ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИУРЬТАНОВ

Производство пенополиуретанов впервые было орга­низовано в 1941 г. [24]; с тех пор оно неуклонно разви­вается и совершенствуется. В настоящее время пенопо­лиуретаны заняли ведущее место среди нолпмерных теп­лоизоляционных материалов. Это объясняется просто­той их изготовления, возможностью изготовления на ме­сте производства работ, хорошими физико-механически­ми и теплоизоляционными свойствами. Кроме того, можно варьировать свойства конечного продукта из пе­нополиуретана путем изменения количественного и ка­чественного состава сырьевой композиции при его про­изводстве. Используя различное сырье и регулируя степень сшивания, можно получить пенопласты от жест­ких до эластичных, с открытыми и закрытыми порами в широком диапазоне объемных весов и прочностных по­казателей. Используя соответствующее сырье или вво­дя различные добавки, можно также регулировать го­рючесть материала, т. е. получать трудновоспламеняе - мые или даже трудносгораемые пенопласты.

СЫРЬЕ

Пенополиуретаны получают беспрессовым методом в результате взаимодействия диизоцианатов с полиэфи­рами в присутствии соответствующих катализаторов, воды, эмульгаторов и других добавок.

Диизоцианаты. Выбор диизоцианата для получения пенополиуретана обусловливается его реакционной спо­собностью, температурой его плавления, доступностью и стоимостью, токсичностью [42].

Наиболее широко применяемые диизоцианаты по ак­тивности можно расположить в следующем порядке: 1,5-нафтилендиизоцнанат > 2,4-толуилендиизоцианат> >смесь 2,4 2,П-толуилендни кщпанатоп^гешммети-
лендиизоцианат [42]. Наибольшее распространение для получения пенополиуретанов нашли толуилеидиизоциа - наты, так как иафтилендиизоцнапат имеет высокую температуру плавления (129°С) и чрезвычайно большую активность, а гексаметилендиизоцианат имеет недоста­точную активность.

Из толуилендиизоциаиатов наиболее активным яшы- ется изомер 2,4, так как изоцианатиая группа, находя­щаяся в пара-положении, обладает высокой реакииоп-

Пой способностью:

2,4-толуилендиизоцианат (продукт 102Т) (ТУ В-73- 66) представляет собой светлую жидкость с температу­рой плавления 19,5—21,5°С и кипения 246—247°С; удель­ный вес— 1,22 г[см*. Жидкость горючая, температура вспышки 110°С, воспламенения — 130°С. Обладает ярко выраженными токсичными свойствами.

Сн3

2,6-толуилендиизоцианат OCN-A-NCO обладает плохой

Активностью: обе изоцианатные группы, находящиеся п орто-положении, обладают малой реакционной способ­ностью.

В технологии получения пенополиуретанов обычно используют смеси 2,4- и 2,6-изомеров толуиленднизопн- анатов с отношением 65/35 и 80/20, которые получают при нитровании толуола.

Значительное применение для производства пенопо­лиуретанов- нашли замещенные диизоцианаты, которые получаются при взаимодействии 1 моля гликоля не ме­нее чем с 2 молями 2,4-толуилендиизоцианата.

Замещенные диизоцианаты выпускаются промышлен­ностью в виде смесей ДУДЭГ и ДУДЭГ-2.

ДУД5)Г (ТУ В-79-66) представляет собой раствор

Г, НирпГп,141 II Д., Ппдри шоп 1'. Л.

Продукта взаимодействия днэтил ей гликоля и 2,4-толун - лепдппюцпаната (продукта 102Т) при избытке послед­него. Раствор содержит 65 мольных процента продукта I02T и 35 мольных процента 4,4-дпурстапдпэтилспглп - кольдитолунлен-2,2-пзоциаиата. По внешнему виду — вязкая жидкость от светло-желтого до темно-коричнево­го цвета; при хранении кристаллизуется. Содержит 28— 31 % NCO групп.

ДУДЭГ-2 (ТУ В-71-06) —расгвор уретапа, получен­ного взаимодействием днэтнлепгликоля со смесью толу- илендиизоцианатов 2,6- и 2,4-изомеров с отношением 65/35 при избытке нзоциаиатов. По внешнему виду — вязкая жидкость (400—3000 спз при 25°С) от светло - желтого до оранжевого цвета. Содержит 28—31% NCO групп

Указанные смеси гокснчны. Большое применение по­лучает полиизоцианат, обладающий малой токсичностью (СТУ 12-10286-63),—смесь 4,4-дчнзсцнаиатднфепнлмета - па и полнизоцианата, темная вязкая жидкость с харак­терным запахом. Предельно допустимая концентрация— 1—5,11 мг/м3. Технический полиизоцианат содержит 50—70% основного вещества и 50—30% высших иолн - нзоциаиатов, а также в небольших количествах раство­римые в хлорбензоле смолистые побочные продукты. Он выпускается трех марок: А, Б и В и должен удовлетво­рять требованиям, приведенным в табл. 36.

Слом (<5). Применение кислых полиэфиров менее целе­сообразно, так как при этом затрудняется регулирова­ние объемного веса пенрпласта. Кроме того, реакцион­ная способность гидроксильных групп по отношению к пзоцианатным значительно выше, чем у карбоксильных [42].

При получении эластичных полиуретанов использу­ют полиэфиры линейного или слаборазветвлепного стро­ения, а для жестких—разветвленного. Линейные поли­эфиры получают поликонденсацией дикарбоновых ки­слот с диэтиленгликолем, а слаборазветвленные—на ос­нове дикарбонатовых кислот, диэтиленгликотя и триола. В качестве дикарбоновых кислот обычно применяют адпппповую кислоту, реже себацнповую и янтарную. В качестве триола используются глицерин, трнме - тилпропан, гексатриол. Свойства линейного полиэфира П-2100, полученного на основе адипиновой кислоты и диэтилснгликоля, и слаборазветвленного П-2200, полу­ченного на основе диэтиленгликоля, адипиновой кисло­ты и глицерина, приведены в табл. 37.

При получении эластичных пенополиуретанов также используют простые полиэфиры различного молекуляр­ного веса (от 750 до 6000), получаемые из окиси алкнле - нов (окись этилена, окись пропилена, тетрагидрофура - па и др.) и гликолей: например, для получения пенопо­лиуретана марки П. ПУ-ЭМ-1 используется полиэфир, получаемый на основе тетрагидрофурана и окиси пропи­лена.

Lj* Uupo6i. cn И. Л. Лпдрннпоц I' А
лот применяют смеси кислот (например, адиппповой п фталевой; адипнновоп и себацпновой и др.). В табл. 37 приведены основные свойства полиэфира П-3 (ТУ 2-110- 68), получаемого поллконденсацней глицерина с аднпи - повон и себацииовоп кислотами и представляющего со­бой густую однородную жидкость без механических включении.

Широко применяются для получения жестких пено­пластов п простые полиэфиры. Они представляют собой вязкие жидкости от бесцветных до темно-желтых, неток­сичные, их вязкость находится в пределах 100—600 спз по Гепплеру при 75°С; содержание ОН-групп 6—10%■ Например, для получения пенопласта марки ППУ-304 применяется полиэфир 1HII 600 (лапрол, ГУ В-77-67), имеющий вязкость 140- 200 спз содержание ОН-групп 6—8%, кислотность — не более 0,01% НС1; содержа­ние воды — до 0,25%. Для получения пенопластов ППУ - 305 применяется полиэфир ППК-800— полиоксппропн - ленполиол (ТУ В-108-67).

Для снижения горючести полиэфиров их модифици­руют, например, хлоралем:

Таким образом, получают полиэфир ППТ-500М; степень модификации — 30%.

Для получения самозатухающнх пенополиуретанов в качестве полиэфирного сырья применяют фосполполы — фосфорсодержащие олнгомеры (табл. 38).

Катализаторы. Пенополиуретаны образуются в при­сутствии катализаторов, благодаря которым появляется возможность согласовывать'реакции образования поли­уретана, его вспенивания и отверждения.. В качестве катализаторов можно применять различные вещества третичные амины, щелочи, соли жирных и органических кислот, феноляты натрия, соединения олова и др. Нал - большее промышленное применение нашли в настоящее время третичные амины. Начинают широко применять­ся соединения олова (олеат и октоат олова, соли днбу-

I нлолоиа п др.) п смешанные к a im. mi торы, состоящие

II I < >>> КПК IIIIII •> 1ПИ.1 II I U flft • I

ТАБЛИЦА 38. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ФОСПОЛИОЛОВ

Кислотное число в мг КОН/г, не

Более....................................................

Вязкость по Гепплеру при 75°С в

Спз, не более. Содержание в %:

OII-групп

TOC o "1-3" h z летучих, не более. . .

Фосфора, не менее. .

Хлора, не более. . . .

Триэтиламин N(C2H5)3 (ГОСТ 9966—62) — бесцвет­ная жидкость с температурой кипения 89,4°С п резким аминным запахом, легковоспламеняющаяся (температу­ра вспышки 12°С). Токсичен. Предельно допустимая кон­центрация 0,01 мг/л.

Триэтаноламин N(CH2—СН2ОН)з (СТУ 12-10126-61) — вязкая жидкость со слабым аммиачным запахом. Темпе­ратура плавления 21,2°С, кипения 360°С. Удельный вес 1,12 г/см3. Токсичен. Горит. Температура вспышки 179,4°С.

Диметилбензиламин C6H5CH2N(СНз)2 (ВТУ 35-XII - 775-65) — подвижная бесцветная или светло-коричневая нерастворимая в воде жидкость с ароматическим запа­хом. Температура кипения 183°С. Горит, температура вспышки паров 58°С. Токсичен. Предельно допустимая концентрация 0,0005 г/м3.

В качестве эмульгаторов при получении пенополиуре­танов применяют сульфожирные спирты и кислоты, неп- оногенные эмульгаторы, кремнийорганические жидкости и их смеси. В качестве эмульгаторов техническое приме­нение получили следующие вещества.

Эмульгаторы ОП-7 и ОП-Ю (ГОСТ 8433—57) пред­ставляют собой смеси полиэтиленгликолевых эфнров моно - и диалкилфенолов общей формулы:

С6н3-0(сн cH?0;n H

Где R— алькмльный радикал, содержащий 8—'10 атомов углерода; /?,—R или Н; /1 = 6-^-7 (ОП-7) и 10-=- 12 (ОП 10).

Они представляют собой продукты обработки моно - п диалкнлфенолов окисью этилена; коричневые мылооб- разные продукты, хорошо растворимы в воде, малоток­сичны. Удельный вес 1,05 г/см3. Горят. Температура вспышки 7 ГС

Эмульгатор ВНИИЖ (СТУ 36-217-63) представляет собой вязкую прозрачную жидкость, растворимую в во­де и спирте. Его получают из рафинированных масел (подсолнечного и хлопкового) или гпдрожира п полпгли - церпиа; он горюч п малотокснчеп.

Эмульгатор Si — прозрачная кремнийоргапическая жидкость, растворимая в воде. Нетоксичен. Производит­ся фирмой «Баейр» (ФРГ).

Прочие добавки. В состав рецептуры для получения пенополиуретанов могут входить дистиллированная во­да, газообразователи, регуляторы пористости, антипире - ны, красители. В качестве газообразователен обычно применяют фреон-11 шш фреон-113 (см. табл. 3). Для регулирования пористости применяют ализарино­вое масло — желтую или коричневую жидкость, хорош:) растворимую в воде. Для этих же целей применяют парафиновое или силиконовое масло. В качестве анти­пиренов применяют трехокись сурьмы, поливинилхлорнд, трихлорэтилфосфат, винифос и другие вещества.

Трехокись сурьмы Sb203 (ЦМТУ 3242-52) представ­ляет собой светлый порошок с содержанием основного вещества не менее 97%.

Трихлорэтилфосфат OP(OC2H4Cl)s (МРТУ 6-08-47- 67)—прозрачная жидкость с удельным весом 1,44 г/см3. Винифос представляет собой р, Р' - дихлорэтнловый эфир вннилфосфиновой кислоты.

ТАБЛИЦА 39 ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОРГАНИЧЕСКИХ J<PACHTEJ1EFI

Добавка кра­сителя в %

( Нигрозин

1 Черный анилиновый Ы Метилвнолст Фталоциановын голубой Малахитовая зелень Желтый светопрозрачный 23 Родамин 6Ж Мстнлрот

Анилиновым кремовый 2С

В гех случаях когда требуется получить окрашенный пенопласт, можно применять органические красители. Красители в тонкодисперсном виде вводятся в поли­эфирную часть композиции (табл. 39).