PL211853B1

PL211853B1 - Sposób wytwarzania trudnozapalnych i samogasnących pianek poliuretanowych modyfikowanych silikonami

Info

Publication number: PL211853B1
Application number: PL389302A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Chruściel; Marzena Fejdyś
Original assignee: Politechnika Lodzka
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2012-07-31
Also published as: PL389302A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania trudnozapalnych i samogasnących pianek poliuretanowych modyfikowanych silikonami.

Znane jest dodawanie do pianek poliuretanowych silikonów w ilości 0,5-1% jako środków powierzchniowo czynnych. Silikony dodane w takiej ilości umożliwiają regulację wielkości i ilości porów, a wię c pozwalają programować gę stość wytwarzanych pianek, zapewniają ich dobr ą jakość i wię kszą odporność hydrolityczną oraz ograniczają przebieg procesów starzenia.

Jako modyfikatory silikonowe pianek poliuretanowych stosuje się na ogół karbofunkcyjne polisiloksany o rozgałęzionej strukturze chemicznej lub szczepione kopolimery polisiloksanowo-polieterowe (czasopismo Polymer, 32,2605 (1991).

Z polskiego opisu patentowego 165532 znany jest sposób wytwarzania samogasną cych pianek poliuretanowych, w którym jako antypireny zastosowano trójtlenek antymonu oraz reaktywne poliole zawierające atomy fosforu lub chloru jak 3-dietylofosfono-1,4,7-heptanotriol, 3-chloro-1,4,7-heptanotriol lub 3-chloro-,4,7-heptanotriol.

Z opisu patentowego US 5192811 jest znany sposób wytwarzania samogasną cych pianek poliuretanowych, w którym jako reaktywny antypiren zastosowano melaminę.

Natomiast z opisu patentowego GB 2168706 jest znane zastosowanie ekspandowanego grafitu jako antypirenu do pianek poliuretanowych.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania trudnozapalnych i samogasnących pianek poliuretanowych modyfikowanych silikonami, polegającego na zastosowaniu nowych silikonów oraz nowych antypirenów efektywnie obniżających palność pianek i nie powodujących pogorszenia ich właściwości mechanicznych.

Sposób wytwarzania trudnozapalnych i samogasnących pianek poliuretanowych modyfikowanych silikonami, z ciekłego telechelicznego kauczuku silikonowego, składnika poliolowego, ciekłego silikonu zawierającego reaktywne grupy Si-H, składnika poliizocyjanianowego oraz antypirenów, w obecności katalizatora, polegający na wymieszaniu kauczuku ze składnikiem poliolowym oraz antypirenami aż do uzyskania jednorodnej dyspersji, następnie mieszaniu uzyskanej mieszaniny z ciekłym silikonem, dodaniu katalizatora i po upływie 1 - 2 minut od dodania katalizatora wprowadzeniu składnika poliizocyjanianowego i w końcu pozostawieniu uzyskanej pianki w formie na 2 godziny od zakończenia jej spieniania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako ciekły telecheliczny kauczuk silikonowy stosuje się polidimetylosiloksano-a,oj-diol o lepkości dynamicznej 0,2 -10 Pa · s, jako składnik poliolowy stosuje się ciekłą kompozycję (o nazwie handlowej Alfapur Polyol FM 3900), zawierającą mieszaninę polieteroli o funkcyjności >2, której głównym składnikiem jest kopolimer tlenku propylenu z tlenkiem etylenu o zawartości merów EO < 20% molowych, a nadto < 20% wagowych poliadduktu poliolu do poliizocyjanianu, 0,5-1,5% wagowych katalizatora aminowego, < 1% wagowych 1,4-butanodiolu oraz < 0,5% wagowych dietylotoluenodiaminy, jako ciekły reaktywny silikon stosuje się polimetylohydrosiloksan o wzorze ogólnym [CH3SiO1,5]k[CH3(H)SiO]n[(CH3)3SiO0,5]p, w którym k = 3-30, n = 100-135, ρ = k + 2, jako antypiren stosuje się melaminę, ekspandowany grafit oraz ciekły polifosforan zawierający ugrupowania poliolowe (o nazwie handlowej Exolit OP560). Jako składnik poliizocyjanianowy stosuje się ciekłą kompozycję o nazwie handlowej Alfapur Iso FM 3900, zawierającą > 50% wagowych diizocyjanianu 4,4'-difenylometanu, > 25% wagowych izomerów i homologów diizocyjanianu difenylometanu, > 10% wagowych diizocyjanianu 2,4-difenylometanu oraz > 10% wagowych modyfikowanego diizocyjanianu difenylometanu, zaś jako katalizator stosuje się dilaurynian dibutylocyny lub oktanian cyny. Składnik poliolowy stosuje się w ilości 10 g na 6 cm³ kompozycji poliizocyjanianowej. W stosunku do łącznej masy składników poliolowego i poliizocyjanianowego używa się co najmniej 3% wagowych polidimetylosiloksano-a,(O-diolu, co najmniej 30% wagowych melaminy i grafitu ekspandowanego, co najmniej 5% wagowych polifosforanu. Polimetylohydrosiloksan używa się w ilości co najmniej stechiometrycznej w stosunku do polidimetylosiloksano-a,(O-diolu, natomiast katalizator stosuje się w ilości 0,3-3% objętościowych w stosunku do łącznej objętości składnika poliolowego i poliizocyjanianowego.

Polidimetylosiloksano-a,iO-diol, stanowiący składnik silikonowy dodaje się do składnika poliolowego zawierającego wodę w ilości 2-4% wagowych. W wyniku reakcji wody ze składnikiem izocyjanianowym powstaje dwutlenek węgla, który powoduje utworzenie pianki poliuretanowej. Rolę środka spieniającego spełnia również polimetylohydrosiloksan, który reaguje z polidimetylosiloksanodiolem i wodą z wydzieleniem produktu gazowego - wodoru. Jednoczesne użycie ciekłych silikonów - polimePL 211 853 B1 tylohydrosiloksanu i polidimetylosiloksanodiolu oraz antypirenów - melaminy, ekspandowanego grafitu oraz polifosforanu powoduje wystąpienie zjawiska synergizmu, czyli sumarycznego efektu zmniejszenia palności uzyskanej pianki poliuretanowej, większego niż suma efektów uniepalniających tych samych substancji używanych osobno. Miarą efektu zmniejszenia palności jest wzrost wartości wskaźnika tlenowego. Ponadto jednoczesny dodatek antypirenów i silikonów powoduje znaczną poprawę wytrzymałości mechanicznej uzyskanych pianek poliuretanowych. Właściwości pianek poliuretanowych modyfikowanych silikonami oznacza się po sezonowaniu w temperaturze pokojowej, przez okres co najmniej 2 dni od uzyskania przedmiotowego wyrobu. Pianki poliuretanowe modyfikowane silikonami, otrzymane sposobem według wynalazku, charakteryzują się gęstością pozorną w zakresie 0,05 do 0,30 g/cm³, wysokimi wartościami wskaźnika tlenowego - co najmniej 30-34% oraz dobrymi parametrami wytrzymałości na rozciąganie (TSb) - 0,09-0,13 MPa i wydłużenia względnego przy zerwaniu(Eb) 32-51%.

Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady.

P r z y k ł a d I

Przygotowano następujące komponenty:

- ciekł a kompozycja o nazwie handlowej Alfapur Polyol FM3900 - 30,0 g,

- kauczuk silikonowy polidimetylosiloksano-a^-diol (PDMS) o nazwie handlowej Polastosil M-2000 - 1,5 g, ₃

- dilaurynian dibutylocyny (DBTL) - 0,9 cm³,

- polimetylohydrosiloksan (PMHS) o wzorze chemicznym:

[CH3SiO1,5MCH3(H)SiO]102[(CH3)3SiO0,5]5 - 1,2 cm³,

- melamina - 4,5 g,

- polifosforan o nazwie handlowej Exolit OP 560 - 3 cm³,

- grafit ekspandowany o nazwie handlowej

NORDMIN FP 251 - 4,5 g,

- ciekła kompozycja o nazwie handlowej Alfapur Iso FM3900 - 18 cm.

Do naczynia z polietylenu odważono 30 g poliolu Alfapur FM3900, a następnie dodano 1,5 g kauczuku Polastosil M-2000, 4,5 g melaminy, 4,5 g grafitu ekspandowanego oraz 3 cm³ polifosforanu. Całość dokładnie wymieszano przy pomocy łopatki metalowej aż do uzyskania jednorodnej masy, po czym dodano 1,2 cm³ PMHS i całość mieszano ponownie przez około 30 sekund. Po tym czasie do mieszaniny reagentów dodano 0,9 cm³ katalizatora DBTL i wówczas nastąpił zauważalny wzrost lepkości układu. Po czasie 2 minut od dodania katalizatora, do wytworzonego reaktywnego układu wprowadzono kompozycję Alfapur Iso FM3900, co spowodowało proces spieniania pianki. Po 2 godzinach od zakończenia reakcji spieniania wyjęto wyrób z formy. Zewnętrzna powierzchnia pianki była zwarta bez wad powierzchniowych.

Otrzymano integralną piankę poliuretanową modyfikowaną silikonami, o jednorodnej strukturze komórkowej, o następujących właściwościach:

• gęstości pozornej 0,10 g/cm³, • właściwościach trudnozapalnych (próbka gasła natychmiast po wyjęciu z płomienia palnika Bunsena, po uprzednim przetrzymywaniu jej w płomieniu przez okres około 15 sekund), • wskaźniku tlenowym 31,3%, • wytrzymałości na rozciąganie TSb = 0,09 MPa, • wydłużeniu względnym przy zerwaniu Eb = 42%.

P r z y k ł ad II

Przygotowano następujące komponenty:

- ciekła kompozycja Alfapur Polyol FM 3900 - 30,0 g,

- kauczuk silikonowy Polastosil M-2000 - 1,5 g,

- katalizator DBTL - 0,3 cm³,

- polimetylohydrosiloksan PMHS o wzorze chemicznym:

[CH3SiO1,5]3[CH3(H)SiO]102[(CH3)3SiO0,5]5 - 1,2 cm³,

- melamina - 4,5 g,

- polifosforan Exolit OP 560 - 3 cm³,

- grafit ekspandowany NORDMIN FP 251 - 4,5 g, ₃

- ciekła kompozycja Alfapur Iso FM3900 - 18 cm³.

Modyfikowaną piankę poliuretanową otrzymano postępując analogicznie jak w przykładzie I z tym, że zastosowano katalizator DBTL w ilości 0,3 części objętościowe.

PL 211 853 B1

• gę stości pozornej 0,08 g/cm³, • wł a ś ciwoś ciach trudnozapalnych (próbka gasł a natychmiast po wyję ciu z pł omienia palnika Bunsena, po uprzednim przetrzymywaniu jej w płomieniu przez okres około 10 sekund), • wskaź niku tlenowym 33,7%, • wytrzymałości na rozciąganie TSb = 0,07 MPa, • wydł u ż eniu wzglę dnym przy zerwaniu Eb = 40%.

P r z y k ł ad III

Przygotowano następujące komponenty:

- ciekł a kompozycja Alfapur Polyol FM3900 - 30,0 g,

- kauczuk silikonowy Polastosil M-2000 - 0,9 g,

- katalizator DBTL - 0,9 cm³,

- polimetylohydrosiloksan PMHS o wzorze:

[CH3SiO1,5]3[CH3(H)SiO]102[(CH3)3SiO0,5]5 - 1,2 cm³

- melamina - 4,5 g,

- polifosforan Exolit OP 560 - 3 cm³

- grafit ekspandowany NORDMIN FP 251 - 4,5 g ₃

- ciekł a kompozycja Alfapur Iso FM3900 - 18 cm³.

Modyfikowaną piankę poliuretanową otrzymano postępując analogicznie jak w przykładzie I z tym, ż e kauczuk Polastosil M-2000 zastosowano w iloś ci 0,9 części wagowych.

Otrzymano integralną piankę poliuretanową modyfikowaną silikonami, o jednorodnej strukturze komórkowej, o następujących parametrach:

• gę stoś ci pozornej 0,10 g/cm, • wł a ś ciwoś ciach trudnozapalnych (próbka gasł a natychmiast po wyję ciu z pł omienia palnika Bunsena, po uprzednim przetrzymywaniu jej w płomieniu przez okres około 15 sekund), • wskaź niku tlenowym 33,6%, • wytrzymałości na rozciąganie TSb= 0,09 MPa, • wydł u ż eniu wzglę dnym przy zerwaniu Eb = 38,5%.

Claims

1. Sposób wytwarzania trudnozapalnych i samogasnących pianek poliuretanowych modyfikowanych silikonami, z ciekłego telechelicznego kauczuku silikonowego, składnika poliolowego, ciekłego silikonu zawierającego reaktywne grupy Si-H, składnika poliizocyjanianowego oraz antypirenów, w obecności katalizatora, polegaj ący na wymieszaniu kauczuku ze składnikiem poliolowym oraz antypirenami aż do uzyskania jednorodnej dyspersji, następnie mieszaniu uzyskanej mieszaniny z ciekłym silikonem, dodaniu katalizatora i po upływie 1 -2 minut od dodania katalizatora wprowadzeniu składnika poliizocyjanianowego i w końcu pozostawieniu uzyskanej pianki w formie na 2 godziny od zakończenia jej spieniania, znamienny tym, że jako ciekły telecheliczny kauczuk silikonowy stosuje się polidimetylosiloksano-a,ff>-diol o lepkości dynamicznej 0,2 - 10 Pa · s, jako składnik poliolowy stosuje się ciekłą kompozycję zawierającą mieszaninę polieteroli o funkcyjności >2, której głównym składnikiem jest kopolimer tlenku propylenu z tlenkiem etylenu o zawartości merów EO < 20% molowych, a nadto < 20% wagowych poliadduktu poliolu do poliizocyjanianu, 0,5-1,5% wagowych katalizatora aminowego, < 1% wagowych 1,4-butanodiolu oraz < 0,5% wagowych dietylotoluenodiaminy, jako ciekły reaktywny silikon stosuje się polimetylohydrosiloksan o wzorze ogólnym [CH3SiO1,5]k[CH3(H)SiO]n[(CH3)3SiO0,5]p, w którym k = 3-30, n = 100-135, ρ = k + 2, jako antypiren stosuje się melaminę, ekspandowany grafit oraz ciekły polifosforan zawierający ugrupowania poliolowe, jako składnik poliizocyjanianowy stosuje się ciekłą kompozycję zawierającą > 50% wagowych diizocyjanianu 4,4'-difenylometanu, > 25% wagowych izomerów i homologów diizocyjanianu difenylometanu, > 10% wagowych diizocyjanianu 2,4-difenylometanu oraz > 10% wagowych modyfikowanego diizocyjanianu difenylometanu, zaś jako katalizator stosuje się dilaurynian dibutylocyny lub oktanian cyny.

PL 211 853 B1

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że składnik poliolowy stosuje się w ilości 10 g na

6 cm³ kompozycji poliizocyjanianowej, w stosunku do łącznej masy składników poliolowego i poliizocyjanianowego używa się co najmniej 3% wagowych polidimetylosiloksano-a,ff>-diolu, co najmniej 30% wagowych melaminy i grafitu ekspandowanego, co najmniej 5% wagowych polifosforanu, polimetylohydrosiloksan używa się w ilości co najmniej stechiometrycznej w stosunku do polidimetylosiloksanoα,ω-diolu, natomiast katalizator stosuje się w ilości 0,3-3% objętościowych w stosunku do łącznej objętości składnika poliolowego i poliizocyjanianowego.