PL212146B1 - Sposób otrzymywania katalizatora do tworzyw spienionych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania katalizatora do tworzyw spienionych, pianek fenolowych, 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 nr WO 97/08230 opisano sposób otrzymywania spieniającej się kompozycji, w skład której wchodzi żywica fenolowo-formaldehydowa, typu rezolowego, środek spieniający, środek powierzchniowo czynny 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 (poroforu) stosuje się nie zawierające halogenowców węglowodory C4-C7. Środkiem powierzchniowo czynnym 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 tych składników otrzymuje się spienioną żywicę o gęstości w zakresie od 8,01 do 144,166 kg/m³.

W zgłoszeniu patentowym nr PL 312 356 opisano sposób wytwarzania pianki fenolowej przy użyciu heksafluorobutanu (HFB) w charakterze środka spieniającego. Żywicę bazową otrzymuje się w wyniku kondensacji związku fenolowego, korzystnie fenolu, z formaldehydem w stosunku molowym

1:1 + 2,5, w obecności katalizatora, takiego jak wodorotlenek metalu alkalicznego, na przykład wodo₂ rotlenku sodowego. Stosowana żywica posiada lepkość w zakresie 10-100 cm²/s (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 nr PL 299 392 opisano 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 konieczność prowadzenia operacji spieniania w temperaturze około 20°C, niższa temperatura otoczenia wyraźnie zmniejsza krotność spienienia kompozycji. Otrzymana w ten sposób żywica nie posiada także wymaganych właściwości antyelektrostatycznych (opór zmierzony w standaryzowanych warunkach wynosi dla tej żywicy > 1,0 GΩ).

Celem wynalazku było opracowanie sposobu wytwarzania katalizatora do spieniania i utwardzania żywicy fenolowej, do wytwarzania pianek fenolowych przydatnych do stosowania w górnictwie.

Okazało się, że dzięki doborowi odpowiednich składników i sposobu wytwarzania katalizatora, możliwe jest otrzymanie pianek fenolowych przydatnych do stosowania w górnictwie.

Sposób według wynalazku polega na tym, że do reaktora wprowadza się 1,9-2,2 części molowych fenolu i mieszając dozuje się 5-6,5 części molowych stężonego kwasu siarkowego z taką prędkością aby temperatura w reaktorze nie przekroczyła 70°C, następnie przez 25-35 minut prowadzi się sulfonowanie fenolu w temperaturze 55-75°C, zawartość reaktora podgrzewa się do 100-125°C i prowadzi się reakcję sulfonowania przez 30-60 minut pod chłodnicą zwrotną, po czym całość ochładza się do 25-30°C, dodaje się 4,5-5,5 części molowych wody oraz 0,9-1,1 części molowych kwasu fosforowego H3PO4, całość ponownie ochładza się do 20-30°C i miesza się przez 10-20 minut.

Korzystnie jest, jeżeli dodaje się 4,5-5,5 części molowych wody, 0,9-1,1 części molowych kwasu fosforowego H3PO4 oraz 0,6-0,8 części molowych gliceryny.

P r z y k ł a d

Do reaktora wprowadza się 205 kg fenolu i mieszając dozuje się 610 kg kwasu siarkowego o stężeniu 97,2 cg/g z taką prędkością, aby temperatura w reaktorze nie przekroczyła 70°C, naPL 212 146 B1 stępnie przez 30 minut prowadzi się sulfonowanie fenolu w temperaturze 72°C, zawartość reaktora podgrzewa się do 118°C i prowadzi się reakcję sulfonowania przez 60 minut pod chłodnicą zwrotną po czym całość ochładza się do 30°C, dodaje się 95 kg wody oraz 115 kg kwasu fosforowego H3PO4, o stężeniu 85 cg/g. Całość ponownie ochładza się do 25°C, dodaje się 63,0 kg gliceryny i miesza się przez 15 minut.

Claims (2)

1. Sposób otrzymywania katalizatora do tworzyw spienionych, znamienny tym, do reaktora wprowadza się 1,9-2,2 części molowych fenolu i mieszając dozuje się 5-6,5 części molowych stężonego kwasu siarkowego z taką prędkością, aby temperatura w reaktorze nie przekroczyła 70°C, następnie przez 25-35 minut prowadzi się sulfonowanie fenolu przez w temperaturze 55-75°C, zawartość reaktora podgrzewa się do 100-125°C i prowadzi się reakcję sulfonowania przez 30-60 minut pod chłodnicą zwrotną, po czym całość ochładza się do 25-30°C, dodaje się 4,5-5,5 części molowych wody oraz 0,9-1,1 części molowych kwasu fosforowego H3PO4, całość ponownie ochładza się do 20-30°C i miesza się przez 10-20 minut.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodaje się 4,5-5,5 części molowych wody, 0,9-1,1 części molowych kwasu fosforowego H3PO4 oraz 0,6-0,8 części molowych gliceryny.