Способ получения органоминерального пеноматериала

7 б 13 АЗ СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) .ъйЦ. 8/61,//(С 08 ОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР 101:00 ПАТЕНТНОЕ БРЕТЕНИЯ ИСАНИЕ О К Ко им 1(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО ПЕНОМАТЕРИАЛА(57) Сущность изобретения; при полученииорганоминерального пеноматериала. Взаимодействие водных растворов щелочных сиИзобретение касается способа получения органоминеральных пеноматериалов на основе полиизоцианатов и водных растворов щелочных силикатов,Известен способ получения органоминерального пеноматериала путем взаимодействия водных растворов щелочных силикатов с соединениями, содержащими ЙСО-группы в присутствии вспенивающего агента, катализаторов аминного типа, предпочтительно йри 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенола (1). В соответствии с :известнымспособомобязательно использование вспенивателя для получения пены . с низкой кажущейся плотностью(менееликатов с соединениями, содержащими МСО-группы, осуществляют в присутствии гидрофобного блок-сополимера полисилоксана и простого эфира общей формулы (Щ,-ЫО 5 СН,)1- О - сН 1 (СН 1- СН 11 эи р в где Р: -(С 2 Н 4 О)х СзН 6 ОЯ, В-Н или алкильная группа, в=15-150, гп 5-:20, с мол.м. .7000 - 11000 в количестве 11,4- 36,4 мас,ч. на 100 мас.ч. МСО-групп полиизоцианата. В реакционной смеси могут присутствовать триполифосфат калия или полифосфат натрия, а. также 2,4,6-трисдиметиламинометил) фено-. ла или тетраметилгексаметилендиамина. 2. з.п, ф-лы, 1 табл. 13 пр. 4 100 кг/мэ) таких как галоидные алканы, например, трихлорфторметан. Двуокись углерода, образующаяся в ходе реакции 0 полииэоцианата и жидкого стекла, когда установлено подходящее отношение МСО- Од групп к Ме 02 (2), исчезает неконтролируемо в известном процессе и не влияет не пенообраэование (Ме - атом щелочного металла).Известен также способ получения органа-минерального пеноматериала путем взаодействия полиизоцианата с водным раствором щелочного силиката в присутствии поверхностно-активного и катализатора (2). Однако известный способ требует определенное количество воды: отношение воды1797613 к силикату щелочного металла равно от 2 до 200%.Целью изобретения является получение равномерного вспененного продукта с низкой плотностью. 5Указанная цель достигается тем, что при одинаковом количестве воды, что в известном способе, используют полииэоцианат и водный раствор щелочного силиката, взятых в количествах, обеспечивающих мо лярное отношение ИСО-групп, полиизоцианата к МегО - групп водного раствора щелочного силиката, равное 3,28 -16,2, а в качестве поверхностно-активного вещества используют гидрофобный блок-сополимер 15полисилоксана и простого эфира общей формулы%1 СКз Испопьзоранный в соответствии с изо 25 бретением блок-сопопимер полисипоксанаи простого полизфира известен (3). Припроизводстве пенополиуретанов эти блок-,сополимеры применяются вместе со вспенивающими средствами.30 В зависимости от желаемых свойств органоминеральных пеноматериалов в реакционную смесь вводят и другие добавки,например, двуокись кремния или окись алюминия в сочетании со стеаратом цинка, а35 также аморфная кремниевая кислота или силикаты металлов.В соответствии с изобретением в реакционную смесь могут быть добавлены органические соединения, имеющие радикалы.40 реакционноспособные в отношении изоцианогрупп особенно атомы водорода, например, мгогоатомные спирты простых исложных полиэфиров и фосфаты сложныхэфиров и тц,45 Для снижения воспламеняемости неорганических и органических пеноматериаловв реакционную смесь вводят известные вхимии ингибиторы, например фосфаты илибораты, в количестве 2 -30% от,массы изо 50 цианатного компонента. Эти добавки такжеслужат для поддержания заданных отношений КСО и МегО.Кроме того, в реакционную смесь могутбыть также добавлены наполнители для уп 55 рочнения вспененных продуктов, Примерами подходящих наполнителей являютсядиатомовая земля, гидрат окиси алюминия,силикат магния, асбестовый порошок, мел,асбестовые волокна, стекловолокна, Количество добавляемых напопнителей первонаО-Р гдЕ Р:-(СгН 40) (СЗН 604)й, В КОтарОМВ 1: -Н, алкильная группа, с молекулярной массой от 7000 до 11000 в количестве 11,4 - 36,4 мас;ч. на 100 мас.ч. ИСО-групп полиизоцианата.Реакцию полиизоцианата в водном растворе щелочного силиката осуществляют в присутСтвии трипопифосфата калия или полифосфата натрия, 2,4,6-трис-диметиламинометил)-фенола или тетраметилгексаметилендиамина,Для получения органоминеральных пено материалов, согласно изобретению, могут быть использованы обычно применяемые в промышленности водные растворы щелочных силикатов, например, растворы натриевого жидкого стекла низкой вязкости: содержанием твердой фракции 28 - 60 мас,%. Молярное отношение Я 10 г к КагО преимущественно в пределах от 2,0 до 4,0," Если используют калиевое жидкое стекло, то малярное отношение ЗЮг к КгО находится в пределах от 2,8 до 4,1, Содержание твердых веществ в калиевом жидком стекле находится в интервале от 28 до 45 мас.%,В соответствии с изобретением в качестве изоцианатного компонента могут рассматриваться алифатические, цикпоэпифатические, аралифатические, ароматические и гетероциклические полиизоцианаты. Могут быть также использованы кубовые остатки, образующиеся при промышленном получении изоциэнатов, которые содержат изоциэнэтогруппы. Особенно предпочтитепен "сырой МДИ" с содержанием И-СО- групп, равным от 28.до 32,5%.Пригодным катализатором для осуществления способа согласно изобретению является: третичные амины, например, триэтипамин, й-метилморфолин, 1,4-диазабицикло (2,2,2) октан и другие, силаэмины с углеродкремниевыми связями, например, 2,2,4-триметил-силаморфолин и 1,3-диэтипамино-метилтетраметилдисипоксан, основания,. содержащие азот, например, фенолят натрия, метипат натрия, металлоорганические соединения, например, остоат олова, соли карбоновых кислот диалкилопова,Кроме того, могут быть использованы катализаторы тримеризации, например, 2,4,6-трис(диметипаминометил)фенол.Предпочтительна, согласно изобретению, в качестве катализатора используют 2,4,6-трисдиметиламинометип)фенол в количестве от 0,001 до 10%, предпочтительно от 0,3 до 4,0% от веса изоцианатов.чально определяются вязкостью смеси,Предпочтительно следует добавлять 0,1 -ЗОО от массы применяемого раствора жидкого стекла. Пигменты и красители могуттакже вводиться при желании в реакционную смесь.Для получения органоминеральных пеноматериалов сначала приготовляют двакомпонента А и В, Компонент А состоит израствора жидкого стекла и содержит ката, лизатор вместе с желаемыми добавками органических соединений с водороднымиатомами, реакционноспособными по отношению к иэоциэнатным группам, например,многоатомный спирт, а также ингибирующими воспламеняемость добавками, наполнителями и красителями, Если необходимо,то к компоненту А может быть добавленавода для снижения вязкости. Вода действует также как реагент для образования двуокиси углерода,Компонент В составлен лз полиизоцианата и блок-сополимера полисилоксана ипростого полиэфира. Компонент Б такжеможет содержать упрочнители и наполнители, совместимые с указаннымиингредиентами, вместе с другими специфическими добавками, т.е, ингибирующими воспламеняемость добавками,например, трис-хлорпропилфосфат илинегидрализующееся огнестойкое средство на основе Фосфора и галогена.Для получения пеноматериала компоненты А и В смешивают в течение от 5 иболее 100 с и может регулироваться по желанию. Если необходимо, то компонентыили смесь могут быть подогреты или охлаждены, чтобы приспособиться ко времени начала процесса получения пеноматериала,Если смесь подобрана такого состава,что малярное отношение изоцианатнь 1 хгрупп к МегО-группам в жидком стекле выше 2:1 и предпочтительно находится в интервале от 2,5 до 5,0:1, то возможнопредотвратить неконтролируемое выделение избыточной двухокиси углерода, образующейся в ходе реакции из реакционнойсмеси добавлением блок-сополимеров полисилоксана и простого полиэфира общейформулыи использовать ее для контролируемого вспенивания смеси и регулируемого, воспроизводимого пенообразования,В способе, согласно изобретению, органоминеральные пеноматериалы с особонизкой плотностью могут быть получены,если в реакционную массу добавить полимерный фосфат. Чтобы получить определенную плотность органом инеральногопеноматериала в этом варианте осуществления изобретения требуется неожиданно40 50 П ри мер 3, КомпонентА.107,80 г жидкого калиевого стекла. содержание твердого вещества 41;1 г, отношение 90 г и Кг 0 равно 2,87,55 2,20 г катализатора, как и в примере 1 22,0 г воды.Компонент В. 109,04 г "сырого МДИ", как и в примере 1,.6,96 г блок-сополимера, как и в примере 1,меньше количества блок-сополимеров полисилоксана и простого полиэфира, чем в варианте осуществления, в котором неиспользуется полимерный фосфат, т,е, часть5 этого сополимера может быть сэкономлена,Полимерный фосфат добавляют в реакционную массу в количестве от 20 до 150 вес.ч.на 100 вес,ч. изоцианатных групп и предпочтительно от 60 до 120 вес.ч. Примерами под 10 ходящих полимерных фосфатов являетсятриполифосфат калия формулы: КБРз 01 о ссодержанием Рг 05, равным 48; и рН,5.Пены, полученные с добавкой полимерного фосфата, мелкопористые, они имеют15 неожиданно высокую прочность и выглядятаналогично пенополиуретаном.Примеры иллюстрируют изобретение,однако, ограничивают его.П р и м е р 1. Компонент А.20 126,70 г натриевого жидкого стекла,45 О/ твердого вещества, молярное отношение ЯОг к МегО равно 2,84.3,43 г 2,4,6-трис(диметилэминометил)фенол (катализатор) 22,81 г, воды.25 Компонент Б, 110,7 г "сырого МДИ"(модифицированного диизоцианата), содержание изоцианогрупп 30,5 о .12,3 г блок-сополимера полисилоксанаи простого полиэфира с концевыми меток 30 сигруппами.Оба компонента (мол,отношение МСО иМагО равно 3,27) тщательно смешивают в течение 15 сек при комнатной температуре спомощью мешалки, Получают светлый вспе 35 ненный материал с плотностью 59 кг/м .зПример 2, КомпонентА,110,60 г жидкого стекла как и в примере 1.2,50 г катализатора, как и в примере 1,52,48 г воды,Компонент В. 124,00 г. "сырого МДИ",как и в примере 1.11,23 г блок-сополимера полисилоксанаи простого полиэфира с концевыми буток 45 сигруппами,Компоненты (мол,отношение МСО кМагО равно 4,20) обрабать:вают как и в примере 1. Получают вспененный материал сплотностью 16 кг/м .зКомпоненты обрабатывают как и в примере 1. Получают вспененный материал сплотностью 35 кг/м .П р и м е р 4. Компонент А 112,13 гжидкого натриевого стекла 47/48, с содержанием твердого вещества 43,4 ф, отношение ЯОг и МагО равно 2,69,2,29 г катализатора, как и в примере 1,2,88 г воды.Компонент В. 109,04 г "сырого МДИ", 10как и в примере 1,6,96 г блок-сополимера, как и в примере 1,Компоненты обрабатывают по примеру1. Получают вспененный материал с плотностью 27 кг/мз, 15П р и м е р 5, Компонент А.126,10 г жидкого натриевого стекла48/50,2,87 г катализатора, как и в примере 1,54,33 г воды. 20Компонент В, 124,0 г "сырого МДИ", каки в примере 1,4,0 г блок-сополимера; как и в примере 1.Компоненты обрабатывают по примеру1. Получают вспененный материал с плотностью 63,0 кг/мз.П р и м е р 6. Повторяют условия, описанные в примере 5, за исключением того,что в компонент В добавляют 5,3 г блок-сополимера из примера 1. В результате получают вспененный материал с плотностью46 кгlм,П.р и м е р 7. Повторяют пример 5 смодификацией, заключающейся в том, что вкомпонент В добавляют 9,3 г блок-сополимера из примера 1. В результатеполучают вспененный материал с плотностью 33 кг/мзП р и м е р 8. Компонент А,88,33 г жидкого натриевого стекла 4048/50,2,60 г катализатора, как и в примере 1,33,68 г воды,Компонент В,94 г "сырого МДИ", как и в примере 1, 458 г блок-сополимера, как и в примере 1,20 г огнестойкого средства на основефосфора и галогена. Эти компоненты (молярное отношение МСО к МагО равно 3,58)обрабатывают, как и в примере 1. Получают 50мелкопористый вспененный материал сплотностью 26 кг/м .зП р им е р 9. КомпонентА,64,8 г жидкого натриевого стекла 48/50,0,5 г тетраметилгексаметилендиамина, 5522,2 г воды.Компонент В, 57,34 г "сырого МДИ", каки в примере 1;3,66 г блок-сополимера, как и в примере 1,Эти компоненты обрабатывают по примеру 1. Получают вспененный материал с плотностью 82,0 кгмз.П р и м е р 10, Повторяют пример 1; но использовали 118,8 г "сырого МДИ" и 13,2 г блок-сополимера (отношение МСО к МагО равно 3,51). Получают вспененный материал с плотностью 44 кг/мЗ.П р и м е р 11. Компонент А.33,3 г жидкого натриевого стекла с содержанием твердого вещества,54,5 молярное отношение Я Ог и Маг 0 равно 2,09,26,7 г воды,22 г триполифосфата калия,8 г полифосфата натрия (рН 8,6 при 1, с содержанием Рг 05 около 60,5 о ),2,5 г катализатора, как и в примере 1, Компонент В. 95 г "сырого МДИ", как и в примере 1,5 г блок-сополимера, как и в примере 1.Компоненты обрабатывают по примеру 1. Мелкопористый, прочный вспененный материал получают с плотностью 27 кг/мз.П р и м е р 12, Компонент А, 22 г жидкого натриевого стекла, как и впримере 1, 70 г триполифосфата калия, 50 ф-ныйраствор. 2,5 г катализатора, как и в примере 1, 1 г тритона ВС 10 (неионогенное поверхностно-активное вещество, 35 о -ный раствор в воде). Компонент В. 95 г "сырого МДИ", как ив примере 1,. 5 г блок-сополимера, как и в примере 1. Компоненты обрабатывают по примеру1 и получают прочный, мелкопористый вспененный материал с плотностью 20 кг/м . П р и м е р 13. Компонент А, 30 г жидкого натриевого стекла, как и впримере 1 40 г триполифосфата калия, 50-ныйраствор 1 г поверхностно-активного вещества,как и в примере 12. 2,5 г катализатора, как и в примере 1, Компонент В. 95 г "сырого МДИ", как и в примере 1, 5 г блок-сополимера, как и в примере 1, Компоненты обрабатывают по примеру1. Получают вспененный материал с плотностью 15 кг/м,Отношение МСО/МегО представлено для всех примеров в нижеследующей таблице. Его определяют следующим образом (на примере примера 1):10 1797613 с%3 50 3Ь-О %Си 1 э1СНг 0-Р Пример КСО/Ме 20 Части блокпримера на 100 мас.ч изоцианатных групп= 0,804 моль КСО Формула изобретения 1. Способ получения органоминерального пеноматериала путем взаимодействия полиизоцианата с водным раствором щелочного сйликата в присутствии поверхностно-активного вещества и катализатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью получения равномерно вспененного продукта с низкой плотностью, полиизоцианат и водный раствор щелочного силиката вводят в количествах обеспечивающих молярное отношение КСО-групп полиизоцианата к Ме 20-группам водного раствора щелочного силиката, равное 3,28-16,2, а в качестве поверхностно-активного вещества используют гидрофобный блок-сополимер полисилоксана и простого эфира общей формулы 0,804/ 0,245 = 3,28 КСО/Ка 20В соответствии с этими примерами молярного отношения КСО/Ме 20 определяютв исправленном пункте 2 как 3,28 до 16,2,.5 Количество блоксополимера в формулеизобретения рассчитано на 100 мас.ч. изоцианатных групп, как это. отношение к изоцианатным группам является критическим.Оно не должно относиться к весу полиизоци 10 аната (который может содержать различноеколичество изоцианатных групп), Поэтому втаблице для всех примеров указаны количества блоксополимера на 100 мас.ч. изоцианата. Интервал значений в примерах 11,4 -15 36,4 мас.ч,где Р - (С 2 Н 40)х(СзН 60)уВ.В - Н или алкильная группа,"и =15 - 150;в равно 5-20,с мол.м, 7000-11000 в количестве 11,4-36;4мас.ч, на 100 мас.ч. КСО-групп полиизоцианата,2, Способпо п 1,о тл ича ю щи йс ятем, что взаимодействие осуществляют вприсутствии триполифосфата калия илиполифосфата натрия.3. Способ по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем,что взаимодействие осуществляют в присутствии 2,4,6.-трис-(диметиламинометил)-фенола или тетраметилгексаметилендиамина.