Пенополіуретани (жорсткі і еластичні)
Пенополіуретани (спінені поліуретани, ППУ) - це газонаповнені поліуретани. жорсткі або еластичні.
склад пенополиуретанов
Композиції для виробництва пінополіуретанів містять ізоціанати, гидроксилсодержащий олігомери, воду, каталізатори, емульгатори, а в деяких випадках наповнювачі, барвники і антипірени.
До складу композицій для виробництва еластичних пінополіуретанів входять прості олігоефіри з молекулярної масою 750 - 6000. синтезовані з окисів алкіленов (етилену. Пропілену). тетрагидрофурана і гликолей. Рідше використовують складні олігоефіри дикарбонових кислот (адипінової, себациновой, бурштинової) і гликолей (наприклад, діетиленгліколю). Жорсткі пінополіуретани отримують з простих олігоефіров розгалуженої структури на основі окисів алкіленов і тріолей (гліцерину, триметилолпропан і ін.) Або складних олігоефіров на основі дикарбонових кислот (адипінової, фталевої та ін.) І тріолей або їх сумішей з диетиленгликолем. Щільність утворюються пенополиуретанов залежить від співвідношення ізоціанатів і гідроксилвмісних олігомерів у вихідній суміші. При надлишку ізоціанатів пенополіуретани містять більше сечовини груп, ніж при нестачі ізоціанатів, коли утворюється більше уретанових груп. Оскільки полісечовини мають більш низькою щільністю 1,05-1,23 г / см 3), ніж поліуретани 1,28 г / см 3), в першому випадку виходять пенополіуретани з меншою щільністю.
отримання пенополиуретанов
Пенополіуретани отримують взаємодією ди- або полиизоцианатов з простими або складними гидроксилсодержащими поліефіру в присутності води і каталізаторів. Вспенивающем агентом служить діоксид вуглецю (СО2). виділяється в результаті реакції ізоціанатів з водою:
В якості каталізаторів в більшості випадків застосовують третинні аміни і оловоорганические з'єднання. Крім зазначених компонентів в рецептури пінопластів вводять допоміжні речовини - стабілізатори піни. додаткові спінюючої агенти (наприклад, фреони), барвники та ін.
Пенополіуретани можна розділити на дві групи:
- еластичні пінопласти на основі поліефірів лінійного або злегка розгалуженого будови;
- жорсткі пінопласти на основі сильно розгалужених поліефірів, що утворюють полімери з більшим ступенем зшивання.
В результаті протікання побічних реакцій при синтезі пенополиуретанов поряд з уретановими утворюються і інші зв'язку. Так, первинна аміногрупа. утворюється при взаємодії ізоціанатів з водою, здатна вступати в реакцію з ізоціанатні групою:
Продуктом реакції є заміщений карбамід, який містить рухливий атом водню при азоті і здатний взаємодіяти з ізоціанатами, внаслідок чого при підвищеній температурі може відбуватися зшивання окремих макромолекул полімеру ( «карбамідне» зшивання):
Поперечні зв'язку можуть утворюватися також при взаємодії ізоціанатних і уретанових груп а також при тримеризация ізоціанатних груп, які залишаються в макромолекулах, в заміщені ізоціанурати:
Взаємодія ізоціанатних груп з гидроксилсодержащими олигомерами і водою - конкуруючі реакції. Роль каталізатора зводиться до регулювання швидкості зазначених вище реакцій. При цьому виділення газу і зростання полімерних молекул повинні відбуватися з такими швидкостями, щоб газ залишався в полімері, і піна, що утворилася була б досить міцною і не спадала.
Найбільш часто в якості каталізаторів застосовують з'єднання олова (олеат і октоат, солі дібутілолова і ін.), Що регулюють реакцію освіти уретанових ланок, і третинні аміни (триетиламін, триетаноламін, діметілбензіламін і ін.), Що каталізують реакції утворення тривимірної структури і виділення вуглекислого газу. На практиці використовують каталітичну суміш, що складається із з'єднання олова і одного або декількох амінів. Вспінювати поліуретанову композицію можна також легкокипящие рідинами. зазвичай фреонами.
Хімізм освіти еластичних і жорстких пінополіуретанів однаковий. Жорсткі піни відрізняються від еластичних тим, що складаються з полімерів з великим числом поперечних зв'язків. У жорстких пінополіуретаном середня «молекулярна маса» структурної одиниці, яка припадає на один вузол розгалуження сітки, становить 400 - 700. в еластичних пінополіуретанів - 2500-20 000. Тому композиції для виробництва еластичних пінополіуретанів не містять тріфункціональних гідроксилвмісних олігомерів (або містять їх в невеликій кількості ), а також містять менше теоретичних амінів.
Обов'язковим компонентом композиції є емульгатор. який сприяє високому ступені диспергирования компонентів в масі і виконує роль стабілізатора піни в момент спінювання. Для цього використовують сульфоспірти, сульфокислоти, кремнійорганічні рідини та ін. Деякі стабілізатори (наприклад, парафінові вуглеводні, кремнійорганічні рідини) визначають характер (відкриті або закриті) і розмір утворюються пір.
Як антипіренів застосовують трехокись сурми, тріхлоретілфосфат, порошкоподібний полівінілхлорид і ін. Для фарбування пенополиуретанов придатне більшість органічних барвників. Наповнюють пенополіуретани тальком, керамзитом, суспензійним полістиролом. волокнами різної природи.
Пенополіуретани виробляють за допомогою спінювання композиції газами. виділяються в результаті реакцій між компонентами вихідної суміші (див. вище), або за допомогою легкокипящих рідин. Оскільки при утворенні пінополіуретану за першим методом виділяється значна кількість тепла, внутрішні слон великогабаритних виробів можуть обвуглюватися. Тому перший метод можна застосовувати тільки для виготовлення виробів невеликої товщини.
У другому методі виділяється тепло витрачається на випаровування легкозакипаючої рідини, що дозволяє запобігти місцеві перегріви і обвуглювання пенополиуретанов
У промисловості пенополіуретани отримують двома способами:
Одностадійний спосіб виробництва пінополіуретанів
За одностадійному способу всі компоненти - діїзоцианат, поліефір, воду, каталізатор, стабілізатор, емульгатор - поміщають в змішувач одночасно і перемішують в реакційному апараті з мішалкою. Піноутворення настає відразу ж, підйом піни починається приблизно через 10 с і завершується через 1-2 хв. Остаточне затвердіння піни триває від декількох годин до декількох діб.
Двустадийному (форполімерний) спосіб отримання пінополіуретанів
При двохстадійному (форполімерном) способі виробництва пінополіуретанів спочатку проводять реакцію диизоцианата з олігоефір (поліефіром), а отриманий форполімер потім перетворюють в пінополіуретан при змішуванні з водою або аміном. Виготовлення пеноіоліуретанових виробів здійснюють за безперервною або періодичною схемою (заливанням в паперові форми), а також напиленням.
еластичні пінополіуретани
Еластичні пінополіуретани випускають на основі складних і простих поліефірів. Найбільш поширеним їх представником є поролон. Сировиною для його виробництва служить складний поліефір на основі адипінової кислоти. діетиленгліколю і невеликих кількостей триметилолпропан. суміш толуілен-2,4- і толуілен-2,6-диизоцианатов (65: 36). а також вода.
Технологічний процес отримання поролону блоковим способом (рис.1) складається з стадій підготовки сировини, спінювання поліуретану, виготовлення, визрівання і переробки поролонових блоків.
Підготовка сировини полягає в приготуванні активаторной суміші. Суміш готують у змішувачах 3. в які з проміжних ємностей 1 через мірник 2 подають каталізатор (диметиланілін). емульгатор (натрієві солі сульфокислот). добавку, регулюючу розмір пор (парафінова олія). і воду.
Приготовану активаторную суміш. складний поліефір і суміш толуілендиізоціанатів безперервно вводять в змішувальну головку машини УБТ-65 (4). Отримана суміш через зливний патрубок надходить тонким струменем на безупинно рухливу паперову форму, в якій утворюється піна.
Вспенивание відбувається без підведення тепла і закінчується зразкова через 1 хв. Форма з піною пересувається на транспорті через тунель з сильної вентиляцією, де з піни інтенсивно виділяються гази. При виході з тунелю форма потрапляє на рольганг 5. з якого надходить в сушильну камеру 6. а потім в машину 7 для нарізки блоків. Блоки укладаються штабелером 8 на етажерки 9 і передаються в камеру 10 на визрівання. При цьому реакції між компонентами піни закінчуються, піна отверждается і набуває необхідну міцність. Визрівання триває близько 12-24 год при безперервному обдувании блоків повітрям кімнатної температури. Готові блоки переробляють на різальних верстатах 11 в листи і упаковуються.
Деякі властивості пінополіуретанів в залежності від складу композиції (I - IV) наведені нижче:
Склад композиції, в масових частинах
* Джерело - Енциклопедія полімерів під ред. Кабанова В.В. 1974 р, том 2, с.567.
Еластичні пінопласти з закритими порами застосовують для виготовлення поплавцевих виробів, механічних опор, теплоізоляції для роботи при низьких (рідкий азот) і відносно високих (до 120 ° С) температурах. Пінопласту з відкритими порами використовують для виробництва губок, подушок, сидінь, звукоізоляційних матеріалів і т. Д.
Все більше застосування знаходять інтегральні пінополіуретани. мають щільну поверхневу плівку і спінену серцевину, причому всі виріб утворюється за один цикл заливки.
жорсткі пінополіуретани
Жорсткі пінополіуретани отримують головним чином методами заливки і напилення. За першим методом процес проводять «в такий спосіб.
При підвищеній температурі і перемішуванні готують суміш поліефіру з каталізатором, емульгатором і водою. Після витримки при 30 ° С протягом 20-30 хв в суміш додають Толуїлендіізоцианат і перемішують масу 1-2 хв.
При цьому температура маси підвищується на 5-10 ° С. зростає її в'язкість і відбувається часткове вспенивание. Потім масу розливають в обмежувальні форми, відповідні конфігурації виробів. Вспенивание триває 30-35 хв.
Протягом цього часу форма заповнюється пінопластом, який набуває необхідну твердість і пористу структуру. Для отримання пінополіуретанів методом напилення на поверхню різних матеріалів застосовують пересувну малогабаритну установку, яка складається з обігріваються ємностей для компонентів, шестерних насосів і пістолета-розпилювача з мішалкою. Товщина напилюваного шару становить 5-50 мм. уявна густина - від 35 до 200 кг / м 3.
Фізико-механічні показники деяких марок жорстких пінополіуретанів на основі складних поліефірів (продуктів взаємодії двоосновний кислот з багатоатомних спиртами, містять вільні гідроксильні і карбоксильні групи) і диизоцианатов (суміші толуілен-2,4 і толуілен-2,6-диизоцианатов) наведені нижче:
Удавана щільність, кг / м 3
* Джерело - Енциклопедія полімерів під ред. Кабанова В.В. 1974 р, том 2, с.567.
Поліуретановими пінопластами заповнюють зазори в бетоноконструкцій і порожнини при виготовленні дверей і віконних рам, виробляють обробку ковпаків, радарів, тропічних шоломів, несучих площин і кабін літаків і ін.
Список літератури:
Вандерберг Е. Пластмаса в промисловості і в техніці. М. Машинобудування, 1964. 196 с.
Домброу Б. А. Поліуретани. М. Госхіміздат, 1961. 152 с.
Лафенгауз А: П. Юоічева Е. Я.- В кн. Пінопласту. М. Оборонгиз, 1960, с. 117;
Павлов В. В. Горячев М, С, Дурасова Т. Ф. Там же, с. 131.
Коршак В. В. Фрунзе Г. М. Синтетичні гетероцепні поліаміди. М. изд.-во АН СРСР, 1962. 523 с.
Кузнєцов Е, В. Прохорова І, Я. Альбом технологічних схем виробництва полімерів і пластмас на їх основі. Вид. 2-е. М. Хімія, 1975А74 с.
Лосєв І. Я. Тростянськая Е. Б. Хімія синтетичних полімерів. Вид. 2-е. М. Хімія, 1971. 615 с.
Миколаїв А. Ф. Синтетичні полімери та пластичні маси на їх основі. Вид. 2-е, М.
Помітили помилку? Виділіть її та натисніть Ctrl + Enter