуретан функционирует как бесшовный и не требующий ремонта воздушный барьер, который обеспечивает множество преимуществ, таких как предотвращение инфильтрации влаги и роста плесени и снижение энергопотребления, например, снижение затрат на нагревание и/или охлаждение.
Как также известно в данной области техники, пенополиуретан образуется в результате экзотермической реакции смоляной композиции и изоцианатного компонента, т.е. полиуретановой системы. С коммерческой точки зрения, смоляная композиция, которая включает смесь полиолов, порообразователи, катализаторы и другие компоненты, поставляется в виде первого компонента, например, в виде А-стороннего компонента. Изоцианатный компонент, который взаимодействует со смоляной композицией, поставляется в виде второго компонента, например, Встороннего компонента. Смоляная композиция включает различные компоненты, например, реагенты, катализаторы, порообразователи, которые могут взаимодействовать с течением времени и понижать срок хранения смоляной композиции или предотвращать повторное ее использование. Поэтому смоляную композицию и изоцианатный компонент выбирают для оптимизации стабильности при хранении, потребительских свойств и способности к повторному использованию полиуретановой системы, а также для оптимизации эксплуатационных свойств изделия из пенополиуретана для конкретного применения.
Способ получения изделия из пенополиуретана включает стадию получения смоляной композиции. Смоляная композиция включает полиольный компонент, аминный компонент и порообразующий компонент. Порообразующий компонент включает гидрофторолефин и муравьиную кислоту. Также способ включает стадии соединения смоляной композиции, рециркулированной смоляной композиции и изоцианатного компонента с образованием реакционной смеси и выгрузку реакционной смеси с образованием изделия из пенополиуретана.
Раскрыта полиуретановая система, способ получения изделия из пенополиуретана с использованием полиуретановой системы и изделие из пенополиуретана. Изделие из пенополиуретана согласно настоящему изобретению как правило применяют для изоляции структур. В качестве изоляции изделие из пенополиуретана функционирует как бесшовный и не требующий ремонта воздушный барьер, который обеспечивает много преимуществ, таких как предотвращение инфильтрации влаги и роста плесени и снижение затрат на нагревание и охлаждение. Изделие из пенополиуретана образуется с помощью полиуретановой системы, содержащей смоляную композицию, порообразующий компонент и изоцианатный компонент. Полиуретановую систему выбирают для оптимизации эффективности использования и рабочих характеристик изделия из пенополиуретана для конкретного применения. Например, в случае применения изделия из пенополиуретана для изоляции структур компоненты полиуретановой системы выбирают так, чтобы оптимизировать потребительские и рабочие характеристики, например, изолирующие, адгезионные и другие свойства изделия из пенополиуретана, образованные из него.
В различных вариантах выполнения полиуретановая система предмета раскрытия описана как "вспененная" пеносистема. В таких вариантах выполнения "вспененный пеносостав" получают объединением потока, включающего смоляную композицию, включающую один или более полиолов, порообразующий компонент и другие добавки, например, из А-стороннего сосуда), с потоком, содержащим изоцианатный компонент (например, из В-стороннего сосуда), с образованием реакционной смеси, где порообразующий компонент достаточно и спонтанно испаряется, когда два объединенных потока подвергаются воздействию атмосферного давления при выгрузке из распределительной головки с получением пены. Таким образом, порообразующий компонент функционирует как пенообразователь. Следует понимать, что не весь порообразующий компонент необходимо немедленно выпаривать из/в реакционной смеси при выгрузке, но по меньшей мере количество, достаточное для получения пены при выгрузке из распределительной головки на субстрат.
Теперь со ссылкой на конкретные компоненты полиуретановой системы, смоляная композиция включает полиольный компонент, аминный катализатор и при необходимости рециркулированную смоляную композицию. В некоторых вариантах выполнения смоляная композиция также включает порообразующий компонент. Во многих вариантах выполнения смоляная композиция представляет собой янтарную жидкость, имеющую вязкость менее чем около 900, альтернативно от около 200 до около 800, альтернативно от около 300 до около 700, альтернативно от около 400 до около 600, альтернативно от около 450 до около 550 сПз при 25°С.
В типичном варианте выполнения смесь смоляной композиции (которая включает смоляную композицию, которая может включать рециркулированную смоляную композицию, образующую предыдущую генерацию, и объединенную рециркулированную смоляную композицию (например, в А-стороннем сосуде, как описано ниже), имеет вязкость менее чем около 900, альтернативно от около 200 до около 800, альтернативно от около 300 до около 700, альтернативно от около 400 до около 600, альтернативно от около 450 до около 550 сПз при 25°С.
Смоляная композиция включает полиольный компонент. Полиольный компонент включает один или более полиолов и как правило включает комбинацию полиолов. Полиол включает одну или более ОН функциональных групп, как правило по меньшей мере две ОН функциональные группы. Как правило, полиол выбирают из простых полиэфирполиолов, сложных полиэфирполиолов, простых/сложных полиэфирполиолов, биополиолов и их комбинаций, однако можно также использовать другие пол иолы. Различные полиолы и другие компоненты, которые можно включить в смоляную композицию объекта изобретения, изложены в патенте США №6534556, который включен в это описание в виде ссылки во всей своей полноте.
В некоторых вариантах выполнения полиольный компонент включают в смоляную композицию в количестве от около 30 до около 99, альтернативно от около 40 до около 95, альтернативно от около 50 до около 80, альтернативно от около 60 до около 70 массовых процентов в пересчете на общую массу смоляной композиции. Количество полиольного компонента может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило составляет как целые, так и дробные значения внутри этих интервалов. Кроме того, следует оценить, что в полиольный компонент можно включить более чем один полиол, в этом случае общее количество всех включенных полиолов находится внутри приведенных выше интервалов.
В некоторых вариантах выполнения полиольный компонент включает один или более простых полиэфирполиолов. В таких вариантах выполнения полиольный компонент включает один или более простых полиэфирполиолов сахарозы/глицерина, т.е. полиол, образованный с инициатором сахарозой и/или глицерином.
В некоторых вариантах выполнения полиольный компонент включает первый простой полиэфирполиол. Первый простой полиэфирполиол образуется из инициатора сахарозы и/или глицерина. Первый полиол как правило имеет: средне-численную молекулярную массу от около 400 до около 800, альтернативно от около 500 до около 700 г/моль; гидроксильное число от около 300 до около 500, альтернативно от около 350 до около 450 мг KOH/г; функциональность более чем 3, альтернативно от около 4 до около 5; и вязкость менее чем около 5000, альтернативно от около 3000 до около 4000 сПз при 25°С. Конечно, средне-численная молекулярная масса, гидроксильное число, функциональность и вязкость первого простого полиэфирполиола могут быть любым значением или интервалом значений, как целым, так и дробным, в пределах этих интервалов и значений, описанных выше, и/или могут варьироваться от значений и/или интервалов значений выше на ±5%, ±10%, ±15%, ±20%, ±25%, ±30%, и т.д.
В некоторых вариантах выполнения смоляная композиция включает от около 40 до около 50, альтернативно от около 30 до около 60 массовых процентов первого простого полиэфирполиола в пересчете на общую массу полиольного компонента. Количество первого простого полиэфирполиола может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило является как целыми, так и дробными значениями внутри этих интервалов.
В некоторых вариантах выполнения полиольный компонент включает второй простой полиэфирполиол. Второй простой полиэфирполиол также образуется из инициатора сахарозы и/или глицерина. Второй простой полиэфирполиол как правило имеет: средне-численную молекулярную массу от около 500 до около 800, альтернативно от около 600 до около 700 г/моль; гидроксильное число от около 300 до около 600, альтернативно от около 400 до около 500 мг KOH/г; функциональность более чем 4, альтернативно от около 5 до около 6; и вязкость более чем около 15000, альтернативно более чем около 30000, альтернативно от около 15000 до около 40000, альтернативно от около 30000 до около 40000 сПз при 25°С. Конечно, средне-численная молекулярная масса, гидроксильное число, функциональность и вязкость второго простого полиэфирполиола могут быть любым значением или интервалом значений, как целым, так и дробным, в пределах этих интервалов и значений, описанных выше, и/или могут варьироваться от значений и/или интервалов значений выше на ±5%, ±10%, ±15%, ±20%, ±25%, ±30%, и т.д.
В некоторых вариантах выполнения смоляная композиция включает от около 5 до около 40, альтернативно от около 10 до около 20 массовых процентов второго простого полиэфирполиола в пересчете на общую массу полиольного компонента. Количество второго простого полиэфирполиола может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило является как целыми, так и дробными значениями внутри этих интервалов.
В некоторых вариантах выполнения полиольный компонент включает третий простой полиэфирполиол. Третий простой полиэфирполиол как правило имеет: средне-численную молекулярную массу от около 500 до около 900, альтернативно от около 600 до около 800 г/моль; гидроксильное число от около 100 до около 400, альтернативно от около 200 до около 300 мг KOH/г; функциональность более чем 2, альтернативно от около 2 до около 4; и вязкость менее чем около 500, альтернативно от около 100 до около 300 сПз при 25°С. Конечно, средне-численная молекулярная масса, гидроксильное число, функциональность и вязкость третьего простого полиэфирполиола могут быть любым значением или интервалом значений, как целым, так и дробным, в пределах этих интервалов и значений, описанных выше, и/или могут варьироваться от значений и/или интервалов значений выше на ±5%, ±10%, ±15%, ±20%, ±25%, ±30%, и т.д.
В некоторых вариантах выполнения смоляная композиция включает от около 5 до около 40, альтернативно от около 10 до около 20 массовых процентов третьего простого полиэфирполиола в пересчете на общую массу полиольного компонента. Количество третьего простого полиэфирполиола может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило является как целыми, так и дробными значениями внутри этих интервалов.
В некоторых вариантах выполнения полиольный компонент включает сложный полиэфирполиол. Сложным полиэфиром полиола является как правило ароматический сложный полиэфирполиол. Сложный полиэфирполиол как правило имеет: средне-численную молекулярную массу от около 500 до около 900, альтернативно от около 600 до около 800 г/моль; гидроксильное число от около 100 до около 400, альтернативно от около 200 до около 300 мг KOH/г; функциональность более чем 2, альтернативно от около 2 до около 3; и вязкость от около 1500 до около 15000, альтернативно от около 4000 до около 15000, альтернативно от около 6000 до около 15000, альтернативно от около 8000 до около 14000, альтернативно от около 10000 до около 14000 сПз при 25°С. Конечно, средне-численная молекулярная масса, гидроксильное число, функциональность и вязкость сложного полиэфирполиола могут быть любым значением или интервалом значений, как целым, так и дробным, в пределах этих интервалов и значений, описанных выше, и/или могут варьироваться от значений и/или интервалов значений выше на ±5%, ±10%, ±15%, ±20%, ±25%, ±30%, и т.д.
В некоторых вариантах выполнения смоляная композиция включает от около 5 до около 50, альтернативно от около 15 до около 25 массовых процентов сложного полиэфирполиола в пересчете на общую массу полиольного компонента. Количество сложного полиэфирполиола может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило является как целыми, так и дробными значениями внутри этих интервалов.
В некоторых вариантах выполнения полиольный компонент включает полученный из биологического сырья полиол, такой как глицерин или касторовое масло. Как продемонстрировано выше, могут варьироваться средне-численная молекулярная масса, гидроксильное число и функциональность полиола. Как таковые, полиолы, на которые выше даны ссылки, являются иллюстративными по своим характеристикам и не расцениваются как ограничивающие.
В различных предпочтительных вариантах выполнения полиольный компонент включает первый простой полиэфирполиол и второй простой полиэфирполиол. В таких вариантах выполнения первый и второй простые полиэфирполиолы присутствуют в соотношении от около 1:1 до около 5:1, альтернативно от около 1:2 до около 1:4. В таких предпочтительных вариантах выполнения полиольный компонент может также включать третий простой полиэфирполиол и сложный полиэфирполиол.
Во многих вариантах выполнения смоляная композиция включает рециркулированную смоляную композицию. Рециркулированная смоляная композиция представляет собой компонент смоляной композиции и отличается от нее. В самом широком смысле рециркулированную смоляную композицию можно определить как любую смоляную композицию, которую получили перед получением смоляной композиции, в которую ее включают. Как таковая, рециркулированная смоляная композиция представляет собой любую неиспользованную или лишнюю смоляную композицию, которая была получена перед получением смоляной композиции. В некоторых вариантах выполнения рециркулированная смоляная композиция образуется более чем около 2, альтернативно более чем около 3, альтернативно более чем около 4, альтернативно более чем около 5, альтернативно более чем около 6, альтернативно более чем около 7, альтернативно более чем около 8, альтернативно более чем около 9 месяцев перед образованием смоляной композиции, т.е. перед стадией смешения компонентов смоляной композиции вместе с образованием смоляной композиции. В качестве примера, рециркулированная смоляная композиция может быть неиспользованной смоляной композицией, которая остается в А-стороннем сосуде, когда сосуд повторно заполняют "новой" или "свежей" смоляной композицией. Говоря другими словами, рециркулированная смоляная композиция может быть лишней смоляной композицией из предыдущего применения А-стороннего сосуда, применение которого является экологически и коммерчески экономичным.
Во многих вариантах выполнения в смоляную композицию можно включить одну или более генераций рециркулированной смоляной композиции. Например, смоляную композицию и рециркулированную смоляную композицию можно перемешать и поставить потребителю в А-стороннем сосуде. Эта смесь может упоминаться как "смесь смоляных композиций". После однократного применения А-сторонний сосуд возвращается со смесью смоляной композиции и рециркулированной смоляной композиции, остающейся в А-стороннем сосуде. После однократного возврата смоляная композиция представляет собой просто "рециркулированную смоляную композицию", которая включает, в этом примере, две генерации рециркулированной смоляной композиции, т.е., две отличающиеся генерации ранее полученной смоляной композиции. Смоляную композицию можно образовать и затем объединить с этой рециркулированной смоляной композицией и поставить потребителю в А-стороннем сосуде. После однократного объединения этот А-сторонний сосуд включает две генерации рециркулированной смолы. Такая рециркуляция может продолжаться и продолжаться с применением множественных генераций рециркулированной смолы, включенных в А-сторонний сосуд. В такой ситуации количество каждой прогрессирующей генерации смоляной композиции, которую рециркулирют и поставляют в А-стороннем сосуде, становится все меньше и меньше. В конце концов, достигается равновесие по отношению к количеству рециркулированной смолы, которую объединяют со смоляной композицией и в этом примере включают в А-сторонний сосуд. Говоря другими словами, стабилизируется количество рециркулированной смолы, которую объединяют со смоляной композицией (свежей смолой) в А-стороннем сосуде.
Рециркулированный образец, изложенный в предыдущем параграфе, является иллюстративным по своим характеристикам. Рециркулированную смоляную композицию также можно генерировать как "оставшуюся" или "избыточную" смоляную композицию, которую получают в промышленных процессах получения смоляной композиции и заполнения сосудов. Подобно ситуации, приведенной выше, рециркулированная смоляная композиция, генерированная в промышленных процессах, становится рециркулированной смоляной композицией, которую можно смешивать с другой "свежей" порцией смоляной композиции.
Преимущественно смоляную композицию составляют таким образом, чтобы смесь смоляной композиции и рециркулированной смоляной композиции (например, смесь смоляных композиций) обладала превосходным сроком хранения. То есть, смесь смоляных композиций (включая одну или более генераций рециркулированной смолы) проявляет совместимые технологические характеристики и сохраняет совместимую реакционноспособность, которая учитывает совместимое образование изделия из пенополиуретана, обладающего превосходными физическими свойствами.
В некоторых вариантах выполнения смоляная композиция включает от около 0,1 до около 10, альтернативно от около 0,1 до около 8, альтернативно от около 0,1 до около 6 массовых процентов рециркулированной смоляной композиции в пересчете на общую массу смоляной композиции. Количество рециркулированной смоляной композиции может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило является как целыми, так и дробными значениями внутри этих интервалов. Дополнительно, как изложено выше, следует учитывать, что в смоляную композицию можно включить более чем один тип или генерацию рециркулированной смоляной композиции, в этом случае общее количество всей включенной рециркулированной смоляной композиции находится внутри приведенных выше интервалов.
В различных альтернативных вариантах выполнения смоляную композицию и рециркулированную смоляную композицию отделяют друг от друга и объединяют позже с образованием смеси смоляных композиций, и затем объединяют смесь смоляных композиций и изоцианатный компонент (описан ниже). В таких вариантах выполнения смесь смоляных композиций включает от около 0,1 до около 10, альтернативно от около 0,1 до около 8, альтернативно от около 0,1 до около 6 массовых процентов рециркулированной смоляной композиции в пересчете на общую массу смоляных композиций.
В других альтернативных вариантах выполнения смоляную композицию, рециркулированную смоляную композицию и изоцианатный компонент хранят отдельно до стадии объединения и последующего получения изделия из пенополиуретана. В таких вариантах выполнения смоляная композиция включает от около 0,1 до около 10, альтернативно от около 0,1 до около 8, альтернативно от около 0,1 до около 6 массовых процентов рециркулированной смоляной композиции на основе объединенной массы смоляной композиции и рециркулированной смоляной композиции. Количество рециркулированной смоляной композиции может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило является как целыми, так и дробными значениями внутри этих интервалов. Дополнительно, следует оценить, что можно использовать более чем один тип рециркулированной смоляной композиции, в этом случае общее количество всей рециркулированной смоляной композиции находится внутри приведенных выше интервалов.
Смоляная композиция включает порообразующий компонент. Порообразующий компонент содержит порообразователи, которые включают в смоляную композицию. Порообразующий компонент включает гидрофторолефин (HFO) и муравьиную кислоту, и во многих вариантах выполнения порообразующий компонент также включает воду. В некоторых вариантах выполнения порообразующий компонент включают в смоляную композицию в количестве от около 1 до около 45, альтернативно от около 5 до около 30, альтернативно от около 10 до около 20 массовых процентов в пересчете на общую массу смоляной композиции. Количество порообразующего компонента может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило является как целыми, так и дробными значениями внутри этих интервалов. Дополнительно, следует оценить, что в порообразующий компонент можно включить более чем один порообразователь, в этом случае общее количество всех включенных порообразователей находится внутри приведенных выше интервалов.
Как изложено выше, порообразующий компонент включает HFO. HFO представляют собой химические соединения, содержащие атомы водорода, фтора и углерода. HFO различают от гидрофторуглеродов (HFC) тем, что они являются производными алкенов (олефинов), а не алканов. В некоторых вариантах выполнения HFO выбирают из группы из транс-1-хлор-3,3,3-трифторпропена, 2,3,3,3-тетрафторпропена, 1,3,3,3-тетрафторпропена и их комбинаций. В предпочтительном варианте выполнения HFO представляет собой или содержит транс-1-хлор-3,3,3-трифторпропен. В некоторых вариантах выполнения порообразователь включает от около 30 до около 95, альтернативно от около 70 до около 90 массовых процентов HFO, например, транс-1-хлор-3,3,3-трифторпропена, в пересчете на общую массу порообразователя. Количество HFO может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило является как целыми, так и дробными значениями внутри этих интервалов.
HFO являются физическими порообразователями. Полагают, что включение одного или более физических порообразователей в порообразующий компонент понижает теплопроводность покрытия из пенополиуретана. Физические порообразователи как правило закипают при температуре экзотермического пенообразования или менее, предпочтительно при около 50°С или менее. Смоляная композиция может включать дополнительные физические порообразователи. Предпочтительные дополнительные физические порообразователи включают такие, которые обладают нулевым потенциалом озонного истощения. Примеры физических порообразователей включают летучие негалогенированные углеводороды, содержащие от двух до семи атомов углерода, такие как алканы, алкены, циклоалканы, содержащие до 6 атомов углерода, простой диалкильный эфир, сложные циклоалкиленовые эфиры и кетоны, и HFC. Применимые дополнительные физические порообразователи для целей раскрытия объекта изобретения могут включать HFC, хлорфтороуглероды (СFC), углеводороды и их комбинации.
Порообразующий компонент также включает муравьиную кислоту, химический порообразователь. В некоторых вариантах выполнения порообразующий компонент включает от 1 до около 20, альтернативно от около 5 до около 15 массовых процентов муравьиной кислоты в пересчете на общую массу порообразующего компонента. Количество муравьиной кислоты может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило является как целыми, так и дробными значениями внутри этих интервалов. Полагают, что муравьиная кислота, включенная в порообразующий компонент, понижает химическое взаимодействие между HFO, таким как транс-1-хлор-3,3,3-трифторпропен, и аминным катализатором и разложение аминного катализатора в результате этого взаимодействия. Без связи с теорией, полагают, что включение муравьиной кислоты в комбинации с другими заявленными компонентами увеличивает стабильность при хранении и рециркулированность смоляной композиции.
Смоляная композиция может включать дополнительные химические порообразователи. Во многих вариантах выполнения порообразователь также включает химический порообразователь, такой как воду. В случае включения воды порообразующий компонент включает от около 1 до около 20, альтернативно от около 5 до около 15 массовых процентов воды в пересчете на общую массу порообразующего компонента. Количество воды может варьироваться за пределами приведенных выше интервалов, но как правило является как целыми, так и дробными значениями внутри этих интервалов.
Смоляная композиция включает один или более катализаторов. Катализатор, как правило, присутствует в смоляной композиции для катализа экзотермической реакции между смоляной композицией и изоцианатом. Следует оценить, что катализатор как правило не потребляется в экзотермической реакции между смоляной композицией и изоцианатным компонентом. Катализатор может включать любой применимый катализатор или смеси катализаторов, известных в данной области техники. Примеры применимых катализаторов включают, но не ограничиваются ими, катализаторы желатинизации, например, аминные катализаторы в дипропиленгликоле; порообразующие катализаторы, например, простой бис(диметиламиноэтиловый) эфир в дипропиленгликоле; и металлические катализаторы, например, олово, висмут, свинец и т.д. В случае включения катализатор можно включить в различных количествах.
Смоляная композиция как правило включает аминный катализатор. Применимые аминные катализаторы для целей настоящего изобретения включают, но не ограничиваются ими, каталитические амины, такие как первичные, вторичные и третичные, циклические и ациклические каталитические амины.
В дополнение к катализатору смоляная композиция необязательно включает поверхностно-активное вещество. Поверхностно-активное вещество как правило поддерживает гомогенизацию порообразователя и полиола и регулирует пористую структуру пенополиуретана. Поверхностно-активное вещество может включать любое применимое поверхностно-активное вещество или смеси поверхностно-активных веществ, известных в данной области техники. Неограничивающие примеры применимых поверхностно-активных веществ включают различные кремнийсодержащие поверхностно-активные вещества, соли сульфоновых кислот, например, соли щелочных металлов и/или аммония олеиновой кислоты, стеариновой кислоты, додецилбензол- или динафталинметан-дисульфоновой кислоты и рицино-леиновой кислоты, стабилизаторы пены, такие как сополимеры силокса-ноксиалкиленов и другие органосилоксаны, оксиэтилированные а л кил фенолы, оксиэтилированные жирные спирты, парафиновые масла, касторовое масло, сложные эфиры касторового масла и сложные эфиры рицино-леиновой кислоты, и регуляторы пор, такие как парафины, жирные спирты и диметилполисилоксаны. В некоторых вариантах выполнения поверхностно-активное вещество имеет вязкость от около 300 до около 2500 сПз при 25°С. В предпочтительном варианте выполнения смоляная композиция включает поверхностно-активное вещество кремнийорганический сополимер, имеющий вязкость от около 1800 до около 2500 сПз при 25°С. В случае включения поверхностно-активное вещество можно включить в смоляную композицию в различных количествах.
В дополнение к поверхностно-активному веществу смоляная композиция необязательно включает антипирен. Антипирен может включать любой применимый антипирен или смесь антипиренов, известных в данной области техники. Неограничивающие примеры применимых антипиренов включают трикрезилфосфат, трис(2-хлорэтил)фосфат, трис(2-хлорпропил)фосфат (ТСРР), трис(2,3-дибромпропил)фосфат, красный фосфор, гидроксид алюминия, триоксид сурьмы, оксид мышьяка, полифосфат аммония и сульфат кальция, триоксид молибдена, молибдат аммония, фосфат аммония, пентабромдифенилоксид, 2,3-дибромпропанол, гексабромциклододекан, дибромэтилдибромциклогексан, вспениваемый графит или производные циануровой кислоты, меламин и кукурузный крахмал. В предпочтительном варианте выполнения смоляная композиция включает ТСРР. В случае присутствия антипирен можно включать в смоляную композицию в различных количествах.
Смоляная композиция необязательно включает одну или более добавок. Добавка может включать любую применимую добавку или смесь добавок, известных в данной области техники. Применимые добавки для целей настоящего раскрытия включают, но не ограничиваются ими, удлинители цепей, красители, индикаторные красители, сшивающие агенты, агенты обрыва цепей, технологические добавки, усилители адгезии, антиоксиданты, противопенные добавки, пеногасители, нейтрализаторы воды, молекулярные сита, высокодисперсные оксиды кремния, стабилизаторы ультрафиолетового излучения, наполнители, тиксотропные добавки, силиконы, пигменты, инертные разбавители и их комбинации. Конечно, добавки также включают катализаторы и поверхностно-активные вещества, известные в данной области техники, но не описанные выше. В случае включения добавку можно включить в смоляную композицию в различных количествах.
В различных вариантах выполнения смоляная композиция как правило имеет вязкость менее чем около 900, альтернативно от около 300 до около 700, альтернативно от около 400 до около 600 сПз при 25°С. Как упоминалось выше, так как смоляная композиция является химически стабильной, ее можно рециклизировать, и она обладает превосходным сроком годности. Срок годности можно определить как период жизни, в течение которого смоляная композиция продуцирует пену, имеющую стабильные свойства, и/или период времени, в течение которого компоненты смоляной композиции являются стабильными. С практической точки зрения срок хранения представляет собой период жизни, в течение которого качество пены, продуцированной с помощью смоляной композиции, не ухудшается до предварительно определенной степени (т.е. пена, продуцированная с помощью смолы, удовлетворяет определенным требованиям качества). В связи с этим, во многих вариантах выполнения смоляная композиция имеет период жизни более чем около 4, альтернативно более чем около 5, альтернативно более чем около 6, альтернативно более чем около 7, альтернативно более чем около 8 месяцев при хранении при 25°С. Говоря другими словами, смоляную композицию можно сохранять в течение 4, 5, 6, 7, 8 или даже более месяцев, и ее компоненты, например, аминный катализатор и транс-1-хлор-3,3,3-трифторпропен, и другие компоненты, не взаимодействуют химически или иным образом с понижением реакционной способности смолы и отрицательно не воздействуют на свойства изделия из полипеноуретана, образованного из нее.
Полиуретановая система согласно настоящему изобретению также включает изоцианатный компонент. Изоцианатный компонент включает один или более типов изоцианата. В изоцианатный компонент можно включить любую комбинацию различных типов изоцианатов, описанных в этом описании. Изоцианат может представлять собой полиизоцианат, содержащий две или более функциональные группы, например, две или более NCO функциональные группы. Применимые изоцианаты для целей настоящего раскрытия включают, но не ограничиваются ими, алифатические и ароматические изоцианаты. В различных вариантах выполнения изоцианат выбирают из группы из дифенилметандиизоцианатов (MDI), полимерных дифенилметандиизоцианатов (pMDI), толуолдиизоцианатов (TDI), гексаметилендиизоцианатов (HDI), изофорондиизоцианатов (IPDI) и их комбинаций.
Изоцианатом может быть изоцианатный форполимер. Изоцианатный форполимер как правило представляет собой продукт взаимодействия изоцианата и полиола и/или полиамина. Изоцианатом, примененным в форполимере, может быть любой изоцианат, описанный выше. Полиол, применяемый для получения форполимера, как правило выбирают из группы из этиленгликоля, диэтиленгликоля, пропиленгликоля, дипропиленгликоля, бутандиола, глицерина, триметилолпропана, триэтаноламина, пентаэритрита, сорбита, биополиолов и их комбинаций. Полиамин, применяемый для получения форполимера, как правило выбирают из группы из этилендиамина, толуолдиамина, диаминодифенилметана и полиметиленполифениленполиаминов, аминоспиртов и их комбинаций. Примеры применимых аминоспиртов включают этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин и их комбинации.
Конкретные толуолдиизоцианат; 4,4'-дифенилметандиизоцианат; м-фенилендиизоцианат; 1,5-нафталиндиизоцианат; 4-хлор-1;3-фенилендиизоцианат; тетраметилендиизоцианат; гексаметилендиизоцианат; 1,4-дициклогексилдиизоцианат; 1,4-циклогексилдиизоцианат, 2,4,6-толуилентриизоцианат, 1,3-диизопропилфенилен-2,4-диизоцианат; 1-метил-3,5-диэтилфенилен-2,4-диизоцианат; 1,3,5-триэтилфенилен-2,4-диизоцианат; 1,3,5-триизопропил-фенилен-2,4-диизоцианат; 3,3-диэтил-бисфенил-4,4'-диизоцианат; 3,5,3',5'-тетраэтил-дифенилметан-4,4'-диизоцианат; 3,5,3',5'-тетраизопропилдифенилметан-4,4'-диизоцианат; 1-этил-4-этокси-фенил-2,5-диизоцианат; 1,3,5-триэтил бензол-2,4,6-триизоцианат; 1-этил-3,5-диизопропил бензол-2,4,6-триизоцианат и 1,3,5-триизопропил бензол-2,4,6-триизоцианат.
В предпочтительном варианте выполнения изоцианатный компонент включает MDI и pMDI. В другом предпочтительном варианте выполнения изоцианатный компонент состоит по существу из MDI и pMDI. В еще одном предпочтительном варианте выполнения изоцианатный компонент состоит из MDI и pMDI. Во многих вариантах выполнения изоцианатный компонент представляет собой темно-коричневую жидкость, имеющую вязкость менее чем около 600, альтернативно от около 100 до около 500, альтернативно от около 100 до около 400, альтернативно от около 100 до около 300, альтернативно от около 150 до около 250 сПз при 25°С.
Также раскрытие объекта изобретения предоставляет способ получения изделия из пенополиуретана. Способ получения изделия из пенополиуретана включает стадии: получения смоляной композиции; объединения смоляной композиции, рециркулированной смоляной композиции и изоцианатного компонента с образованием реакционной смеси; и выгрузку реакционной смеси с образованием изделия из пенополиуретана. Смоляная композиция, рециркулированная смоляная композиция и изоцианатный компонент являются такими, как описано выше.
2
2
В предпочтительном варианте выполнения способ включает стадии предоставления смоляной композиции (включающей рециркулированную смоляную композицию) в А-стороннем сосуде, предоставления изоцианатного компонента в В-стороннем сосуде, объединения смоляной композиции с изоцианатным компонентом с образованием реакционной смеси и выгрузку реакционной смеси с образованием пенополиуретана. В различных предпочтительных вариантах выполнения А-сторонний сосуд имеет давление менее чем около 700, альтернативно от около 300 до около 600, альтернативно от около 400 до около 600, альтернативно от около 450 до около 550 фунт/дюйм (анг. psi) при 25°С. В различных предпочтительных вариантах выполнения В-сторонний сосуд имеет давление менее чем около 700, альтернативно от около 300 до около 600, альтернативно от около 400 до около 600, альтернативно от около 450 до около 550 фунт/дюйм при 25°С.
В одном варианте выполнения непрореагировавшие смоляная композиция и изоцианатный компонент поставляются в А-стороннем и В-стороннем контейнере, компоненты которого вместе упоминаются как полиуретановая система и являются такими, как описано выше. Как правило, А-сторонний и В-сторонний контейнер, т.е. полиуретановая система, поставляются вместе. Компоненты полиуретановой системы выбирают для обеспечения эффективности использования и желательных эксплуатационных свойств изделия из пенополиуретана для конкретного применения. Например, в случае применения изделия из пенополиуретана для изоляции структур выбирают компоненты полиуретановой системы для предоставления полиуретановой системы, имеющей надежность в эксплуатации, стабильность смоляной композиции и рециркулированность, и т.д., и также выбирают для предоставления изделия из пенополиуретана, имеющего желательные изоляционные, адгезионные и другие свойства.
В некоторых вариантах выполнения способ включает стадию смешивания полиольного компонента, аминного катализатора, рециркулированной смоляной композиции и порообразующего компонента перед стадией предоставления смоляной композиции в А-стороннем сосуде. В таких вариантах выполнения рециркулированная смоляная композиция образуется более чем за около 2, альтернативно более чем около 3, альтернативно более чем около 4, альтернативно более чем около 5, альтернативно более чем около 6, альтернативно более чем около 7, альтернативно более чем около 8, альтернативно более чем около 9 месяцев перед стадией смешивания компонентов смоляной композиции вместе с образованием смоляной композиции.
Как также изложено выше, способ также включает стадию объединения смоляной композиции, рециркулированной смоляной композиции и изоцианатного компонента. В предпочтительном варианте выполнения способ также включает стадию объединения смоляной композиции, включающей в себя рециркулированную смоляную композицию, с изоцианатным компонентом. В некоторых вариантах выполнения стадия объединения дополнительно определяется как объединение сначала смоляной композиции и рециркулированной смоляной композиции с образованием смеси смоляных композиций и затем объединение смеси смоляных композиций и изоцианатного компонента с образованием реакционной смеси. В предпочтительном варианте выполнения способ включает стадию нагревания смоляной композиции, включающей рециркулированную смоляную композицию (или смесь смоляных композиций или каждую из смоляной композиции и рециркулированной смоляной композиции) и изоцианата до температуры от около 20°С до около 35°С, и более предпочтительно до температуры от около 24°С до около 30°С, перед стадией объединения смоляной композиции с изоцианатом в присутствии порообразователя с образованием реакционной смеси. Смоляную композицию и изоцианат можно объединить любым механизмом, известным в данной области техники, с образованием реакционной смеси. Как правило, стадию объединения проводят в смесительной аппаратуре, такой как статический смеситель, камера ударного смешения или смесительный насос. В предпочтительном варианте выполнения стадию объединения проводят в статической смесительной головке. Стадия объединения может включать различные процессы, известные в данной области техники, такие как распылительные процессы или формование. В случае формования многие варианты выполнения полиуретановой системы формуют в форме, имеющей температуру от около 25 до около 40°С.
Как правило, смоляную композицию/полиольный компонент и изоцианатный компонент объединяют при изоцианатном индексе от около 75 до около 140, альтернативно от около 80 до около 130, альтернативно от около 90 до около 130, альтернативно от около 90 до около 120, альтернативно от около 105 до около 120, альтернативно от около 105 до около 115. Во многих вариантах выполнения смоляную композицию и изоцианатный компонент объединяют при массовом отношении от около 0,6:1 до около 1,1:1.
2
Как указано выше, способ включает стадию выгрузки реакционной смеси с образованием изделия из пенополиуретана. Реакционную смесь можно выгрузить посредством различных технологий, таких как распыление, разливка или формование. В некоторых вариантах выполнения реакционную смесь выгружают при давлении от около 150 до около 1000, альтернативно от около 300 до около 600, альтернативно от около 150 до около 600, альтернативно от около 200 до около 300 фунт/дюйм. В некоторых вариантах выполнения реакционную смесь выгружают со скоростью от около 1 до около 600, альтернативно от около 1 до около 120, альтернативно от около 1 до около 40, альтернативно от около 3 до около 40, альтернативно от около 4 до около 20, альтернативно от около 6 до около 15 фунт/мин. Предполагается, что реакционную смесь можно выгрузить при любой комбинации давлений или скоростей или интервалов давлений или скоростей внутри интервалов, изложенных выше.
Подобно компонентам полиуретановой системы конкретную технологию выгрузки/использования выбирают для оптимизации эффективности использования и эксплуатационных свойств изделия из пенополиуретана для конкретного применения. Незначительные вариации в технологии использования влияют на эксплуатационные свойства изделия из пенополиуретана. Следовательно, для определенных технологий использования часто изложены определенные рекомендации.
3
3
2
2
Также к объектам изобретения относится изделие из пенополиуретана. В различных вариантах выполнения изделие из пенополиуретана имеет общую плотность от около 1,8 до около 3, альтернативно от около 1,6 до около 2,8, альтернативно от около 2,3 до около 2,35 фунт/фт (фунтов на куб. фут), и плотность сердцевины от около 1,9 до около 2,1, альтернативно от около 1,9 до около 2,1, альтернативно от около 1,95 до около 2,05 фунт/фут при тестировании в соответствии с ASTM D-1622. В других вариантах выполнения изделие из пенополиуретана имеет сопротивление сжатию в параллельном направлении при 10% отклонении более чем около 10, альтернативно от около 15 до около 45, альтернативно от около 15 до около 25 фунт/дюйм, и имеет сопротивление сжатию в перпендикулярном направлении при 10% отклонении более чем около 10, альтернативно от около 10 до около 35, альтернативно от около 15 до около 25 фунт/дюйм при тестировании в соответствии с ASTM D-1621.
2
2
Как изложено выше, изделие из пенополиуретана часто используют в качестве изоляционного материала. В связи с этим, многие варианты выполнения изделия из пенополиуретана имеют первоначальный К-фактор менее чем около 0,25, альтернативно менее чем около 0,16, альтернативно менее чем около 0,13 BTU-дюйм/ч/фт/°F при тестировании в соответствии с ASTM С-518. Дополнительно многие варианты выполнения изделия из пенополиуретана имеют водопоглощение менее чем около 0,1, альтернативно менее чем около 0,03 фунт/фт при тестировании в соответствии с ASTM D-2842.
Изделие из пенополиуретана может быть твердым или гибким вспененным изделием, но как правило оно является твердым вспененным изделием. Как таковой, термин "твердая" пена как правило включает гибкие пены. Неограничивающие примеры различных физических свойств, которые можно измерить для характеристики твердого вспененного изделия многих вариантов выполнения, включают плотность, сопротивление сжатию, модуль сжатия, поток воздуха (его отсутствие), удлинение, прочность при растяжении и т.д. В некоторых вариантах выполнения подразумевают, что термин изделие из "твердой пены" описывает пену, имеющую высокое отношение сопротивления сжатию к прочности при растяжении, например, около 0,5:1 или более, и удлинение, равное около 10 процентов или менее. В некоторых вариантах выполнения изделие из пенополиуретана является изделием из твердой пены, имеющей содержание закрытых пор более чем около 80, альтернативно более чем около 85, альтернативно более чем около 90 процентов закрытых пор.
Следующий пример предназначен для иллюстрации изобретения, и его не следует рассматривать каким либо образом как ограничивающий объем изобретения.
ПРИМЕР
Полиуретановая пена примера 1 представлена в соответствии с настоящим изобретением. Как дополнительно описано ниже, Смоляная Композиция 1 взаимодействует с Изоцианатным Компонентом 1 с образованием изделия из пенополиуретана примера 1. Смоляная Композиция 1 описана сразу же ниже в таблице 1.
Полиол А представляет собой простой полиэфирполиол на основе сахарозы/глицерина, имеющий номинальную функциональность, равную 4,0, гидроксильное число, равное 368 мг KOH/г, и вязкость, равную 3500 сПз при 25°С.
Полиол В представляет собой простой полиэфирполиол на основе сахарозы/глицерина, имеющий номинальную функциональность, равную 5,5, гидроксильное число, равное 470 мг KOH/г, и вязкость, равную 35000 сПз при 25°С.
Полиол С представляет собой модифицированный ароматический сложный полиэфирполиол, имеющий номинальную функциональность, равную 2,3, гидроксильное число, равное 258 мг KOH/г, и вязкость, равную 12000 сПз при 25°С.
Полиол D представляет собой трифункциональный простой полиэфирполиол, на основе глицерина, образованный добавлением пропиленоксида к глицерину, имеющий номинальную функциональность, равную 3, гидроксильное число, равное 430 мг KOH/г, и вязкость, равную 270 сПз при 25°С.
Антипирен А представляет собой трис(1-хлор-2-пропил)фосфат.
Поверхностно-активное вещество А представляет собой сополимерное поверхностно-активное вещество на основе кремния.
Катализатор А представляет собой порообразующий катализатор.
Катализатор В представляет собой третичный аминный катализатор.
Катализатор С представляет собой раствор октоата натрия в диэтиленгликоле.
Порообразователь А представляет собой муравьиную кислоту.
Порообразователь В представляет собой воду.
Порообразователь С представляет собой транс-1-хлор-3,3,3-трифторпропен.
Изоцианатный компонент А представляет собой смесь дифенилметандии-зоцианата и полимерного дифенилметандиизоцианата.
3
Смоляную композицию 1 и Изоцианатный компонент 1 нагревают до 80°F. Сразу же после нагревания Смоляную композицию 1 и Изоцианатный компонент 1 объединяют в массовом соотношении, равном 1:1, с образованием реакционной смеси, которую выгружают в форму, имеющую температуру, равную 90°С. Реакционная смесь имеет время гелеобразования, равное 80 секунд, время отлипания, равное 140 секунд, и плотность свободной пены, равную 1,6 фунт/фт. Соответственно, образуется изделие из пенополиуретана согласно примеру 1. Испытательную панель размером 2 фт. X 2 фт. X 2,5 дюйм, содержащую изделие из пенополиуретана согласно примеру 1, тестируют на различные физические свойства. Результаты тестирования представлены ниже в таблице 2.
Преимущественно, смоляная композиция 1 имеет срок хранения более чем 8 месяцев. Дополнительно, смоляную композицию 1, которая включает содержание рециркулированной смолы, можно применять для получения изделия из пенополиуретана согласно примеру 1, которое проявляет превосходные изолирующие и водопоглощающие свойства.
Следует понимать, что прилагаемая формула изобретения не является ограниченной при выражении конкретных соединений, композиций или способов, описанных в подробном описании, которые могут видоизменяться между конкретными вариантами выполнения, которые попадают в пределы объема прилагаемой формулы изобретения. По отношению к любым группам Маркуша, обоснованным здесь для описания конкретных признаков или аспектов разнообразных вариантов выполнения, следует иметь в виду, что различные особенные и/или неожиданные результаты могут быть получены для каждого элемента соответствующей группы Маркуша независимо от других элементов Маркуша. Каждый элемент группы Маркуша может быть обоснован индивидуально и/или в комбинации и обеспечивает необходимое подтверждение для конкретных вариантов выполнения в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
Также следует понимать, что любые интервалы и поддиапазоны, обоснованные при описании разнообразных вариантов выполнения настоящего изобретения, независимо и совместно попадают в пределы объема прилагаемой формулы изобретения, и следует понимать, что они описывают и предусматривают все интервалы, включающие их целые и/или дробные значения, даже если такие значения не прописаны здесь выраженным образом. Специалист в этой области техники легко сможет понять, что перечисленные интервалы и поддиапазоны в достаточной степени описывают и обеспечивают разнообразные варианты выполнения настоящего раскрытия, и такие интервалы и поддиапазоны могут быть дополнительно выражены в виде соответствующих половинных долей, третичных долей, четвертичных долей, пятых долей и т.д. В качестве только одного примеpa, интервал "от 0,1 до 0,9" может быть дополнительно подразделен на нижнюю треть, т.е., от 0,1 до 0,3, среднюю треть, т.е., от 0,4 до 0,6, и верхнюю треть, т.е., от 0,7 до 0,9, которые индивидуально и совместно находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения, и могут быть обоснованы индивидуально и/или совместно, и обеспечивают необходимое подтверждение для конкретных вариантов выполнения в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, по отношению к лингвистическим формам, которые определяют или модифицируют интервал, таким как "по меньшей мере", "больше чем", "менее чем", "не более чем" и т.п., следует понимать, что такая лингвистическая форма включает поддиапазоны и/или верхний или нижний предел. В качестве еще одного примера, интервал "по меньшей мере 10" характерным образом включает поддиапазон от по меньшей мере 10 до 35, поддиапазон от по меньшей мере 10 до 25, поддиапазон от 25 до 35, и т.д., и каждый поддиапазон может быть обоснован индивидуально и/или совместно и обеспечивает необходимое подтверждение для конкретных вариантов выполнения в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. В конечном счете, индивидуальное число в пределах раскрытого интервала может быть обосновано и обеспечивает необходимое подтверждение для конкретных вариантов выполнения в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Например, интервал "от 1 до 9" включает разнообразные индивидуальные целые числа, такие как 3, а также индивидуальные числа, включающие десятичную точку (или дробь), такие как 4,1, которые могут быть обоснованы и обеспечивают необходимое подтверждение для конкретных вариантов выполнения в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
Настоящее изобретение описано иллюстративным образом и следует понимать, что терминология, которая была применена, предназначена быть по роду слов описания, а не ограничения. Очевидно, что в свете приведенных выше идей возможны многие модификации и вариации настоящего изобретения. Следовательно, следует понимать, что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения настоящее изобретение можно осуществлять на практике иным образом, чем конкретно описано.