ЗАЛИВОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕСТКОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА ДЛЯ ПРЕДИЗОЛИРОВАННЫХ ТРУБ
POTTING COMPOUND FOR PRODUCING RIGID POLYURETHANE FOR PRE-INSULATED PIPES

Изобретение относится к химии жестких пенополиуретанов, применяемых в качестве теплоизоляционных материалов, и может быть использовано в различных областях промышленности.
Жесткие пенополиуретаны заливочного типа находят широкое применение в качестве теплоизоляционного материала. Примеры таких применений включают теплоизоляцию трубопроводов различного назначения и резервуаров в промышленных установках, изоляцию холодильников и использование в качестве наружной теплоизоляции и герметизации зданий и сооружений в строительной промышленности.
Технология предизолированных труб (труба в трубе) предусматривает заливку пенообразующей реакционной смеси в пространство между стальной трубой и гидрозащитной полиэтиленовой или металлической оболочкой. Полиуретановая пена создает единую качественную изоляцию, которая обеспечивает высокую механическую прочность конструкции в сочетании с чрезвычайно низкой теплопроводностью.
Известна композиция для получения жесткого пенополиуретана по патенту RU 2010808, МПК C08G 18/18 от 18.03.92 г. на изобретение «Композиция для получения жесткого пенополиуретана», предназначенного для теплоизоляции в различных областях промышленности.
Композиция включает следующие компоненты, мас.ч.:
Простой полиэфир на основе окиси пропилена
74-76
Оксипропилэтилендиамин
24-26
Катализатор
1,0-1,5
Пенорегулятор
0,9-1,1
Вода
2,3-2,8
Трихлорфторметан
19-21
Полиизоцианат
160-170
Данная вспененная система имеет низкую плотность и время старта, неоптимальное с позиции обеспечения текучести реакционной массы, необходимой для получения теплоизоляции труб тепловых сетей диаметром до 1020 мм и длиной до 12 м.
Кроме того, в состав композиции включены в качестве вспенивающих добавок вредные с экологической точки зрения галогенированные углеводороды (хладоны), вызывающие эффект истощения озонового слоя Земли.
Известна композиция для получения жесткого пенополиуретана мелкоячеистой закрытопористой структуры по патенту RU 2128676, МПК C08G 18/16, 18/30, C08L 75/04 от 10.04.1999 г. на изобретение «Композиция для получения жесткого пенополиуретана» следующего состава (мас.ч.):
Простой или сложный полиэфир с молекулярной
массой 290-500
4,6-9,0
Вспенивающий агент
0,1-10,0
Вода
2,2-3,4
Кремнийорганический пеностабилизатор
0,8-0,9
Третичный амин
1,0-7,0
Раствор карбоксилата щелочного металла в гликоле
1,5-5,5
Трихлорэтилфосфат
71-86
Гидроокись алюминия
0,1-100,0
Полиизоцианат
148-200
Несмотря на высокий уровень огнестойкости за счет присутствия антипирена, получаемый жесткий пенопласт обладает невысоким уровнем прочностных характеристик.
Известна композиция для получения жесткого пенополиуретана мелкоячеистой закрытопористой структуры по патенту RU 2144545, МПК C08G 18/16, C08G 18/48 от 20.01.2000 г. на изобретение «Способ получения жесткого пенополиуретана», предназначенный для изоляции тепло-, газо- и нефтепроводов, холодильных установок и различных строительных объектов.
Вспененный материал содержит следующие компоненты, мас.ч.:
Оксипропилированная сахароза (Лапрол 564 ЭС)
30-50
Оксипропилированный глицерин (Лапрол 373)
20-30
Оксипропилированный этилендиамин (Лапромол 294)
30-40
Вода
1,5-3,0
Кремнийорганический пеностабилизатор
1,2-1,8
Перфторпентан (хладон 141 В)
2-15
Глицидол
3-5
Полиизоцианат
200-280
Для данного жесткого пенополиуретана характерны высокая теплостойкость до 220°С и высокое время старта (32-47 с), позволяющие изготавливать теплоизоляцию труб тепловых сетей, имеющих большие диаметры и длины.
Недостатками известного пенопласта являются недостаточная прочность на сжатие, низкая плотность и высокое водопоглощение, а также использование в качестве вспенивающего агента озоноразрушающего соединения - хладон 141 В.
Наиболее близким к заявляемой композиции по составу и технической сущности является состав жесткого пенополиуретана, представленный в патенте RU 2343165, МПК C08G 18/16, C08G 18/48 от 10.01.2009 г. на изобретение «Способ получения жесткого пенополиуретана», предназначенный для изоляции тепло-, газо- и нефтепроводов, холодильных установок и различных строительных объектов.
Вспененный материал содержит следующие компоненты, мас.ч.:
Оксипропилированная сахароза
6,0-12,0
Оксипропилированный глицерин
1,5-2,5
Оксипропилированный этилендиамин
0,1-0,2
Вода
8,0-12,0
Диметилэтаноламин
6,0-8,5
Поверхностно-активное вещество на основе
Оксиалкиленметилсилоксановых блок-сополимеров
6,0-8,0
Полиэфир, представляющий собой смесь полиолов и
имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг
КОН/г и вязкость по вискозиметру В3-246 при
температуре 20°С, равную 60 с,
Три-(β - хлорэтил)фосфат
8,0-12,0
Полиизоцианат
остальное
Недостатками известного пенопласта являются высокая плотность вспененного пенополиуретана, что будет влиять на степень заполнения предизолированных труб, также в композиции содержится большое количество воды, за счет чего готовая пена получается хрупкая и с плохой адгезий к полиэтиленовой оболочке.
Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание композиции для получения жесткого пенополиуретана с улучшенными физико-механическими характеристиками: пониженной плотностью, водопоглощением, которая будет применяться в качестве заливочной композиции для предизолированных труб (труба в трубе).
Технический результат достигается тем, что заливочная композиция для получения жесткого пенополиуретана для предизолированных труб включает полиэфирполиолы:
оксипропилированный глицерин (Лапрол 373), вспенивающий агент - воду, катализатор, антипирен, пеностабилизатор, полиизоцианат, кроме того, дополнительно содержит полиэфирполиолы: простой полиэфир, получаемый окисипропилированием глицерина и сахарозы (Пропол 490), простой полиэфир, получаемый полимеризацией окиси этилена с этиленгликолем (ПЭГ-200), в качестве пеностабилизатора (пенорегулятора) негидролизуемое силиконовое поверхностно-активное вещество, в качестве катализатора пентаметилдиэтилентриамин, в качестве антипирена трихлорпропилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксипропилированный глицерин
12,0-18,0
Простой полиэфир,
получаемыйокисипропилированием глицерина
10,0-14,0
и сахарозы
Простой полиэфир, получаемый
полимеризацией окиси этилена с
1,0-2,0
этиленгликолем
Вода
2,0-4,0
Пентаметилдиэтилентриамин
0,1-0,5
Негидролизуемое силиконовое поверхностно-
активное вещество
0,5-1,0
Трихлорпропилфосфатантипиреновая добавка
8,0-10,0
Полиизоцианат
остальное
В составе заявляемой композиции для получения жестких пенополиуретанов используются несколько простых полиэфиров, отличающихся содержанием гидроксильных групп и значениями по вязкости.
Это следующие коммерческие продукты:
- оксипропилированный глицерин - простой полиэфир молекулярной массой 370±20, получаемый щелочной полимеризацией окиси пропилена и глицерина с последующей фосфатно-сорбентной очисткой, обладающий гидроксильным числом 480 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 400-500 мПа·с, Лапрол 373 (ТУ 2226-017-10488057-94);
- простой полиэфир - сахарозный полиэфир, представляющий собой продукт оксипропилирования смеси сахарозы и глицерина в присутствии щелочного катализатора и обладающий гидроксильным числом в пределах 400-450 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 2000-3000 мПа·с - Пропол 490;
- простой полиэфир, получаемый полимеризацией окиси этилена с этиленгликолем, обладающий гидроксильным числом в пределах 500-600 мг КОН/г и динамической вязкостью при температуре 25°С в пределах 21-25 мПа·с ПЭГ-200 (ТУ 2226-074-05766801-2006);
Для придания получаемым жестким пенополиуретанам теплоизоляционного назначения огнестойких свойств в состав композиции по предлагаемому изобретению вводится антипирен (огнегасящая добавка) - трихлорпропилфосфат (ТХПФ), представляющий собой полный эфир ортофосфорной кислоты и пропиленхлоргидрина, также обладающий пластифицирующими функциями.
Для стабилизации ячеистой структуры в процессе вспенивания используется в заявляемой композиции пенорегулятор - поверхностно-активное вещество на основе негидролизуемого силиконового поверхностно-активного вещества.
2
Использование воды в качестве химического порообразователя (вспенивателя) является наиболее подходящим компонентом, обеспечивающим процесс образования полиуретановой пены. Вода (любого ГОСТа) взаимодействует с изоцианатными группами в соответствии с реакцией между NCO и НО, в результате которой высвобождается диоксид углерода, вызывающий вспенивание.
Для обеспечения оптимальных характеристик процесса вспенивания (время старта) в состав композиции по предлагаемому изобретению вводится в качестве катализатора пентаметилдиэтилентриамин.
Для обеспечения оптимального водопоглощения в состав композиции по предлагаемому изобретению вводится в качестве пенорегулятора поверхностно-активное вещество на основе негидролизуемого силиконового поверхностно-активного вещества. Низкое водопоглощение зависит от количества закрытых пор, т.е. чем больше закрытых пор и меньше открытых, тем ниже водопоглощение.
В качестве полиизоцианата используется наиболее подходящий ароматический полиизоцианат - полимерный 4,4' - дифенилметандиизоцианат (МДИ) марок Миллионат MR 200, Супрасек 5005, Лупранат М 20S, Десмодур 44V20L.
Полиольную композицию (компонент А) получают путем смешения Лапрол 373, Пропол 490, ПЭГ-200, трихлопропилфосфата, пентаметилдиэтилентриамина, пенорегулятора, воды в реакторе при атмосферном давлении без использования обогрева в течение 30 минут.
Вспененный материал получают путем смешения компонентов А и Б. Компонент Б - полиизоцианат.
Заявляемые пределы соотношений между компонентами композиции определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения получения жесткого пенополиуретанового изделия теплоизоляционного назначения, обладающего превосходными эксплуатационными характеристиками.
Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется нижеприведенными экспериментальными данными.
В таблице 1 приведены примеры рецептуры заявляемой композиции, а в таблице 2 - характеристики жестких пенополиуретанов, полученных на основе заявляемых смесей, в сравнении с прототипом.
Качественные характеристики пенополиуретана определяли по следующим методикам:
1) Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе, ГОСТ 8462-85
2) Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке, ГОСТ 30732-2006.
Для сравнения аналогичные испытания проводились для композиции по прототипу.
Из таблиц 1 и 2 видно, что по показателям «плотность при свободном вспенивании», «водопоглощение» и «предел прочности на сжатие» заявляемая композиция превосходит известный состав, т.е. предлагаемое изобретение решает поставленную задачу.
Таким образом, заявляемая экологически безопасная огнестойкая композиция позволяет получить высокие прочностные показатели конечного жесткого пенополиуретана и необходимый согласно требованиям к теплоизоляционным материалам уровень плотности, водопоглощения при сохранении оптимального времени старта, достаточного для формирования вспененного изделия с равномерной плотностью в объеме и хорошей внешней поверхностью.
Таблица 1
Компоненты композиции
Содержание в составе, % (массовая доля)
Прототип, мас.ч.
Примеры конкретного выполнения
1
2
3
Оксипропилирование сахароза
6-12
-
-
-
Оксипропилированный глицерин (Лапрол 373)
1,5-2,5
12
14
18
Оксипропилированный этилендиамин
0,1-0,2
-
-
-
Простой полиэфир получаемый оксипропилированием глицерина и сахарозы (Пропол 490)
-
10
12
14
Простой полиэфир, получаемый полимеризацией окиси этилена с этиленгликоленом (ПЭГ-200)
-
1
1,5
2
Полиэфир, представляющий собой смесь полиолов и имеющий гидроксильное число в пределах 329-461 мг КОН/г и вязкость по вискозиметру ВЗ-246 при температуре 20°С, равную 60 с
4-6
-
-
-
Поверхностно-активное вещество на основе оксилкиленметилсилоксановых блок-сополимеров
6-8
-
-
-
Негидролизуемое силиконовое поверхностно-активное вещество
-
0,5
0,75
1
Вода
8-12
2
3
4
Диметилэтаноламин
6-8,5
-
-
-
Пентаметилдиэтилентриамин
-
0,1
0,25
0,5
Три-(β - хлорэтил) фосфат
8-12
-
-
-
Трихлорпропилфосфат
-
8
9
10
Полиизоцианат
200-280
66,4
59,5
50,5
Таблица 2
Свойства жестких пенополиуретановых изделий
Прототип
Составы из табл.1, по примерам
1
2
3
Плотность при свободном вспенивании, кг/м<sup>3</sup>
88-90
81
58
49
Время старта, с
36-40
52
47
42
Предел прочности при сжатии, МПа
0,6-0,7
0,73
0,68
0,62
Водопоглощение при кипячении в течение 90 мин, %
8
2,4
2,7
4,1
Заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна», т.к. из доступных источников информации не выявлены технические решения с такими же существенными признаками.
Заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как является неочевидным для специалиста.
Заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», так как может быть получено из известных средств и известными методами.