Производство полиола своими руками

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 09.09.2024

Многие строители понимают важность высококачественной теплоизоляции, но вынуждены экономить на материалах и работах по монтажу. Из-за этого нередко возникает вопрос, как самому сделать пенополиуретан и с его помощью реализовать качественное утепление дома. Прежде, чем заняться воплощением этой идеи, мы советуем разобраться в тонкостях процесса производства ППУ.

Как делается пенополиуретан: базовый принцип

Производство ППУ подразумевает очень сложный технологический процесс. ППУ масса формируется вследствие реакции между полиолом и диизоционатом или полимерным изоционатом в присутствии определенных катализаторов и прочих добавок. Так как производить сам пенополиуретан приходится непосредственно перед заливкой или напылением, завод-изготовитель поставляет две фазы ППУ-смеси в отдельных контейнерах. Фазы смешиваются в специальных установках перед выполнением работ. Вот что происходит при смешивании двух фаз:

Из-за многообразия изоцианатов и огромного спектра полиолов можно получить полиуретаны с различными свойствами и сферами применения. Это может быть эластичная пена, жесткая пена, эластомер и т.д. Узнать все о производстве пенополиуретана невозможно, так как точная рецептура фаз держится производителями в секрете. Даже при наличии всех необходимых компонентов опытному химику придется долго подбирать нужные пропорции для обеспечения требуемых свойств смеси.

Трудности при самостоятельном изготовлении ППУ

Обычно строители закупают готовые фазы для производства пенополиуретана, так как сделать ППУ смесь своими руками можно только из готовых компонентов. Для этого необходимо правильно рассчитать расход и пропорцию фаз ППУ , учитывая все влияющие на это факторы.

Для правильного расчета расхода и достижения максимального эффекта от теплоизоляции важно выбрать смесь ППУ подходящей плотности. В зависимости от нее, теплоизоляция также может выполнять функции влагозащиты, изоляции звука, обладать достаточной прочностью для различных механических воздействий. Все эти особенности в большой степени зависят от плотности ППУ, и вы можете выбрать марку в соответствии с необходимыми качествами материала.

Если вы решили нанести слой теплоизоляции своими силами, вам понадобится изучить, как самостоятельно сделать пенополиуретан установку. В идеале это должен быть аппарат высокого давления, который равномерно смешивает обе фазы ППУ в одну массу и под высоким давлением распыляет полученную смесь по поверхности в виде мелкодисперсной пены. Здесь требуются специальные знания, так как сделать установку для замешивания пенополиуретана необходимо с соблюдением всех технологических требований. В домашних условиях нет возможности проверить качество получаемой ППУ-пены. Химикаты могут смешиваться неравномерно и реагировать друг с другом не до конца, что может привести к опасным испарениям в процессе эксплуатации теплоизоляции. Ознакомьтесь с условиями достижения полной безопасности ППУ. Так как сделать пенополиуретановую установку самому с обеспечением регулируемого давления, температуры и прочих параметров очень сложно, чаще всего строители покупают уже готовые пеногенераторы.

При самостоятельном производстве ППУ из готовых компонентов есть три главные проблемы:

Неправильный расчет пропорций фаз в смеси
Неравномерное смешивание фаз ППУ, что приводит к утрате теплоизоляционных свойств и возникновению риска для здоровья
Отсутствие необходимых навыков для напыления слоя ППУ требуемой толщины, что грозит серьезным перерасходом материалов.

Избежать подобных рисков можно только используя готовое специализированное оборудование и обладая необходимыми навыками в работе с пенополиуретаном. Профессионалы обучаются, как сделать смесь из пенополиуретана и применять ее для теплоизоляции минимум 6 месяцев. В результате специалист знает все тонкости настройки распылителей, умеет производить напыление и заливку ППУ равномерно, с минимальным расходом материалов, исключая все возможные риски для здоровья. Так как сделать и распылить пенополиуретан своими руками, можно только при серьезных финансовых и временных затратах, платные услуги профессионала по факту могут обойтись гораздо дешевле.

Данная статья описывает виды полимер полиолов, технологию их изготовления и назначение. Полимер-полиол представляет собой вязкую гомогенную суспензию с белым цветом. Когда вещество добавляется в компонент в количестве от 10 до 20% по массе, происходит повышение несущей способности при деформации, также пена становится более упругой.

Пенополиуретановые изделия становятся более долговечными, на поверхностях образуется меньше дефектов. При добавлении полимер-полиолов можно эффективно управлять свойствами пенополиуретана. Химическое взаимодействие полиэфиров с полиизоционатами способствует образованию химического каркаса с жесткими фрагментами полимеров.

Модификации

В промышленности распространено применение следующих модификаций данного продукта:

полимер-полиолов в виде дисперсий полиакрил-нитрила, полистирола;
полиолов с дисперсией полимочевины;
полизоцианатных полиолов с наличием полидобавок;
других разновидностей.

Каждый вид производится с использованием высокоэффективных технологий, обеспечивающих соблюдение правильных пропорций.

Способы производства полимер-полиолов и ДПМ-полиолов

В процессе изготовления дисперсий полиакрил-нитрида, полистирола используется цепная полимеризация, в которой участвуют акролонитрид, стирол и простой полиэфир. При получении полиолов с ДПМ (дисперсия полимочевины) применяется ступенчатая полимеризация. Диамины и диизоцианаты реагируют друг с другом, также присутствуют простые полиэфиры, имеющие концевые гидроксогруппы. По используемым механизмам такая полимеризация отличается от той, которая используется при получении полиакрил-нитрида.

ДПМ-полиолы характеризуются более высокой вязкостью по сравнению с сополимер-полиолами, стиролом и акрилонитридом. У первого поколения ДПМ-полиолов твердые частицы составляли 20%, вязкость находилась в пределах 3000-3500 сантипуаз. В составе более поздних продуктов твердые частицы насчитываются в количестве 28%.

Важные отличительные особенности ПППИЦ-полиолов и других наименований продукта

Полизоцианатные полиолы, в которых имеются полидобавки, по своим свойствам напоминают ДПМ-полиолы. Отличительной особенностью является содержание диспергированных частиц полиуретана, в образовании которого участвуют изоцианат и алканоламин. При добавлении аминов в стандартные полиолы происходит контакт полученной смеси с толуилендиизоцианатом, если осуществляется быстрое перемешивание. Когда для ускорения реакции применяется оловоорганический катализатор, завершение процесса происходит в течение 5 минут. Изготовлением ПППИЦ-полиолов обычно занимаются фирмы, производящие пенопласты.

К другим видам материала относятся сополимер-полиолы, в основе которых имеется эпоксидная дисперсия. Специальный полиол и эпоксидная смола качественно взаимодействуют друг с другом, благодаря чему происходит стабилизация частиц. Высокомодульные наполнители в виде эпоксидных частиц способны более быстро образовывать водородные связи.

Стандартные полиолы также могут включать в себя дисперсии полиизоцианурата. Для приготовления используется растворитель. Полиизоцианурат и монофункциональный галогенированный спирт, вступающие в реакцию, обеспечивают стабилизацию частиц.

Сополимер-полиолы на основе дисперсии меламина снижают воспламеняемость. При этом окончательно не установлено, каким образом размеры частиц влияют на характеристики пенопластов.

Сфера использования самого распространенного вида полиолов

Наиболее широкое распространение в РФ получил первый вид материала в виде дисперсии полиакрил-нитрида, полистирола (SAN). Данное сырьё активно применяется в изготовлении поролонов и сидений автомобилей. Полезные свойства сохраняются на протяжении длительного периода времени, получаемые изделия эксплуатируются с высокой степенью износостойкости. Благодаря этому продукция, относящаяся к первому виду, пользуется большим спросом. При изготовлении низкокачественных изделий, многие производители по-прежнему не пользуются полимер-полиольными добавками.

Продажа полиолов в России

Высокие темпы производства и потребления полиуретанов приводят к накоплению неизбежно образующихся производственных отходов и изделий вышедших из эксплуатации, что влечет за собой экологические и экономические проблемы. Традиционные способы утилизации отходов — депонирование и сжигание для полиуретанов неприемлемы. Среди известных методов переработки полиуретановых отходов наиболее эффективным признан гликолиз, позволяющий получать вторичные полиолы.
Производство полиуретанов (ПУ) представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся отраслей промышленности. Такой интерес производителей ПУ прежде всего связан с возможностью получения разнообразных технически ценных материалов на их основе. Это монолитные эластомеры и пластики, вспененные материалы, волокна, клея, лаки, адгезивы и герметики. При этом на эластичные и жесткие пенополиуретаны (ППУ) приходится наибольший объем потребления, который составляет 75 % от всего выпуска [1].
Высокие темпы производства и потребления ПУ приводят к накоплению неизбежно образующихся производственных отходов и изделий вышедших из эксплуатации, что влечет за собой экологические и экономические проблемы. Традиционные способы утилизации отходов — депонирование и сжигание для полиуретанов неприемлемы. В первом случае в результате воздействия воды образуются вредные аминосодержащие продукты, во втором — выделяются токсичные газы, такие как цианистый водород, оксиды азота и т. п. В то же время невосполнимость природных ресурсов и их высокая стоимость диктуют настоятельную необходимость использования вторичного сырья.
Среди известных методов переработки ПУ отходов наиболее эффективным признан гликолиз, позволяющий получать вторичные полиолы.
Целью настоящего исследования явилось изучение химической структуры, физико-химических параметров продуктов гликолиза и синтез на их основе новых ПУ материалов.

В качестве деструктирующих агентов (ДА) использовались гидроксилсодержащие соединения, входящие в основной состав производственной композиции. В случае СКУ-ОМ таковыми являлись смесь ПЭБА и ОМ. Для разрушения ЭППУ использовали смесь N,N,N’,N’- тетрагидроксипропиленэтилендиамина (торговая марка Лапрамол 294) и Лапрола 5003. Для ЖППУ использовали Лапрол 564. Массовые соотношения СКУ-ОМ:ДА=60:40, ЭППУ:ДА=40:60 и ЖППУ:ДА=40:60 были выбраны экспериментально, исходя из максимального количества отходов и минимума ДА.
Гликолиз проводили в колбе с перемешивающим устройством при температурах 120, 150 и 180 оС. В колбу загружали ДА, доводили температуру до заданного уровня и непрерывно вводили измельченный ПУ.
Химическая структура продуктов гликолиза исследовалась методом ИК-спектроскопии. ИК-спектры регистрировались в области 4000-400 см-1 на спектрометре Specord 75 IR. Использовались образцы в виде капли зажатой между стеклами КBr.
Содержание гидроксильных и аминных групп определялось химическими методами 4.
Физико-механические показатели исходных и вторичных ПУ определялись согласно стандартам ИСО.
ИК-спектроскопический анализ продукта гликолиза СКУ-ОМ показал наличие полос поглощения, характерных для уретановой ((3340, 1735, 1535, 780см -1 ), сложноэфирой (1735 см -1 ) и гидроксильной (3460 см -1) групп. Наличие указанных групп позволило предположить, что продукт гликолиза представляет собой смесь бифункциональных по ОН — группам полиолов и уретанполиолов, образующихся в результате каталитического гликолиза аллофанатных, сложноэфирных и уретановых фрагментов (рис., реакции 1,3,4).
Поскольку в ДА входит ОМ в реакционных количествах, то наряду с гликолизом, не исключена возможность протекания фенолиза указанных групп, которая приводит к образованию моно- и даже нефункциональных по ОН — группам соединений.
Важнейшим технологическим параметром, позволяющим контролировать процесс гликолиза, является содержание в системе гидроксильных групп (СОН). Установлено, что СОН в гликолизате после незначительного снижения, связанного с углублением деструктивных процессов, через 16 часов при 120 оС стабилизируется на уровне ? 1,7?1,8 %. Указанное значение фактически соответствует содержанию ОН-групп в исходном полиэфире.
Ввиду того, что полученный гликолизат имеет близкое строение и параметры с ПЭБА применяемого для синтеза литьевых монолитных ПУ, появилась возможность его использования в качестве части полиольной составляющей при получение каучука СКУ-ОМ. Динамика изменения физико-механических показателей СКУ-ОМ, полученных с применением вторичного полиола показывает достаточно высокий уровень прочностных показателях вплоть до 20% содержания ПУ отходов (табл. 1).

Литература
1. Stinson S. Poleurethane use continues to grow // Chem. and Eng. News. 1997. 75. №31. P.22.
2. Пат. 914574 РФ. Способ получения полиуретанов с изоциануратными циклами в цепи. Бакирова И.Н., Зенитова Л.А., Кирпичников П.А. и др./1993.
3. Пат. 2117014 РФ. Катализатор для гидроксилсодержащего компонента и состав гидроксилсодержащего компонента для получения эластичного пенополиуретана на его основе. Матросова Л.В., Бакирова И.Н., Зенитова Л.А. и др./ Б.И.. 1998. № 22.
4. Анализ продуктов производства синтетических каучуков / Под ред. И.В.Гарманова. — М.-Л.: Химия. 1964. С.222.
5. Губен-Вейль. Методы органической химии. Т. II. Методы анализа. -М.: Государст. научно-техн. изд. хим. литер. 1963. С. 674.
6. Сиша С., Ханна Дж. Г. Количественный органический анализ по функциональным группам. -М.: Химия. 1983. С. 40.
7. Пат. 2139313 РФ. Полиуретановая клеевая композиция. Бакирова И.Н., Демченко И.Г., Матросова Л.В., Розенталь Н.А./ Б.И. 1999. № 28.
8. Пат.2139305 РФ. Полимерная композиция. Бакирова И.Н., Табачков А.А., Демченко И.Г., Шавкин И.В./ Б.И. 1999 № 28.

А.Р. Галимзянова, И.Г. Демченко, Д.А. Романов, И.Н. Бакирова, Л.А. Зенитова,
Казанский государственный технологический университет, г. Казань