PL249892B1 - Sposób wytwarzania wiskoelastycznej pianki poliuretanowej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania wiskoelastycznej biopianki poliuretanowej, w którym to sposobie komponent poliolowy zawierający mieszaninę polioli, substancję powierzchniowo-czynną, katalizator, przedłużacz łańcucha i wodę miesza się z komponentem izocyjanianowym, po czym wylewa do formy i sezonuje. Komponent poliolowy zawiera mieszaninę polioli, w skład której wchodzi 5% do 40% poliolu z tłuszczu zwierzęcego, od 0 do 37,5% mas. poliolu polieterowego na bazie sorbitolu, od 20% do 50% mas. reaktywnego wysokofunkcyjnego polioksyalikilenolu, 20% mas. poliolu polieterowego, kopolimeru blokowo-statystycznego tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny. Wszystkie składniki komponentu poliolowego miesza się, po czym dodaje się do nich komponent izocyjanianowy z zachowaniem indeksu izocyjanianowego od 0,45 do 0,65, całość miesza się, wylewa do formy i sezonuje.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wiskoelastycznej pianki poliuretanowej o gęstości od 56 do 112 kg/m³ z użyciem składników odnawialnych do zastosowania w produkcji komfortowych materacy, specjalistycznych materacy medycznych, poduszek anatomicznych, nakładek zmiękczających do zastosowania w meblach tapicerowanych, ochraniaczy na różne części ciała czy wkładek do butów itp.

Pianki wiskoelastyczne inaczej nazywane lepkosprężystymi stanowią grupę pianek poliuretanowych, które charakteryzują się opóźnionym czasem powrotu, po przyłożonym obciążeniu. Mają również małą odbojność. Pianki lepkosprężyste zazwyczaj mają wartości odbojności mniejsze niż 20%, w porównaniu do około 40% dla pianek konwencjonalnych i około 55-60% dla pianek wysokoodbojnych. Ze względu na swoje unikalne właściwości, pianki wiskoelastyczne znalazły wiele zastosowań, takich jak poduszki, materace, fotele lotnicze, słuchawki, buty narciarskie, buty turystyczne, opakowania, wkładki do kasków, maty gimnastyczne.

Podobnie jak inne materiały poliuretanowe, pianki wiskoelastyczne są wytwarzane w reakcji składnika poliolowego z poliizocyjanianem w obecności czynnika spieniającego. Zazwyczaj środkiem spieniającym jest woda lub mieszanina wody i poroforu fizycznego. Ważnym w procesie otrzymywania pianek wiskoelastycznych jest dobór odpowiedniego układu polioli, ilości wody oraz ilości izocyjanianu.

Obecnie poliole otrzymuje się przede wszystkim z surowców ropopochodnych. Ze względu na niestabilne ceny surowców ropopochodnych oraz ich ograniczone zasoby istnieje rosnąca potrzeba wytwarzania nowych wiskoelastycznych pianek poliuretanowych, które zawierają surowce odnawialne, takie jak poliole z różnych olejów roślinnych zarówno jadalnych, jak niejadalnych oraz odpadowych. Kierując się zasadami Zielonej Chemii wskazanym jest, aby proces otrzymywania poliolu byt maksymalnie uproszczony, jednoetapowy i bezrozpuszczalnikowy.

Ze zgłoszenia patentowego US 2015/0004389 A1 „Viscoelastic foam znany jest sposób otrzymywania wiskoelastycznych pianek poliuretanowych polegający na sporządzeniu odpowiedniej mieszaniny reakcyjnej. W skład mieszaniny reakcyjnej wchodzi składnik poliolowy, izocyjanian, środek porotwórczy, jeden lub więcej katalizatorów i środek powierzchniowo czynny na bazie silikonu. Składnik reagujący z izocyjanianem zawiera od 25 do 80% wagowych co najmniej jednego polioksypropylenowego / polioksyetylenowego poliolu o łącznej średniej liczbowej masie cząsteczkowej Mn od 1300 do 1700 g/mol o udziale procentowym pierwszorzędowych grup OH od 80 do 95% całkowitej liczby grup OH polioksypropylenowego / polioksyetylenowego poliolu oraz od 5 do 30% wagowych co najmniej jednego niskofunkcyjnego poliolu o funkcyjności od 1,5 do 2,5 o łącznej średniej liczbowej masie równoważnej od 500 do 1500 g/mol i liczbie hydroksylowej od 40 do 70 mg KOH/g. Pianki są przygotowywane przez połączenie składnika izocyjanianowego ze składnikiem poliolowym oraz katalizatorami, środkami powierzchniowo czynnymi i poroforem - wodą. Pianki są produkowane przy indeksie izocyjanianowym 70. Otrzymane wg wynalazku pianki charakteryzowały się gęstością 44-46 kg/m³, odkształceniem trwałym wynoszącym 2,7-4,3%, histerezą 31-36%.

Dbałość o środowisko oraz ograniczone zasoby surowców kopalnianych sprawia, że coraz częściej poszukuje się rozwiązań proekologicznych i próbuje się zastosować poliole na bazie surowców naturalnych zazwyczaj roślinnych. W celu otrzymania poliolu z olejów roślinnych należy do ich cząsteczki wprowadzić grupy hydroksylowe. Z literatury fachowej i patentowej znana jest m.in. modyfikacja wiązania podwójnego poprzez jego epoksydację, a następnie otwarcie powstałych pierścieni oksiranowych, albo poprzez reakcję wiązania estrowego w wyniku reakcji transestryfikacji, ozonolizę, hydroformylowanie itp.

W artykule autorstwa M. Kurańska i E. Malewska „Waste cooking oil as starting resource to produce bio-polyol - analysis of transesteryfication process using gel permeation chromatography” Industrial Crops & Products 162 (2021) 113294 opisano sposób otrzymywania biopoliolu z oleju roślinnego na drodze transestryfikacji. Sposób polega na przeprowadzeniu reakcji oleju roślinnego z czynnikiem transestryfikującym, którym mogą być związki zawierające przynajmniej dwie grupy hydroksylowe np. glikol dietylenowy, trietanoloamina, gliceryna itp. Olej z czynnikiem transestryfikującym łączy się w stosunku molowym 1:3. W reakcji stosuje się katalizatory o charakterze kwasowym lub zasadowym dodawane zazwyczaj w ilości od 0,15 do 0,45% masowych w stosunku do sumy reagentów. Najkorzystniej reakcję prowadzi się w temperaturze 175°C, a w przypadku zastosowania gliceryny nawet 245°C przez 2 godziny, otrzymuje się gotowy do zastosowania - biopoliol. Produkt otrzymywany jest jednoetapowo, bez konieczności stosowania dodatkowych etapów takich jak rozdzielanie czy oczyszczanie. Proces jest bezrozpuszczalnikowy, co zgodne jest z zasadami Zielonej Chemii. Tak otrzymane biopoliole użyto do otrzymywania sztywnych pianek poliuretanowych zamknięto- lub otwartokomórkowych przeznaczonych do izolacji termicznej.

W dokumencie patentowym US7700661 B2 „A process for the in situ production of polyether polyols based on renewable materials and their use in the production of flexible polyurethane foams” ujawniono możliwość zastosowania biopoliolu na bazie oleju naturalnego do wytwarzania pianek elastycznych. Hydroksylowany olej roślinny, tlenek alkilenu i poliol o niskiej masie cząsteczkowej poddaje się reakcji w pojedynczym reaktorze. Otrzymany biopoliol na bazie oleju naturalnego charakteryzował się liczbą hydroksylową między 150 a 175 mg KOH/g i był dodawany w ilości stanowiącej od 10,9 do 11,8% w sumarycznej masie polioli. Gęstość pozorna otrzymanych pianek mieściła się w granicach 16-160 kg/m³.

W zgłoszeniu US2010/0048754A1 opisano sposób wytwarzania pianek wiskoelastycznych, w których zastosowano biopoliol na bazie oleju roślinnego wytworzony w dwuetapowym procesie poprzez jego epoksydację, a następnie otwarcie pierścieni oksiranowych różnymi czynnikami otwierającymi. Opisany biopoliol charakteryzował się liczbowo średnią masą cząsteczkową Mn między 1000 a 5000 g/mol, wagowo średnią masą cząsteczkową Mw między 2000 a 50000 g/mol oraz lepkością między 500 a 20000 cP. Biopoliol na bazie oleju roślinnego dodawany był w ilości 10-70% w odniesieniu całości polioli. Otrzymane pianki charakteryzowały się gęstością od 24-110 kg/m³ i odbojnością 20% lub mniej.

Ze zgłoszenia patentowego US2010/0087561A1 znany jest sposób wytwarzania pianek wiskoelastycznych z zastosowaniem biopolioli otrzymanych na bazie oleju roślinnego. W pierwszym etapie olej poddawany jest oligomeryzacji, a w drugim etapie dodatkowo transestryfikacji lub amidyzacji. Otrzymane biopoliole charakteryzowały się Mn w zakresie od około 1000 g/mol do około 5000 g/mol i Mw w zakresie od około 5000 do około 50 000 g/mol oraz liczbą hydroksylową poniżej 150 mg KOH/g. Amidyzowany lub transestryfikowany oligomeryczny naturalny poliol ma zazwyczaj średnią funkcyjność (Fn) poniżej 2,0. W opisanym sposobie wytwarzania pianek wiskoelastycznych poliol na bazie oleju był stosowany w mieszaninie polioli w ilości 10-99%.

W artykule H. Nurul 'Ain, T et al. „Natural Palm Olein Polyol as a Replacement for Polyether Polyols in Viscoelastic Polyurethane Foam”, J Am Oil Chem Soc (2016) 93:983-993 opisano sposób, w którym, przy otrzymywaniu pianki wiskoelastycznej, trzy poliole polieterowe zastąpiono biopoliolem pochodzenia naturalnego na bazie oleiny palmowej (NOP), o liczbie hydroksylowej 134 mg KOH/g i lepkości 4400 cP. Biopoliol został otrzymany z epoksydowanego oleju palmowego. Ilość zastosowanego biopoliolu (NOP) wynosiła od 0 do 35% w zależności od receptury. Dodatek NOP nieznacznie zwiększał szybkość reakcji spieniania. Zwiększanie zawartości NOP spowodowało również zmianę rozmiaru komórek otwartych z 0,57 mm (dla pianki bez NOP) do 1,32 mm (dla pianki z 35% NOP). Gęstość pozorna pianek wraz ze wzrostem NOP wzrosła z 42 do 52 kg/m³, podobnie sprężystość z ok. 4,6% do ok. 9,7%.

W artykule Benjamin R. Vaughan et al., „Effect of Vegetable-Based Polyols in Unimodal GlassTransition Polyurethane Slabstock Viscoelastic Foams and Some Guidance for the Control of Their Structure-Property Behavior. I” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 119, 2683-2697 (2011), autorzy ujawnili zastosowanie biopoliolu na bazie oleju sojowego o średniej masie cząsteczkowej Mn = 928 g/mol w ilości do 50% oraz olej rycynowy w ilości 100% w celu otrzymania pianek wiskoelastycznych. Otrzymano pianki o gęstości 43 kg/m³ i współczynniku komfortu ok. 2.

Pod pojęciem poliolu z tłuszczu zwierzęcego rozumie się produkt reakcji transestryfikacji tłuszczu zwierzęcego (triglicerydu) z trójfunkcyjnymi czynnikami zawierającymi grupy hydroksylowe i/lub amidowe tj. trietanoloamina.

Podobnie, jak oleje roślinne również tłuszcze zwierzęce czyste lub odpadowe mogą stanowić doskonały surowiec do produkcji hydroksylowych pochodnych, które mogą znaleźć zastosowanie w produkcji biomateriałów. Surowiec ten jest tani i odnawialny. Co więcej, naturalne tłuszcze i produkty z nich otrzymywane są przyjazne dla środowiska. W literaturze opisano między innymi możliwość modyfikacji tłuszczów zwierzęcych w celu otrzymania olejów smarujących, biodiesla, plastyfikatora w foliach, czy kosmetyków. Tylko nieliczne artykuły opisują możliwość zastosowania tłuszczu zwierzęcego do wytwarzania polioli przeznaczonych do produkcji poliuretanów. W opisach tych zastosowano kilkuetapowe metody wytwarzania poliolu np. epoksydację wiązań podwójnych, a następnie ich otwarcie. Nie natrafiono w literaturze naukowej i patentowej na możliwości otrzymania pianek wiskoelastycznych z ich udziałem.

F. SCHOLNICK, E.J. SAGGESE, M. ZUBILLAGA, H.A. MONROE, JR., and A.N. WRIGLEY w artykule „Urethane Foams From Animal Fats. VI. Improved Properties of Lard and Tallow-Based Foams” opisali sposób wytwarzania poliolu na bazie smalcu wieprzowego poprzez epoksydację, a następnie działanie na epoksydowany trigliceryd gazowym bromowodorem. W ytworzony w ten sposób poliol został zastosowany do otrzymania sztywnych pianek poliuretanowych o gęstości ok. 35 kg/m³, wytrzymałości 90-160 kPa oraz zwiększonej odporności na działanie ognia.

A. BI LYK, EJ. SAGGESE, HA. MONROE, JR., and M.P. ZUBI LLAGA w artykule „Urethane Foams from Animal Fats: X. Urethane Polyols from Epoxidized Tallow, Trimethylolpropane, and Propylene Oxide” opisali sposób otrzymywania w trzystopniowej reakcji polioli z epoksydowanego łoju, trimetylolopropanu i tlenku propylenu. Otrzymane poliole zastosowano do wytworzenia sztywnej pianki poliuretanowej o niskiej gęstości. Gęstość wynosiła od 25 do 28 kg/m³, a wytrzymałość na ściskanie od 160 do 200 kPa.

W artykule autorstwa Hernandez-Cruz, Maritza; Ramirez-Roblero, Yenifer; Lujan-Hidalgo, Maria C., Castanón-Gonzalez, Jose H.; Dominguez, Zaira, Meza-Gordillo, Rocio pod tytyłem „Synthesis and characterization of polyols made from poultry fat” opisano sposób otrzymywania poliolu z tłuszczu drobiowego na drodze epoksydacji i otwarcia pierścieni oksiranowych. Otrzymany poliol charakteryzował się liczbą hydroksylową 74 mg KOH/g. Autorzy nie wskazali potencjalnego zastosowania otrzymanego poliolu.

Istnieje możliwość otrzymywania poliolu z tłuszczu zwierzęcego metodą analogiczną do opisanej w publikacji Malewska, E.; Kurańska, M.; Tenczyńska, M.; Prociak, A. Application of Modified Seed Oils of Selected Fruits in the Synthesis of Polyurethane Thermal Insulating Materials. Materials 2024, 17, 158., która jest prosta, jednoetapowa i bezrozpuszczalnikowa, dzięki czemu odpowiada na wymagania stawiane Zielonej Chemii. Zgodnie z metodą w celu wytworzenia biopoliolu umieszcza się w reaktorze olej roślinny, który mieszając podgrzewa się do temperatury od 170 do 240°C (w zależności od rodzaju zastosowanego czynnika transestryfikującego). Następnie do ogrzanego oleju dodaje się katalizator np. octan cynku, wodorotlenek sodu, węglan potasu itp. w ilości między 0,15%, a 0,45% masowych w stosunku do masy oleju. Po rozpuszczeniu katalizatora dodaje się czynnik transestryfikujący. Czynnik transestryfikujący dodaje się w ilości odpowiadającej stosunkowi molowemu 1:3 (olej : czynnik transestryfikujący). Czynnikiem transestryfikującym może być trietanoloamina, gliceryna, dietylenoamina itp. Po zadozowaniu czynnika transestryfikującego reakcję prowadzi się przez dwie godziny, cały czas mieszając i utrzymując odpowiednią temperaturę. Po tym czasie produkt ochładza się do temperatury pokojowej. Po oznaczeniu właściwości biopoliol jest gotowy do użycia.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania pianek wiskoelastycznych,w którym użyto poliolu otrzymanego w wyniku jednoetapowej bezrozpuszczalnikowej metody transestryfikacji tłuszczu zwierzęcego.

Zgodnie z wynalazkiem sposób wytwarzania wiskoelastycznej biopianki poliuretanowej, w którym to sposobie komponent poliolowy zawierający mieszaninę polioli, substancję powierzchniowo-czynną, katalizator, przedłużacz łańcucha i wodę miesza się z komponentem izocyjanianowym, po czym wylewa do formy i sezonuje, charakteryzuje się tym, że komponent poliolowy zawiera mieszaninę polioli o składzie: od 5 do 40% mas. poliolu z tłuszczu zwierzęcego o liczbie hydroksylowej od 347 do 370 mg KOH/g, od 0 do 37,5% mas. poliolu polieterowego na bazie sorbitolu o liczbie hydroksylowej od 400 do 420 mg KOH/g, od 20 do 50% mas. reaktywnego wysokofunkcyjnego polioksyalikilenolu o liczbie hydroksylowej od 28 do 31 mg KOH/g, 20% mas. poliolu polieterowego, kopolimeru blokowo-statystycznego tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny o liczbie hydroksylowej od 31 do 36 mg KOH/g. Dodatkowo komponent poliolowy na każde 100 g mieszaniny polioli zawiera od 0,2 do 1,2 g katalizatora, korzystnie dioctanu dibutylocyny lub 1,4-diazabicykol[2.2.2]oktanu, od 0,1 do 0,8 g substancji powierzchniowo czynnych, korzystnie siloksanowego kopolimeru polialkilenooksydowego, od 2 do 3 g przedłużacza łańcucha, korzystnie glikolu dietylenowego i od 2 do 3,8 g wody, jako chemicznego środka spieniającego. Wszystkie składniki komponentu poliolowego miesza się przez 10 do 60 s z prędkością od 1000 do 5000 obr/min., po czym dodaje się do nich komponent izocyjanianowy z zachowaniem indeksu izocyjanianowego od 0,45 do 0,65, całość miesza się, ciśnieniowo lub mechanicznie przez 5 do 12 s z prędkością od 3000 do 5000 obr/min, wylewa do formy i sezonuje minimum 24 godziny.

Korzystnie mieszanina polioli zawiera 30-60% mas. poliolu z tłuszczu zwierzęcego i poliolu polieterowego na bazie sorbitolu, 20% mas. poliolu polieterowego kopolimeru blokowo-statystycznego tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny oraz reaktywny wysokofunkcyjny polioksyalikilenol w uzupełnieniu do 100% mas. polioli.

Korzystnie używa się poliol z tłuszczu zwierzęcego o lepkości 50-200 mPa^s i Mn od 480 do 530 g/mol, który otrzymuje się z tłuszczu zwierzęcego w reakcji transestryfikacji tłuszczu zwierzęcego, jadalnego, niejadalnego lub odpadowego.

PL 249892 Β1

Korzystnie jako komponent izocyjanianowy używa się polimeryczny diizocyjanian difenylometanu o zawartości grup NCO 28%.

Dzięki zastosowaniu sposobu według wynalazku zmniejszono ilość użytego środka powierzchniowo czynnego w porównaniu do pianek wiskoelastycznych wytwarzanych tradycyjnymi metodami.

Aby otrzymać pianki o zadowalających właściwościach fizyko-mechanicznych niezbędne jest zastosowanie środka powierzchniowo czynnego, który gwarantuje właściwą strukturę komórkową materiału. Wprowadzając poliol z tłuszczu zwierzęcego do receptury pianki wiskoelastycznej nieoczekiwanie okazało się, że można zmniejszyć ilość stosowanego środka powierzchniowo czynnego, a pomimo to struktura komórkowa pianki jest odpowiednia, a właściwości materiału korzystne. Uzyskane pianki mają gęstość pozorną w zakresie 56-112 kg/m³ i charakteryzują się nieoczekiwanie korzystnymi właściwościami mechanicznymi tj. małą odbojnością poniżej 15%, histerezą powyżej 80% oraz współczynnikiem komfortu powyżej 2 i wydłużonym czasem powrotu powyżej 30 s.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach:

Przykład 1

Tabela 1.

Składnik	Zawartość [g]
TRE-TW	10
poliol polieterowy na bazie sorbitolu	35
poliol polieterowy, kopolimer blokowostatystyczny tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny	20
reaktywny wysokofunkcyjny po I ioksyali kilenol	35
dioctan dibutylocyny	1
siloksanowy kopolimer polialkilenooksydowy	0,8
HzO	3,8
glikol dietylenowy	3,0
polimeryczny diizocyjanian difenylometanu PMDI (%NCO=28%)	56,85
Inco	0,45

Wiskoelastyczną piankę poliuretanową syntezowano metodą jednoetapową z układów dwukomponentowych. W wyniku reakcji transestryfikacji stałego tłuszczu wieprzowego trietanoloaminą otrzymano poliol z tłuszczu zwierzęcego: TRE-TW o liczbie hydroksylowej 370 mg KOH/g, średniej masie molowej 510 g/mol oraz lepkości 80 mPa s.

Składniki komponentu poliolowego: poliol TRE-TW, petrochemiczny reaktywny wysokofunkcyjny poiioksyalikilenol, poliol polieterowy kopolimer blokowo-statystyczny tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny oraz reaktywny poliol polieterowy na bazie sorbitolu, substancja powierzchniowo czynna, katalizator, przedłużacz łańcucha (glikol dietylenowy) oraz woda jako chemiczny środek spieniający. Składniki odważono w ilości wskazanej w Tabeli 1, wymieszano przez 10 s mieszadłem mechanicznym przy 1000 obr/min. Po wymieszaniu składników, do komponentu poliolowego, dodano komponent izocyjanianowy polimeryczny diizocyjanian difenylometanu (PMDI) w ilości 56,85 g. Układ mieszano przez 5 s mieszadłem mechanicznym o szybkości 3000 obr/min i wylewano do formy. Piankę sezonowano w formie przez 24 h.

Właściwości pianki otrzymanej zgodnie z przykładem przedstawiono w Tabeli 6.

PL 249892 Β1

Przykład 2 Tabela 2.

Składnik	Zawartość [g]
TRE-TK	20
poliol polieterowy na bazie sorbitolu	30
poliol polieterowy kopolimer blokowostatystyczny tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny	20
reaktywny wysokofunkcyjny polioksyalikilenol	30
dioctan dibutylocyny	1,0
siloksanowy kopolimer polialkilenooksydowy	0,8
H2O	2,47
glikol dietylenowy	3,0
polimeryczny diizocyjanian difenylometanu PMDI (%NCO=28%)	48,2
Inco	0,45

Wiskoelastyczną piankę poliuretanową syntezowano metodą jednoetapową z układów dwukomponentowych. W wyniku reakcji transestryfikacji stałego tłuszczu kaczego trietanoloaminą otrzymano poliol z tłuszczu zwierzęcego: TRE-TK o liczbie hydroksylowej 347 mg KOH/g, średniej masie molowej 480 g/mol oraz lepkości 63 mPa s.

Składniki komponentu poliolowego: poliol TRE-TK, petrochemiczny reaktywny wysokofunkcyjny polioksyalikilenol, poliol polieterowy kopolimer blokowo-statystyczny tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny oraz reaktywny poliol polieterowy na bazie sorbitolu, substancja powierzchniowo czynna, katalizator, przedłużacz łańcucha (glikol dietylenowy) oraz woda jako chemiczny środek spieniający. Składniki odważono w ilości wskazanej w Tabeli 2, wymieszano przez 60 s mieszadłem mechanicznym przy 5000 obr/min. Po wymieszaniu składników, do komponentu poliolowego, dodano komponent izocyjanianowy polimeryczny diizocyjanian difenylometanu (PMDI) w ilości 48,2 g. Układ mieszano przez 12 s mieszadłem mechanicznym o szybkości 5000 obr/min i wylewano do formy. Piankę sezonowano w formie przez 24 h.

Właściwości pianki otrzymanej zgodnie z przykładem przedstawiono w Tabeli 6.

Przykład 3

Tabela 3

Składnik	Zawartość [g]
TRE-TW	40
poliol polieterowy na bazie sorbitolu poliol polieterowy kopolimer blokowostatystyczny tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny	20 20

PL 249892 Β1

reaktywny wysokofunkcyjny polioksyalikilenol	20
dioctan dibutylocyny	0,2
siloksanowy kopolimer polialkilenooksydowy	0,1
H2O	2,3
glikol dietylenowy	2,0
polimeryczny diizocyjanian difenylometanu PMDI (%NCO=28%)	55,9
Inco	0,50

Wiskoelastyczną piankę poliuretanową syntezowano metodą jednoetapową z układów dwukomponentowych. W wyniku reakcji transestryfikacji stałego tłuszczu wieprzowego trietanoloaminą otrzymano poliol z tłuszczu zwierzęcego: TRE-TW o liczbie hydroksylowej 370 mg KOH/g, średniej masie molowej 510 g/mol oraz lepkości 80 mPa s.

Składniki komponentu poliolowego: poliol TRE-TW, petrochemiczny reaktywny wysokofunkcyjny polioksyalikilenol, poliol polieterowy kopolimer blokowo-statystyczny tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny oraz reaktywny poliol polieterowy na bazie sorbitolu, substancja powierzchniowo czynna, katalizator, przedłużacz łańcucha (glikol dietylenowy) oraz woda jako chemiczny środek spieniający. Składniki odważono w ilości wskazanej w Tabeli 3, wymieszano przez 30 s mieszadłem mechanicznym przy 3000 obr/min. Po wymieszaniu składników, do komponentu poliolowego, dodano komponent izocyjanianowy polimeryczny diizocyjanian difenylometanu (PMDI) w ilości 55,9 g. Układ mieszano przez 10 s mieszadłem mechanicznym o szybkości 5000 obr/min i wylewano do formy. Piankę sezonowano w formie przez 24 h.

Właściwości pianki otrzymanej zgodnie z przykładem przedstawiono w Tabeli 6.

Przykład 4

Tabela 4

Składnik	Zawartość [g]
TRE-TW	30
poliol polieterowy kopolimer blokowostatystyczny tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny	20
reaktywny wysokofunkcyjny polioksyalikilenol	50
dioctan dibutylocyny	1,2
siloksanowy kopolimer polialkilenooksydowy	0,8
H2O	2,0
glikol dietylenowy	3,0
polimeryczny diizocyjanian difenylometanu PMDI (%NCO=28%)	48,5
Inco	0,65

PL 249892 Β1

Wiskoelastyczną piankę poliuretanową syntezowano metodą jednoetapową z układów dwukomponentowych. W wyniku reakcji transestryfikacji stałego tłuszczu wieprzowego trietanoloaminą otrzymano poliol z tłuszczu zwierzęcego: TRE-TW o liczbie hydroksylowej 370 mg KOH/g, średniej masie molowej 510 g/mol oraz lepkości 80 mPa s.

Składniki komponentu poliolowego: poliol TRE-TW, petrochemiczny reaktywny wysokofunkcyjny polioksyalikilenol, poliol polieterowy kopolimer blokowo-statystyczny tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny substancja powierzchniowo czynna, katalizator, przedłużacz łańcucha (glikol dietylenowy) oraz woda jako chemiczny środek spieniający. Składniki odważono w ilości wskazanej w Tabeli 4, wymieszano przez 40 s mieszadłem mechanicznym przy 4000 obr/min. Po wymieszaniu składników, do komponentu poliolowego, dodano komponent izocyjanianowy polimeryczny diizocyjanian difenylometanu (PMDI) w ilości 48,5 g. Układ mieszano przez 7 s mieszadłem mechanicznym o szybkości 4000 obr/min i wylewano do formy. Piankę sezonowano w formie przez 24 h.

Właściwości pianki otrzymanej zgodnie z przykładem przedstawiono w Tabeli 6.

Przykład 5

Tabela 5.

Składnik	Zawartość [g]
TRE-TK	5
poliol polieterowy na bazie sorbitolu	37,5
poliol polieterowy kopolimer blokowostatystyczny tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny	20
reaktywny wysokofunkcyjny polioksyalikilenol	37,5
l,4-diazabicykol[2.2.2]oktan - Katalizator	1,0
siloksanowy kopolimer polialkilenooksydowy	0,8
H2O	2,49
glikol dietylenowy	3,0
polimeryczny diizocyjanian difenylometanu PMDI (%NCO=28%)	45,8
Inco	0,45

Wiskoelastyczną piankę poliuretanową syntezowano metodą jednoetapową z układów dwukomponentowych. W wyniku reakcji transestryfikacji stałego tłuszczu kaczego trietanoloaminą otrzymano poliol z tłuszczu zwierzęcego TRE-TK o liczbie hydroksylowej 347 mg KOH/g, średniej masie molowej 480 g/mol oraz lepkości 63 mPa s.

Składniki komponentu poliolowego: poliol TRE-TK, petrochemiczny reaktywny wysokofunkcyjny polioksyalikilenol, poliol polieterowy kopolimer blokowo-statystyczny tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny oraz reaktywny poliol polieterowy na bazie sorbitolu, substancja powierzchniowo czynna, katalizator, przedłużacz łańcucha (glikol dietylenowy) oraz woda jako chemiczny środek spieniający. Składniki odważono w ilości wskazanej w Tabeli 5, wymieszano przez 20 s mieszadłem mechanicznym przy 2000 obr/min. Po wymieszaniu składników, do komponentu poliolowego, dodano kom

PL 249892 Β1 ponent izocyjanianowy polimeryczny diizocyjanian difenylometanu (PMDI) w ilości 45,8 g. Układ mieszano przez 6 s mieszadłem mechanicznym o szybkości 3000 obr/min i wylewano do formy. Piankę sezonowano w formie przez 24 h.

Właściwości pianki otrzymanej zgodnie z przykładem przedstawiono w Tabeli 6.

Tabela 6. Właściwości pianek otrzymanych zgodnie z przykładami 1-5

	Gęstość pozorna [kg/m3]	Twardość [kPa]	Współczynnik komfortu	Histereza	Odbojność [%]	Czas powrotu [s]
Przykład 1	56,7	3,83	3,93	0,86	<10%	108
Przykład 2	98,0	1,99	2,06	0,73	<10%	97
Przykład 3	97,4	10,51	2,65	0,96	<10%	>300
Przykład 4	111,8	9,60	2,45	0,59	<10%	8
Przykład 5	90,2	2,82	2,21	0,74	<10%	76

Analizę właściwości fizykomechanicznych pianek poliuretanowych wykonano zgodnie z normami:

Gęstość pozorna - EN ISO 845:2006

Odbojność - ISO 8307:2007

Czas powrotu - wytyczne IKEA IOS-MAT-0076

Wytrzymałość na ściskanie - PN-EN ISO 3386-1:1997 w tym:

Twardość - wartość naprężenia ściskającego przy 40% odkształceniu.

Wartość histerezy oraz współczynnika komfortu obliczono z następujących wzorów:

_w

Wspólspóic ik _ komfortu= ^25% gdzie:

Ρβ5% - naprężenie niezbędne do odkształcenia pianki o 65% jej początkowej grubości [kPa], p25% - naprężenie niezbędne do odkształcenia pianki o 25% jej początkowej grubości [kPa],

W -W

Histereza ty load gdzie:

Wioad- praca wykonana podczas obciążania pianki [J], Wunioad- praca podczas odciążania pianki [J].

Claims (9)

1. Sposób wytwarzania wiskoelastycznej biopianki poliuretanowej, w którym to sposobie komponent poliolowy zawierający mieszaninę polioli, substancję powierzchniowo-czynną, katalizator, przedłużacz łańcucha i wodę miesza się z komponentem izocyjanianowym, po czym wylewa do formy i sezonuje, znamienny tym, że komponent poliolowy zawiera mieszaninę polioli o składzie: od 5 do 40% mas. poliolu z tłuszczu zwierzęcego o liczbie hydroksylowej od 347 do 370 mg KOH/g, od 0 do 37,5% mas. poliolu polieterowego na bazie sorbitolu o liczbie hydroksylowej od 400 do 420 mg KOH/g, od 20 do 50% mas. reaktywnego wysokofunkcyjnego polioksyalikilenolu o liczbie hydroksylowej od 28 do 31 mg KOH/g, 20% mas. poliolu polieterowego, kopolimeru blokowo-statystycznego tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny o liczbie hydroksylowej od 31 do 36 mg KOH/g, ponadto na każde 100 g mieszaniny polioli zawiera od 0,2 do 1,2 g katalizatora, od 0,1 do 0,8 g substancji powierzchniowo czynnej, od 2 do 3 g przedłużacza łańcucha i od 2 do 3,8 g wody, wszystkie składniki komponentu poliolowego miesza się przez 10 do 60 s z prędkością od 1000 do 5000 obr/min., a następnie dodaje się do nich komponent izocyjanianowy z zachowaniem indeksu izocyjanianowego od 0,45 do 0,65 i całość miesza się przez 5 do 12 s z prędkością od 3000 do 5000 obr/min, wylewa do formy i sezonuje minimum 24 godziny.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanina polioli zawiera 30-60% mas. poliolu z tłuszczu zwierzęcego i poliolu polieterowego na bazie sorbitolu, 20% mas. poliolu polieterowego kopolimeru blokowo-statystycznego tlenku etylenu i tlenku propylenu na bazie gliceryny oraz reaktywny wysokofunkcyjny polioksyalikilenol w uzupełnieniu do 100 % mas.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że używa się poliol z tłuszczu zwierzęcego o lepkości 50-200 mPa^s i Mn od 200 do 550 g/mol.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poliol z tłuszczu zwierzęcego jest produktem reakcji transestryfikacji tłuszczu zwierzęcego, jadalnego, niejadalnego lub odpadowego.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako katalizator stosuje się dioctan dibutylocyny lub 1,4-diazabicykol[2.2.2]oktan.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substancje powierzchniowo-czynną stosuje się siloksanowy kopolimer polialkilenooksydowy.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako przedłużacz łańcucha stosuje się glikol dietylenowy.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako komponent izocyjanianowy stosuje się polimeryczny diizocyjanian difenylometanu o zawartości grup NCO 28%.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że komponent poliolowy i komponent izocyjanianowy miesza się mechanicznie lub ciśnieniowo.