способ получения пенополиуретана

Формула изобретения

Способ получения пенополиуретана путем взаимодействия полиизоцианата с полиольным компонентом, содержащим эфирфталат, отличающийся тем, что полиольный компонент в качестве эфирфталата содержит вторичный отход полиэтилентерефталата, растворенный в триэтаноламине или в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот, в количестве не более 67 мас.% от общей массы полиольного компонента, а взаимодействие осуществляют при соотношении полиольный компонент: полиизоцианат как 1:1-1:2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения пенополиутетанов с использованием вторичного полиэтилентерефталата и может применяться для изготовления жестких пенополиутетанов с целью их удешевления и решения экологической задачи при утилизации вторичного полиэтилентерефталата.

Известен способ получения пенополиуретана с использованием отходов производства полиэтилентерефталата (ПЭТФ) (Пат. США № 4444919 1984.04.24), где получают твердую пену ППУ, включающую реагирующий в присутствии вспенивающего агента и катализатора, органического полиизоцианата (ЛИЦ) и полиольного компонента, содержащего жидкий (остаток, отход) от изготовления полиэтилентерефталата, состоящий из олигомера терефталата и этиленгликоля, моно- и полиэтиленгликолей.

Однако данный способ получения имеет свои ограничения, так как применим только к определенному виду химического производства, основанном на использовании кубовых остатков получения полиэтилентерефталата, а не самого полимера и, тем более, не предусматривает использование вторичного полиэтилентерефталата.

Известен способ получения жесткого термоформуемого пенополиуретана путем взаимодействия полиизоцианата со смесью полиолов в присутствии катализатора, пеностабилизатора и вспенивающего агента, при этом в качестве смеси полиолов используют смесь высокомолекулярного простого полиэфирполиола с мол. м. 5000, низкомолекулярного простого полиэфирполиола с мол. м. 190560, диэтилендипропиленгликольфталата и низкомолекулярного спирта с мол. м. 62191, причем количество диэтилендипропиленгликольфталата составляет 20-40 мас.ч. на 100 мас.ч. полиольного компонента, а массовое соотношение высокомолекулярного простого полиэфирполиола с мол. м. 5000, низкомолекулярного простого полиэфирполиола с мол. м. 190560 и низкомолекулярного спирта с мол. м. 62191 составляет соответственно 1,0 0,66 (0,14 1,0) 1,0 0,30. RU 2080336 6 C08G 18/28, C08G 18/28, C08G 101:00 1997.05.27.

К недостаткам способа относится термоформование и использование специально приготовленного диэтилендипропиленгликольфталата, что усложняет процесс производства и способствует удорожанию целевого продукта.

Данное изобретение направлено на утилизацию полимерных отходов в виде тары и упаковки из полиэтилентерефталата, а также на расширение возможностей получения пенополиуретанов путем использования доступного вторичного сырья.

Техническим результатом является упрощение и удешевление процесса.

Это достигается тем, что способ получения пенополиуретана путем взаимодействия полиизоцианата с полиольным компонентом, содержащим эфирфталат, согласно изобретению полиольный компонент в качестве эфирфталата содержит вторичный отход полиэтилентерефталата в количестве не более 67 мас.% от общей массы полиольного компонента, растворенный в триэтаноламине или в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоты а взаимодействие осуществляют при соотношении полиольный компонент: полиизоцианат как 1:1-1:2.

Способ получения пенополиуретана осуществляют следующим образом: Вначале растворяют измельченные вторичные отходы из полиэтилентерефталата в триэтаноламине или в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоте при температуре 100-110°С. Полученные растворы с концентрацией 10-35% в количестве не более 67 мас.% от общей массы полиольной смеси смешивают с базовым полиольным компонентом и вводят полиизоцианат при соотношении полиольная смесь: полиизоцианат как 1:1-1:2.

Для получения пенополиуретана в качестве полиольных компонентов используют базовые компоненты: Изолан А-345, Полиур АН-10, Полиур А-101, Полиур А-500. Изолан А-345 на основе сахарозы, окиси пропилена и целевых добавок, а полиуры - продукты конденсации триэтаноламина и таллового масла с добавками поверхностно активных веществ, катализаторов и пенообразователей. Примеры конкретного выполнения приведены в примерах 1-8.1.

При этом в зависимости от базового продукта и соотношения полиольная смесь: полиизоцианат получают пенополиуретан (ППУ) со следующими свойствами.

Отличием заявляемого решения от известных является использование при получении ППУ вторичного отхода, в виде лома полимерных отходов, бытовых отходов, из полиэтилентерефталата растворенного в триэтаноламине или в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоте. Причем полученные растворы вводят в полиольный компонент в количестве не более 67%, что составляет значительную величину от общей массы полиольной смеси и значительно снижает стоимость полиольной смеси, а в конечном итоге и стоимость полученного ППУ.

Пример 1. Для получения полиольной смеси готовят 10% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения ППУ используют следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

Изолан А-345 - 100;

ПЭТФ в триэтаноламине - 10;

ПИЦ - 110;

Полученный ППУ имеет следующие свойства:

времена, сек:

старта	20-25
подъема пены	30-40
гелеобразования	40-60
отлипа	100-120
усадка, %	0,5-1,5
плотность, кг/м 3	60
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,026
Водопоглощение за 24 часа, % не более	8
прочность при сжатии, МПа, не менее	0,3
температура размягчения по Вика
при нагрузке Р=10 Н. не менее	150

Пример 1.1. Для получения полиольной смеси готовят 20% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

Изолан А-345 - 100;

ПЭТФ в триэтаноламине - 200;

ПИЦ - 600;

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

плотность, кг/м3	143
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,038
Водопоглощение за 24 часа, % не более	67
прочность при сжатии, МПа, не менее	0,9
температура размягчения по Вика
при нагрузке Р=10 Н, не менее	150

Пример 2. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоты. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

Изолан А-345 - 100;

ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 10;

ПИЦ - 110;

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

времена, сек:

старта	30-35
подъема пены	40-50
гелеобразования	50-70
отлипа	120-150
усадка, %	0,5-1,5
плотность, кг/м 3	38
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,024
Водопоглощение за 24 часа, % не более	35
прочность при сжатии, МПа, не менее	0,7

Пример 2.1. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

Изолан А-345 - 100;

ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 100;

ПИЦ - 400.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

плотность, кг/м3	60
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,027
Водопоглощение за 24 часа, % не более	70
прочность при сжатии, МПа, не менее	1,9

Пример 3. Для получения полиольной смеси готовят 20% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

ПолиурАН-10 - 100;

ПЭТФ в триэтаноламине - 10;

ПИЦ - 110.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

времена, сек:

старта	5-7
подъема пены	10-12
гелеобразования	30-35
отлипа	50-60
усадка, %	1-2
плотность, кг/м3	60
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,024
Водопоглощение за 24 часа, % не более	35
прочность при сжатии, МПа, не менее	1,0
ударная прочность, кДж/м2	4,5

Пример 3.1. Для получения полиольной смеси готовят 20% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ГОТУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

Полиур АН - 100;

ПЭТФ в триэтаноламине - 100;

ПИЦ - 400.

В данном случае получаются ПНУ со следующими свойствами:

плотность, кг/м3	100
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,027
Водопоглощение за 24 часа, % не более	70
прочность при сжатии, МПа, не менее	1,9

Пример 4. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

Полиур АН-10 - 100;

П6-БА - 200

ПЭТФ в в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 40;

ПИЦ - 340.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

времена, сек:

старта	5-7
подъема пены	1-12
гелеобразования	25-35
отлипа	35-40
усадка, %	1-2
плотность, кг/м3	75
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,024
Водопоглощение за 24 часа, % не более	76
прочность при сжатии, МПа, не менее	0,4

Пример 4.1. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

Полиур АН-10 - 100;

П6-БА - 200

ПЭТФ в в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 400;

ПИЦ - 1400;

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

плотность, кг/м3	120
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,032
Водопоглощение за 24 часа, % не более	160
прочность при сжатии, МПа, не менее	2,8

Пример 5. Для получения полиольной смеси готовят 10% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

ПолиурА-101 - 100;

ПЭТФ в триэтаноламине - 20;

ПИЦ - 120.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

времена, сек:

старта	50-70
подъема пены	75-100
гелеобразования	120-150
отлипа	200-300
усадка, %	2-3
плотность, кг/м3	70
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,033
Водопоглощение за 24 часа, % не более	40-75
прочность при сжатии, МПа, не менее	1,2

Пример 5.1. Для получения полиольной смеси готовят 20% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

ПолиурА-101 - 100;

ПЭТФ в триэтаноламине - 200;

ПИЦ - 600.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

плотность, кг/м3	140
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,033
Водопоглощение за 24 часа, % не более	75
прочность при сжатии, МПа, не менее	2,9
ударная прочность, кДж/м2	6,0

Пример 6. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

ПолиурА-101 - 100;

ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 20;

ПИЦ - 120.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

времена, сек:

старта	10-15
подъема пены	25-30
гелеобразования	40-45
отлипа	50-60
усадка, %	2-4
плотность изделия, кг/м 3	40
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,023
Водопоглощение за 24 часа, % не более	35
прочность при сжатии, МПа, не менее	1,2

Пример 6.1. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения

(ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

ПолиурА-101 - 100;

ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот - 200;

ПИЦ - 600.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

плотность изделия, кг/м3	100
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,033
Водопоглощение за 24 часа, % не более	70
прочность при сжатии, МПа, не менее	1,9

Пример 7. Для получения полиольной смеси готовят 10% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

ПолиурА-500 - 100;

ПЭТФ в триэтаноламине - 20;

ПИЦ - 120.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

времена, сек:

старта	50-60
подъема пены	80-100
гелеобразования	150-180
отлипа	230-250
усадка, %	1-3
плотность, кг/м	50
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,025
Водопоглощение за 24 часа, % не более	20
прочность при сжатии, МПа, не менее	0,3

Пример 7.1. Для получения полиольной смеси готовят 20% раствор полиэтилентерефталата в триэтаноламине. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

ПолиурА-500 - 100;

ПЭТФ в триэтаноламине - 200;

ПИЦ - 600.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

плотность, кг/м3	120
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,030
Водопоглощение за 24 часа, % не более	55
прочность при сжатии, МПа, не менее	2,0

Пример 8. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

ПолиурА-500 - 100;

ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоты - 20;

ПИЦ - 120.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

времена, сек:	10-15
старта	20-25
подъема пены	30-35
гелеобразования	35-40
отлипа	40-50
усадка, %	1-3
плотность, кг/м3	25
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,023
Водопоглощение за 24 часа, % не более	75
прочность при сжатии, МПа, не менее	0,2

Пример 8.1. Для получения полиольной смеси готовят 35% раствор полиэтилентерефталата в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислот. Для получения (ППУ) использовали следующие соотношения компонентов (мас.ч.):

ПолиурА-500 - 100;

ПЭТФ в смеси моно-, ди-, трихлоруксусной кислоты - 200;

ПИЦ - 600.

В данном случае получаются ППУ со следующими свойствами:

плотность, кг/м3	100
теплопроводность, Вт/(м·К), не более	0,030
Водопоглощение за 24 часа, % не более	110
прочность при сжатии, МПа, не менее	1,2

При получении ППУ исследовались реакционные характеристики: времена старта, гелеобразования, подъема пены и отлила. Затем определялись эксплуатационные характеристики: усадка по высоте, плотность - ГОСТ 409-77, теплопроводность - ГОСТ 7076-87, прочность при сжатии при 10, 25, 40, 50 и 70% деформациях - ГОСТ 23206-78 и ГОСТ 26605-85, ударная прочность - ГОСТ 4647-80, масло-, Водопоглощение - ГОСТ 20869-75 и горючесть по методу «огневой трубы» - ГОСТ 12.1.044-84. Кроме того, изучались термомеханические свойства в пределах от комнатных температур до +350-400°С на приборе УИП 70М, из которых находились температуры стеклования, текучести и определялась теплостойкость по Вика - ГОСТ 15088-83.

Таким образом, данный способ позволяет получить пенополиуретаны с хорошими потребительскими свойствами, такими как, прочность при сжатии, масло-, теплостойкость, и пониженной горючестью, а главное - значительно снизить стоимость ППУ при одновременном решении экологических задач за счет утилизации вторичного ПЭТФ.