PL211922B1 - Żywica do tworzyw spienionych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest żywica do tworzyw spienionych, służących przede wszystkim do zamykania chodników i/lub scalania ścian w kopalniach węgla kamiennego.

Żywice fenolowe znalazły zastosowanie w górnictwie węglowym dzięki swoim unikalnym właściwościom; po utwardzeniu wykazują one wysoką ognioodporność i stabilność formy. W publikacji WO 97/08230 opisano sposób otrzymywania spieniającej się kompozycji, w skład której wchodzi żywica fenolowo-formaldehydowa, typu rezolowego, środek spieniający, środek powierzchniowoczynny oraz składnik katalityczny. Żywicę otrzymuje się w wyniku kondensacji fenolu z formaldehydem w stosunku molowym 1 : 1 + 4,5. Otrzymana żywica posiada od 4 do 8 cg/g wody i lepkość od 4000 do 40000 mPa^s. W charakterze środka spieniającego stosuje się niezawierające halogenowców węglowodory C4-C7. Środkiem powierzchniowoczynnym jest mieszanina etoksylowanych alkilofenoli z kopolimerem blokowym tlenku etylenu i propylenu. Składnik katalityczny jest mieszaniną kwasów toluenosulfonowego i ksylenosulfonowego, glikolu dietylenowego oraz rezorcyny. Przy zastosowaniu ₃ tych składników otrzymuje się piankę o gęstości w zakresie od 8,01 do 144,166 kg/m³.

W opisie zgłoszenia patentowego PL 312356 ujawniono sposób wytwarzania pianki fenolowej przy użyciu heksafluorobutanu (HFB) w charakterze środka spieniającego. Żywicę bazową otrzymuje się w wyniku kondensacji związku fenolowego, korzystnie fenolu z aldehydem, korzystnie formaldehydem w stosunku molowym 1:1 + 2,5, w obecności katalizatora, takiego jak wodorotlenek metalu alkalicznego na przykład wodorotlenku sodowego. Stosowana żywica posiada lepkość w zakresie 10-100 ₂ cm²/s (od 1000 do 10000 cSt). Utwardzacz stanowi dowolny kwasowy związek organiczny na przykład kwas toluenosulfonowy lub kwasowy związek nieorganiczny na przykład kwas mineralny.

Mankamentem przedstawionych sposobów wytwarzania pianek jest wymóg prowadzenia operacji spieniania w zamkniętej formie, w temperaturze od 70 do 75°C. W praktyce uniemożliwia to zastosowanie opisanych sposobów otrzymania pianek fenolowo - formaldehydowych w górnictwie. Stosowanie węglowodorów jako poroforu jest źródłem zanieczyszczeń środowiska naturalnego.

W zgłoszeniu patentowym PL 299392 ujawniono sposób wytwarzania dwuskładnikowej mieszaniny złożonej ze składnika żywicowego zawierającego w charakterze środka spieniającego wodorowęglan sodowy oraz z katalizatora kwasowego zawierającego kwasy sulfonowe. Składnik żywicowy zawiera 60 + 80 cg/g żywicy rezolowej, 0 + 10 cg/g wody, 5 + 15 cg/g wodorowęglanu sodowego, 0,5 + 3,0 cg/g środka tiksotropowego i 0 + 10 cg/g substancji mineralnych, składnik katalityczny zawiera 40 + 60 cg/g, kwasu fenolosulfonowego, 10 + 20 cg/g kwasu toluenosulfonowego, 0 + 10 cg/g kwasu benzenosulfonowego, 0 + 10 cg/g kwasu ksylenosulfonowego, 10 + 25 cg/g kwasu siarkowego i 10 + 20 cg/g wody.

Mankamentem tego sposobu jest wyraźnie mniejsza krotność spienienia kompozycji w temperaturze poniżej 20 °C, oraz niskie właściwości antyelektrostatyczne (opór skrośny i powierzchniowy >1,0 GΩ).

Celem wynalazku było opracowanie żywicy do tworzyw spienionych służących do zamykania chodników i/lub scalania ścian w kopalniach węgla kamiennego, składającej się z żywicy rezolowej o niskiej lepkości pozbawionej wyżej wymienionych mankamentów.

Nieoczekiwanie okazało się, że dzięki zastosowaniu odpowiednich składników, to znaczy żywicy fenolowo-formaldehydowej typu rezolowego, poroforu, środka tiksotropowego, środka powierzchniowo czynnego i alkoholu wielowodorotlenowego, oraz ich proporcji, możliwe jest otrzymanie żywicy do tworzyw spienionych przydatnych do stosowania w górnictwie.

Żywica według wynalazku zawiera;

+ 95 cg/g, + 10 cg/g,

- 0,1 + 3,0 cg/g, 0,1 + 5,0 cg/g,

1,0 + 25,0 cg/g.

• rezolową żywicę fenolowo-formaldehydową • mieszaninę węglanów wapnia i/lub dolomitu • krzemionkę koloidalną jako środek tiksotropowy • środek powierzchniowo-czynny • alkohol wielowodorotlenowy

Korzystnie jest, jeżeli żywica zawiera aragonit i kalcyt w roli mieszaniny węglanów wapnia. Korzystnie jest, jeżeli żywica zawiera dolomit wapienny i/lub magnezowy. Korzystnie jest, jeżeli żywica zawiera kopolimer krzemoorganiczny i/lub oksyetylenowany olej rycynowy jako środek powierzchniowo-czynny.

Korzystnie jest, jeżeli żywica zawiera alkohole alifatyczne zawierające 2 + 4 grupy hydroksylowe takie jak glikol etylenowy, glikol dietylenowy, gliceryna, pentaerytryt i/lub poli(glikole etylenowe) średnich masach cząsteczkowych 200 + 600.

PL 211 922 B1

Żywica według wynalazku jest doskonałym surowcem, składnikiem żywicowym o niskiej lepkości i niskiej zawartości nieprzereagowanych substratów, do otrzymywania wysokiej jakości pianek fenolowych, przydatnych do stosowania w górnictwie.

Składnik żywicowy zawiera rezolową żywicę fenolowo-formaldehydową która pełni funkcję środka wiążącego.

Funkcję poroforu spełnia mieszanina węglanów wapnia aragonitu i kalcytu i/lub dolomitu. Zastosowanie w charakterze poroforu mieszaniny węglanów wapnia i dolomitów pozwala w sposób elastyczny rekompensować wpływ temperatury otoczenia na krotność spienienia kompozycji. W obecności węglanu wapnia w procesie spienienia i utwardzania się kompozycji, wydziela się więcej ciepła niż przy zastosowaniu wyłącznie dolomitu, co pozwala na zrekompensowanie ewentualnej niższej temperatury otoczenia. W przypadku wysokiej temperatury otoczenia na przykład powyżej 25°C proces spienienia zachodzi bardzo szybko. Ilość wydzielającego się ciepła reakcji nie jest wtedy dostatecznie szybko odprowadzana, co skutkuje wydzielaniem się wolnego formaldehydu. Zastosowanie zróżnicowanego składu poroforu pozwala na bezpośrednie zastosowanie kompozycji przechowywanej w niskich temperaturach. Natomiast w przypadku przechowywania produktu w temperaturze powyżej 20°C (kopalnia) poprzez zmiany udziału poszczególnych węglanów możliwy jest optymalny dobór stopnia spieniania, a co za tym idzie gęstości otrzymanej pianki. Środkiem tiksotropowym jest krzemionka koloidalna.

Środkiem powierzchniowoczynnym może być kopolimer krzemoorganiczny i/lub oksyetylenowany olej rycynowy.

Alkohole wielowodorotlenowe spełniają funkcję regulatora szybkość i krotności spieniania żywicy w procesie wytwarzania pianek oraz jednocześnie obniżają temperaturę tego procesu.

Zastosowanie związków wielowodorotlenowych pozwala na obniżenie szybkości reakcji i prowadzenie jej w ustalonym reżimie temperaturowo-czasowym.

P r z y k ł a d y

Rezolowa żywica do tworzyw spienionych stosowana w przykładach posiada charakterystykę:

• zawartość wolnego fenolu 4,88 cg/g, • zawartość wolnego formaldehydu 0,19 cg/g, • zawartość części nielotnych 70,50 cg/g • lepkość 172 rnPa^s.

P r z y k ł a d 1

Żywica do tworzyw spienionych zawiera:

• 90 części wagowych żywicy rezolowej, • 5 części wagowych poroforu zawierającego 99,5 cg/g aragonitu i 0,5 cg/g kalcytu, • 0,9 części wagowych krzemionki koloidalnej, • 0,5 części wagowych kopolimeru krzemoorganicznego i 0,5 części wagowych oksyetylenowanego oleju rycynowego w roli środka powierzchniowo czynnego, • 3 części wagowe glikolu dietylenowego.

Żywica do tworzyw spienionych zawiera 4,39 % wolnego fenolu i 0,11 % wolnego formaldehydu i charakteryzuje się czasem wypływu 70 s (kubek Forda numer 6).

P r z y k ł a d 2

Żywica do tworzyw spienionych zawiera:

• 85 części wagowych żywicy rezolowej, • 6 części wagowych poroforu zawierającego 89,0 cg/g aragonitu i 5 cg/g kalcytu, 1,0 cg/g dolomitu magnezowego i 5cg/g dolomitu wapiennego, • 0,8 części wagowej krzemionki koloidalnej, • 0,3 część wagowe kopolimeru krzemoorganicznego, • 10 części wagowych glikolu polietylenowego o średniej masie cząsteczkowej 200.

Żywica do tworzyw spienionych zawiera 4,13, % wolnego fenolu i 0,16 % wolnego formaldehydu i charakteryzuje się czasem wypływu 82 s (kubek Forda numer 6).

P r z y k ł a d 3

Żywica do tworzyw spienionych zawiera:

• 85,37 części wagowych żywicy rezolowej, • 6 części wagowych poroforu zawierającego 80,0 cg/g aragonitu i 10 cg/g kalcytu, 5,0 cg/g dolomitu magnezowego i 5cg/g dolomitu wapiennego, • 1 część wagową krzemionki koloidalnej, • 1 część wagową kopolimeru krzemoorganicznego i 0,03 części wagowych oksyetylatu oleju

PL 211 922 B1 rycynowego, • 6,6 części wagowych glikolu dietylenowego.

Żywica do tworzyw spienionych zawiera 4,03, % wolnego fenolu i 0,11 % wolnego formaldehydu i charakteryzuje się czasem wypływu 125 s (kubek Forda numer 6).

Claims (5)

1. Żywica do tworzyw spienionych, znamienna tym, że zawiera:

• rezolową żywicę fenolowo-formaldehydową - 65 + 95 cg/g, • mieszaninę węglanów wapnia i/lub dolomitu - 3 + 10 cg/g, • krzemionkę koloidalną jako środek tiksotropowy - 0,1 + 3,0 cg/g, • środek powierzchniowo-czynny - 0,1 + 5,0 cg/g, • alkohol wielowodorotlenowy - 1,0 + 25,0 cg/g.

2. Żywica według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera aragonit i kalcyt w roli mieszaniny węglanów wapnia.

3. Żywica według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera dolomit wapienny i/lub magnezowy.

4. Żywica według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera kopolimer krzemoorganiczny i/lub oksyetylenowany olej rycynowy jako środek powierzchniowo-czynny.

5. Żywica według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera alkohole alifatyczne zawierające 2 + 4 grupy hydroksylowe, takie jak glikol etylenowy, glikol dietylenowy, gliceryna, pentaerytryt i/lub poli(glikole etylenowe) o średnich masach cząsteczkowych 2004 + 600, w roli alkoholi wielowodorotlenowych.