СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА
METHOD FOR PRODUCTION OF POLYURETHANE FOAM

Изобретение относится к способам получения пенополиутетанов с использованием вторичного полиэтилентерефталата и может применяться для изготовления жестких пенополиутетанов с целью их удешевления и решения экологической задачи при утилизации вторичного полиэтилентерефталата.
Известен способ получения пенополиуретана с использованием отходов производства полиэтилентерефталата (ПЭТФ) (Пат. США №4444919 1984.04.24), где получают твердую пену ППУ, включающую реагирующий в присутствии вспенивающего агента и катализатора, органического полиизоцианата (ЛИЦ) и полиольного компонента, содержащего жидкий (остаток, отход) от изготовления полиэтилентерефталата, состоящий из олигомера терефталата и этиленгликоля, моно- и полиэтиленгликолей.
Однако данный способ получения имеет свои ограничения, так как применим только к определенному виду химического производства, основанном на использовании кубовых остатков получения полиэтилентерефталата, а не самого полимера и, тем более, не предусматривает использование вторичного полиэтилентерефталата.
Известен способ получения жесткого термоформуемого пенополиуретана путем взаимодействия полиизоцианата со смесью полиолов в присутствии катализатора, пеностабилизатора и вспенивающего агента, при этом в качестве смеси полиолов используют смесь высокомолекулярного простого полиэфирполиола с мол. м. 5000, низкомолекулярного простого полиэфирполиола с мол. м. 190560, диэтилендипропиленгликольфталата и низкомолекулярного спирта с мол. м. 62191, причем количество диэтилендипропиленгликольфталата составляет 20-40 мас.ч. на 100 мас.ч. полиольного компонента, а массовое соотношение высокомолекулярного простого полиэфирполиола с мол. м. 5000, низкомолекулярного простого полиэфирполиола с мол. м. 190560 и низкомолекулярного спирта с мол. м. 62191 составляет соответственно 1,0 0,66 (0,14 1,0) 1,0 0,30. RU 2080336 6 C08G 18/28, C08G 18/28, C08G 101:00 1997.05.27.
К недостаткам способа относится термоформование и использование специально приготовленного диэтилендипропиленгликольфталата, что усложняет процесс производства и способствует удорожанию целевого продукта.
Данное изобретение направлено на утилизацию полимерных отходов в виде тары и упаковки из полиэтилентерефталата, а также на расширение возможностей получения пенополиуретанов путем использования доступного вторичного сырья.
Техническим результатом является упрощение и удешевление процесса.
Это достигается тем, что способ получения пенополиуретана путем взаимодействия полиизоцианата с полиольным компонентом, содержащим эфирфталат, согласно изобретению полиольный компонент в качестве эфирфталата содержит вторичный отход полиэтилентерефталата в количестве не более 67 мас.% от общей массы полиольного компонента, растворенный в триэтаноламине или в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоты а взаимодействие осуществляют при соотношении полиольный компонент: полиизоцианат как 1:1-1:2.
Способ получения пенополиуретана осуществляют следующим образом: Вначале растворяют измельченные вторичные отходы из полиэтилентерефталата в триэтаноламине или в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоте при температуре 100-110°С. Полученные растворы с концентрацией 10-35% в количестве не более 67 мас.% от общей массы полиольной смеси смешивают с базовым полиольным компонентом и вводят полиизоцианат при соотношении полиольная смесь: полиизоцианат как 1:1-1:2.
Для получения пенополиуретана в качестве полиольных компонентов используют базовые компоненты: Изолан А-345, Полиур АН-10, Полиур А-101, Полиур А-500. Изолан А-345 на основе сахарозы, окиси пропилена и целевых добавок, а полиуры - продукты конденсации триэтаноламина и таллового масла с добавками поверхностно активных веществ, катализаторов и пенообразователей. Примеры конкретного выполнения приведены в примерах 1-8.1.
При этом в зависимости от базового продукта и соотношения полиольная смесь: полиизоцианат получают пенополиуретан (ППУ) со следующими свойствами.
Отличием заявляемого решения от известных является использование при получении ППУ вторичного отхода, в виде лома полимерных отходов, бытовых отходов, из полиэтилентерефталата растворенного в триэтаноламине или в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоте. Причем полученные растворы вводят в полиольный компонент в количестве не более 67%, что составляет значительную величину от общей массы полиольной смеси и значительно снижает стоимость полиольной смеси, а в конечном итоге и стоимость полученного ППУ.
Пример 1. Для получения полиольной смеси готовят 10% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения ППУ используют следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
Изолан А-345 - 100;
ПЭТФ в триэтаноламине - 10;
ПИЦ - 110;
Полученный ППУ имеет следующие свойства:
времена, сек:
старта
20-25
подъема пены
30-40
гелеобразования
40-60
отлипа
100-120
усадка, %
0,5-1,5
плотность, кг/м<sup>3</sup>
60
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,026
Водопоглощение за 24 часа, % не более
8
прочность при сжатии, МПа, не менее
0,3
температура размягчения по Вика
при нагрузке Р=10 Н. не менее
150
Пример 1.1. Для получения полиольной смеси готовят 20% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
Изолан А-345 - 100;
ПЭТФ в триэтаноламине - 200;
ПИЦ - 600;
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
плотность, кг/м<sup>3</sup>
143
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,038
Водопоглощение за 24 часа, % не более
67
прочность при сжатии, МПа, не менее
0,9
температура размягчения по Вика
при нагрузке Р=10 Н, не менее
150
Пример 2. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоты. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
Изолан А-345 - 100;
ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 10;
ПИЦ - 110;
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
времена, сек:
старта
30-35
подъема пены
40-50
гелеобразования
50-70
отлипа
120-150
усадка, %
0,5-1,5
плотность, кг/м<sup>3</sup>
38
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,024
Водопоглощение за 24 часа, % не более
35
прочность при сжатии, МПа, не менее
0,7
Пример 2.1. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
Изолан А-345 - 100;
ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 100;
ПИЦ - 400.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
плотность, кг/м<sup>3</sup>
60
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,027
Водопоглощение за 24 часа, % не более
70
прочность при сжатии, МПа, не менее
1,9
Пример 3. Для получения полиольной смеси готовят 20% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
ПолиурАН-10 - 100;
ПЭТФ в триэтаноламине - 10;
ПИЦ - 110.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
времена, сек:
старта
5-7
подъема пены
10-12
гелеобразования
30-35
отлипа
50-60
усадка, %
1-2
плотность, кг/м<sup>3</sup>
60
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,024
Водопоглощение за 24 часа, % не более
35
прочность при сжатии, МПа, не менее
1,0
ударная прочность, кДж/м<sup>2</sup>
4,5
Пример 3.1. Для получения полиольной смеси готовят 20% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ГОТУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
Полиур АН - 100;
ПЭТФ в триэтаноламине - 100;
ПИЦ - 400.
В данном случае получаются ПНУ со следующими свойствами:
плотность, кг/м<sup>3</sup>
100
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,027
Водопоглощение за 24 часа, % не более
70
прочность при сжатии, МПа, не менее
1,9
Пример 4. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
Полиур АН-10 - 100;
П6-БА - 200
ПЭТФ в в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 40;
ПИЦ - 340.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
времена, сек:
старта
5-7
подъема пены
1-12
гелеобразования
25-35
отлипа
35-40
усадка, %
1-2
плотность, кг/м<sup>3</sup>
75
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,024
Водопоглощение за 24 часа, % не более
76
прочность при сжатии, МПа, не менее
0,4
Пример 4.1. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
Полиур АН-10 - 100;
П6-БА - 200
ПЭТФ в в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 400;
ПИЦ - 1400;
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
плотность, кг/м<sup>3</sup>
120
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,032
Водопоглощение за 24 часа, % не более
160
прочность при сжатии, МПа, не менее
2,8
Пример 5. Для получения полиольной смеси готовят 10% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
ПолиурА-101 - 100;
ПЭТФ в триэтаноламине - 20;
ПИЦ - 120.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
времена, сек:
старта
50-70
подъема пены
75-100
гелеобразования
120-150
отлипа
200-300
усадка, %
2-3
плотность, кг/м<sup>3</sup>
70
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,033
Водопоглощение за 24 часа, % не более
40-75
прочность при сжатии, МПа, не менее
1,2
Пример 5.1. Для получения полиольной смеси готовят 20% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
ПолиурА-101 - 100;
ПЭТФ в триэтаноламине - 200;
ПИЦ - 600.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
плотность, кг/м<sup>3</sup>
140
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,033
Водопоглощение за 24 часа, % не более
75
прочность при сжатии, МПа, не менее
2,9
ударная прочность, кДж/м<sup>2</sup>
6,0
Пример 6. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
ПолиурА-101 - 100;
ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 20;
ПИЦ - 120.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
времена, сек:
старта
10-15
подъема пены
25-30
гелеобразования
40-45
отлипа
50-60
усадка, %
2-4
плотность изделия, кг/м<sup>3</sup>
40
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,023
Водопоглощение за 24 часа, % не более
35
прочность при сжатии, МПа, не менее
1,2
Пример 6.1. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения
(ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
ПолиурА-101 - 100;
ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 200;
ПИЦ - 600.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
плотность изделия, кг/м<sup>3</sup>
100
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,033
Водопоглощение за 24 часа, % не более
70
прочность при сжатии, МПа, не менее
1,9
Пример 7. Для получения полиольной смеси готовят 10% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
ПолиурА-500 - 100;
ПЭТФ в триэтаноламине - 20;
ПИЦ - 120.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
времена, сек:
старта
50-60
подъема пены
80-100
гелеобразования
150-180
отлипа
230-250
усадка, %
1-3
плотность, кг/м
50
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,025
Водопоглощение за 24 часа, % не более
20
прочность при сжатии, МПа, не менее
0,3
Пример 7.1. Для получения полиольной смеси готовят 20% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
ПолиурА-500 - 100;
ПЭТФ в триэтаноламине - 200;
ПИЦ - 600.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
плотность, кг/м<sup>3</sup>
120
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,030
Водопоглощение за 24 часа, % не более
55
прочность при сжатии, МПа, не менее
2,0
Пример 8. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
ПолиурА-500 - 100;
ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоты - 20;
ПИЦ - 120.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
времена, сек:
10-15
старта
20-25
подъема пены
30-35
гелеобразования
35-40
отлипа
40-50
усадка, %
1-3
плотность, кг/м<sup>3</sup>
25
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,023
Водопоглощение за 24 часа, % не более
75
прочность при сжатии, МПа, не менее
0,2
Пример 8.1. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):
ПолиурА-500 - 100;
ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоты - 200;
ПИЦ - 600.
В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:
плотность, кг/м<sup>3</sup>
100
теплопроводность, Вт/(м·К), не более
0,030
Водопоглощение за 24 часа, % не более
110
прочность при сжатии, МПа, не менее
1,2
При получении ППУ исследовались реакционные характеристики: времена старта, гелеобразования, подъема пены и отлила. Затем определялись эксплуатационные характеристики: усадка по высоте, плотность - ГОСТ 409-77, теплопроводность - ГОСТ 7076-87, прочность при сжатии при 10, 25, 40, 50 и 70% деформациях - ГОСТ 23206-78 и ГОСТ 26605-85, ударная прочность - ГОСТ 4647-80, масло-, Водопоглощение - ГОСТ 20869-75 и горючесть по методу «огневой трубы» - ГОСТ 12.1.044-84. Кроме того, изучались термомеханические свойства в пределах от комнатных температур до +350-400°С на приборе УИП 70М, из которых находились температуры стеклования, текучести и определялась теплостойкость по Вика - ГОСТ 15088-83.
Таким образом, данный способ позволяет получить пенополиуретаны с хорошими потребительскими свойствами, такими как, прочность при сжатии, масло-, теплостойкость, и пониженной горючестью, а главное - значительно снизить стоимость ППУ при одновременном решении экологических задач за счет утилизации вторичного ПЭТФ.