PL217607B1 - Dwuskładnikowy środek do modyfikacji tworzyw poliuretanowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dwuskładnikowy środek do modyfikacji tworzyw poliuretanowych, zwłaszcza w zakresie kontrolowanego formowania porowatości i struktury tworzyw poliuretanowych, ograniczający zagrożenia pożarowe oraz wpływający na polepszenie właściwości fizyko-chemicznych finalnego tworzywa poliuretanowego zmodyfikowanego takim środkiem.

Poliuretany są to polimery o bardzo szerokim zastosowaniu w wielu dziedzinach przemysłu. W zależności od sposobu otrzymywania i dodatków technologicznych otrzymuje się z nich laminaty odzieżowe, powłoki ochronne lakiery, kleje a także szeroko stosowane pianki sztywne bądź elastyczne. Poliuretany charakteryzują się elastycznością porów zamkniętych i otwartych oraz odpornością mechaniczną na zagrożenia pożarowe. Wyróżniamy poliuretany o nazwach PUR i PIR - mieszanki polioli z odpowiednimi dodatkami sieciującymi.

Poliizocyjanurany (PIR) należą do grupy poliuretanów. Różnica pomiędzy typowymi piankami poliuretanowymi a poliizocyjanuranowymi polega na tym, że udział izocyjanianów w otrzymywaniu PIR jest zdecydowanie większy niż w PUR co prowadzi do uzyskania tworzywa o lepszych właściwościach mechanicznych i termoizolacyjnych. Jednak najważniejszą cechą odróżniającą tworzywa PIR od PUR jest ich znacznie większa odporność temperaturowa i obniżona palność. Typowe poliuretany ulegają rozkładowi termicznemu w temperaturze 200°C, natomiast w przypadku poliizocyjanuranów temperatura ta osiąga 300°C.

Pianki poliuretanowe są tworzywami poliuretanowymi o bardzo szerokim zastosowaniu. Główną klasyfikacją pianek jest ich podział na pianki elastyczne i sztywne. Pianki elastyczne stosowane są np.: w włókiennictwie natomiast pianki sztywne mają zastosowanie w meblarstwie, przemyśle samochodowym, samolotowym, budownictwie. W przypadku pianek sztywnych zwłaszcza stosowanych w budownictwie, jako tworzywa termoizolacyjne jedną z istotnych cech wpływających na ich właściwości mechaniczne jest m.in. ich porowatość. Jakość wytworzonych porów (otwarte, zamknięte), ich ilość w jednostce objętości czy sposób ich wytwarzania obok dodatków technologicznych ma istotny wpływ na produkt finalny uzyskanego tworzywa.

Wymagania dotyczące składu i właściwości tworzyw izolacyjnych poliuretanowych i poliizocyjanuranowych zwłaszcza ze względu na wpływ stosowanych dodatków na środowisko naturalne rosną wraz ze wzrostem ilości i zakresem stosowania tego typu tworzyw, a więc istnieje potrzeba zamiany dotychczasowych dodatków technologicznych takich jak porofory, plastyfikatory, wypełniacze i. in. na substancje, które dawałyby tworzywu wymagane właściwości mechaniczne, izolacyjne i jednocześnie byłyby obojętne dla środowiska naturalnego podczas ich użytkowania także w przypadku ich termicznego rozkładu.

W zgłoszeniu patentowym WO 2009011533A2 ujawniony został adiabatyczny materiał zawierający ekspandowany perlit i poliuretan oraz sposób jego otrzymywania a także tworzywa konstrukcyjne zawierające adiabatyczny materiał. Materiał według wynalazku zawiera cząstki perlitu ekspandowanego o określonej średnicy oraz perlit ekspandowany o takiej średniej średnicy cząstek aby wypełniły pustki pomiędzy cząstkami perlitu o określonej średnicy cząstek, a także jednoskładnikowe wodnospienialne uretanowe spoiwo. Materiał adiabatyczny według wynalazku jest lekki posiada doskonałe właściwości adiabatyczne, a także jest ognioodporny oraz hamuje rozprzestrzenianie się płomieni.

W amerykańskim zgłoszeniu US RE37095 (E1) ujawnione zostały termoutwardzalne pianki, korzystnie poliizocyjanurowe lub poliuretanowe, otrzymywane poprzez wytłaczanie, które pozwala na zastosowanie dużej ilości wypełniacza. Sposób otrzymywania obejmuje wprowadzenie poliolu, izocyjanianu oraz cząstek wypełniacza do ekstrudera i wymieszaniu. W czasie łączenia składników w ekstruderze dodawany jest katalizator. Katalizator dodawany może być także w ostatnim bębnie ekstrudera lub głowicy ekstrudera. Pianka z zawartością wypełniacza ponad 12% jest łatwo otrzymywana. Wypełniaczem może być: trójwodzian aluminium, perlit, sadza, ziemia okrzemkowa, fosforan amonu, lotne popioły, krzemian wapnia, węglan wapnia. Sposób według wynalazku stosowany jest do otrzymywania płyt piankowych.

Przedmiotem badania był więc dwuskładnikowy środek do kontrolowanego formowania porowatości i struktury tworzyw poliuretanowych, który to środek pozwalałby na uzyskanie pianek PUR i PIR o wymaganych właściwościach fizyko-chemicznych, a tym samym, który pozwalałby na kontrolowane otrzymywanie tworzyw o żądanych parametrach porów, takich jak jakość (zamknięte, otwarte) i ilość a jednocześnie uzyskane tworzywa spełniałyby wymagania dotyczące jakości ekologicznej, zwłaszcza w przypadku uwalniania związków chemicznych pod wpływem działania wysokiej temperatury.

PL 217 607 B1

Celem wynalazku jest dostarczenie dwuskładnikowego środka do modyfikacji tworzyw poliuretanowych, zwłaszcza w zakresie kontrolowanego formowania porowatości i struktury tworzyw poliuretanowych, który to środek pozwalałby na otrzymanie tworzyw poliuretanowych o bardzo dobrych właściwościach termoizolacyjnych a zwłaszcza wysokiej odporności na przenikanie wilgoci, o znacznej odporności cieplnej a także podwyższonej odporności na działanie ognia.

Istotą wynalazku jest zatem dwuskładnikowy środek do modyfikacji tworzyw poliuretanowych, charakteryzujący się tym, że składa się ze składnika ciekłego zawierającego wodorotlenek potasu w ilości od 2 do 65% wag., silikonian potasu w ilości od 1,8 do 29,8% wag, wodę w ilości od 5,5% wag. oraz ze składnika stałego w postaci perlitu ekspandowanego w ilości od 0,1 do 45% wag.

Korzystnie według wynalazku, perlit posiada granulację od 0,3 do 12,0 mm.

Podczas badań laboratoryjnych nad produkcją tworzyw poliuretanowych znanym sposobem, z użyciem dwuskładnikowego środka według wynalazku oraz produkcją rzeczonych tworzyw w skali półtechnicznej i technicznej z zastosowaniem dwuskładnikowego środka według wynalazku, nieoczekiwanie okazało się, że działanie silikonianu potasu w środowisku wodnym zawierającym wodorotlenek potasu, regulując porowatość masy poliuretanowej powoduje liniowy rozwój polimeryzacji z jednoczesnym formowaniem zarodków mikrosfer zawierających gaz inertny.

Pochodnymi opisanych przemian jest również nieoczekiwane addycyjne wbudowanie polimerów i podpolimerów krzemowych (z silikonianu potasu) w formowaną strukturę polimeru poliuretanowego.

Kontrolowane formowanie porowatości i struktury tworzyw poliuretanowych przy użyciu dwuskładnikowego środka według wynalazku jako modyfikatora, następuje poprzez reakcje i konwersje z izocyjanianami w trakcie przemian egzotermicznych. Nieoczekiwanie okazało się, że wzrost przewodności elektrycznej spowodowany środowiskiem zasadowym powoduje homogenizację składników i równomierne rozłożenie fazy gazowej.

Zastosowanie składnika stałego w postaci perlitu ekspandowanego o odpowiedniej granulacji w dwuskładnikowym środku według wynalazku umożliwia adsorbcje i absorbcję wody, która uwalniana jest z tego składnika z opóźnieniem co jest korzystne dla kinetyki reakcji i ostatecznej struktury tworzywa poliuretanowego.

Przedmiot według wynalazku został przedstawiony bliżej w korzystnych przykładach wykonania, nieograniczających jednak jego zakresu.

P r z y k ł a d 1

Do pojemnika zaopatrzonego w mieszadło wprowadza się: wodorotlenek potasu w ilości 2,5 kg silikonian potasu w ilości 0,2 kg wodę w ilości 0,6 kg.

Następnie uruchamia się mieszadło i po ok. 5 minutach uzyskuje się ok. 3,3 kg 30 ciekłego składnika dwuskładnikowego środka według wynalazku, który jest gotowy do użycia wraz z perlitem składnikiem stałym - w ilości 0,8 kg o granulacji 0,5 mm.

Oba składniki przygotowuje się niezależnie i przechowuje w osobnych opakowaniach oraz dodaje się na różnych etapach otrzymywania zmodyfikowanych poliuretanów.

P r z y k ł a d 2

Przykład stacjonarny uzyskania poliuretanów PUR zmodyfikowanych dwuskładnikowym środkiem według wynalazku.

Do pojemnika zaopatrzonego w mieszadło wprowadza się składnik ciekły zawierający: wodorotlenek potasu w ilości 2,5 kg silikonian potasu w ilości 0,2 kg wodę w ilości 0,6 kg.

Następnie uruchamia się mieszadło i po ok. 5 minutach uzyskuje się mieszaninę, którą w ilości 1,8% wagowych wprowadza się do poliolu (PUR) następnie całość miesza się przez 2 minuty i do powstałej mieszaniny, stale mieszając wprowadza się składnik stały w postaci perlitu o uziarnieniu 1,8 mm w ilości 2,1% wagowych, po czym całość miesza się 1,5 min i uzyskaną przedmieszkę zadaje się izocyjanianem w ilości 105% wag.

Ilość składnika ciekłego, składnika stałego oraz izocyjanianu obliczana jest w stosunku do ilości poliolu.

Całość miesza się przez 10 sekund do początku spieniania.

Czas reakcji: 3,5 min.

PL 217 607 B1

P r z y k ł a d 3

Przykład stacjonarny uzyskania poliuretanów PIR zmodyfikowanych dwuskładnikowym środkiem według wynalazku.

Do pojemnika zaopatrzonego w mieszadło wprowadza się składnik ciekły zawierający: wodorotlenek potasu w ilości 2,5 kg silikonian potasu w ilości 0,3 kg wodę w ilości 0,7 kg.

Następnie uruchamia się mieszadło i po ok. 5 minutach uzyskuje się mieszaninę którą wprowadza się w ilości 1,9% wagowych do poliolu (PIR), następnie całość miesza się przez 2 minuty i do powstałej mieszaniny, stale mieszając wprowadza się składnik stały w postaci perlitu o uziarnieniu 0,5 mm w ilości 2,9% wagowych po czym miesza się 1,5 min i uzyskaną przedmieszkę zadaje się izocyjanianem w ilości 160% wag.

Ilość składnika ciekłego, składnika stałego oraz izocyjanianu obliczana jest w stosunku do ilości poliolu.

Całość miesza się przez 9 sekund do początku spieniania.

Czas reakcji: 3,0 min.

Wprowadzenie składnika stałego w postaci perlitu o odpowiedniej granulacji do składnika wodnego zmieszanego z poliolem, umożliwia efektywniejszą homogenizację poliolu ze składnikiem ciekłym i nie wpływa na zaburzenie stosunku ilościowego poszczególnych składowych środka według wynalazku.

Tworzywa poliuretanowe zmodyfikowane dwuskładnikowym środkiem według wynalazku wykazują korzystne rozłożenie porów w zakresie geometrycznym. Zastosowanie dwuskładnikowego środka do modyfikacji tworzyw poliuretanowych według wynalazku umożliwia regulację struktury porów (otwarte, zamknięte), obniżanie gęstości tworzywa, oraz wykazuje wpływ na elastyczność tworzywa, parametry wytrzymałościowe, opór cieplny i właściwości wibroakustyczne.

Claims (2)

1. Dwuskładnikowy środek do modyfikacji tworzyw poliuretanowych, znamienny tym, że składa się ze składnika ciekłego zawierającego wodorotlenek potasu w ilości od 2 do 65% wag., silikonian potasu w ilości od 1,8 do 29,8% wag, wodę w ilości od 5,5% wag oraz ze składnika stałego w postaci perlitu ekspandowanego w ilości od 0,1 do 45% wag.

2. Dwuskładnikowy środek do modyfikacji według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że perlit posiada granulację od 0,3 do 12,0 mm.