Влияние полимер-полиольных добавок на свойства эластичных пенополиуретанов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ХИМИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ

УДК 678.6/.7 544.23.057 544.25.057

А. В. Севастьянов, Р. М. Гарипов

ВЛИЯНИЕ ПОЛИМЕР-ПОЛИОЛЬНЫХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА ЭЛАСТИЧНЫХ ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВ

Ключевые слова: пенополиуретан, полимер-полиол, лапрол 5003, стирол, физико-механические свойства,

компонент А.

Разработан метод получения полимер-полиола с использованием полиэфира марки лапрол-5003-2-15 и стирола. Изучено влияние количества полимер-полиолов, вводимых в компонент А, на свойства эластичных пенополиуретанов. Показано, что при использовании полимер-полиолов с увеличением их доли в компоненте А происходит упрочнение пен.

Key words: polyurethane foam, polymer polyol, laprol 5003, styrene, physical and mechanical properties, component A.

A method for polymer-polyol with polyester brand Laprol-5003-2-15 and styrene. Investigated the properties of the polymer polyols. The influence of polymer polyols, introduced in component A, the properties of flexible polyurethane foam. Proved that the use of polymer polyols with an increase in their share of the component A is hardening foams.

Нами разработан метод получения полимер-полиольных дисперсии для эластичных и жестких пенополиуретанов (ППУ) на основе простого полиэфира и стирола [1]. Разработанная технология получения полимер-полиола отличается от технологии зарубежных компаний. Главное преимущество предлагаемого метода получения заключается в том, что получение полимер-полиола обходится без применения дорогостоящего и ядовитого мономера акрилонитрила. В настоящее время в рецептурах для получения пенополиуретанов различного назначения широко применяется полиэфир марки лапрол-5003-2-15, поэтому полимер-полиол был получен на основе данного простого полиэфира. Характеристика полученного продукта (ЛС-5003 и ЛС-5003А) представлена в таблице 1.

Повышение комплекса свойств ППУ частично объясняется тем, что модифицированные полимер-полиолами полиэфиры при химическом взаимодействии с полиизоционатами образуют химический каркас (сетку химических связей) с жесткими полимерными фрагментами. Представлял интерес изучение влияния типа и количества полимер-полильных добавок на свойства эластичных ППУ (ЭППУ). В работе так же изучали влияние промышленных полимер-полиолов на свойства ЭППУ: полимер-полиол ЛапС (ЗАО «Химтраст», г. Нижнекамск), полученного на основе полиэфира лапрол-3603-2-12, Lupranol 4800Н (BASF AG, Германия) и Ultiflow UF-100 (Mitsui Chemicals, Япония), свойства которых приведена в таблице 1.

Из табл. 1 видно, что содержание гидроксильных групп, промышленно выпускаемых и синтезированных нами полимер-полиолов близки, поэтому химизм образования ЭППУ при введении одинаковых количеств полимер-полиольных добавок будут одинаковы [2].

Было изучено влияние количества полимер-полиолов, вводимых в компонент А, на свойства эластичных пенополиуретанов. Использование полимер-полиолов для получения пенополиуретанов заключается в замене части полиэфирполиола в компоненте А на полимер-полиол.

Влияние количества полимер-полиола на процесс вспенивания и физико-механические свойства ЭППУ нами изучалось на примере системы Elastoflex W5115/112 (BASF AG, Германия). Компонент А был модифицирован введением 5, 10, 15, 20 и 25 мас.% полимер-полиолов от количества компонента А. Определяли параметры вспенивания [3], кажущая

плотность ППУ [4]. Вспененные и выдержанные в течение одного месяца образцы ЭППУ подвергали разрушению при растяжении на разрывной машине «Inspekt mini» и определяли физико-механические свойства ППУ: напряжение разрушения, удлинение при обрыве.

Таблица 1 - Исследование свойств полимер-полиолов

Полимер- Свойства полимер-полиолов

полиол Гидроксильное число Кислотное число Вязкость, кПа-с Содержание летучих веществ, % Твердая фаза, %

ЛС-5003 22,42 4,91 10245,35 2,4 39,5

ЛС-5003А 20,25 12,76 5403,399 3,2 13,1

ЛапС 25,28 2,48 9269,766 0 21,4

Lupranol 4800Н 26,36 0,85 7113,909 0,76 10,2

UF-100 19,38 1,26 3381,143 2,17 23

В таблице 2 представлено влияние количества полимер-полиолов на параметры вспенивания системы Е^ШЙех ^^5115/112 для получения ЭППУ при свободном вспенивании.

Таблица 2 - Влияние количества полимер-полиолов на параметры вспенивания системы Е1а81:оАех W5115/112 для получения ЭППУ при свободном вспенивании

Полимер- полиол Содержание полимер-полиола в ком. А, мас.% Параметры вспенивания

Старт, с Гель, с Подъем, с

Без полимер-полиола 0 24 150 200

5 20 145 232

10 21 150 240

ЛС-5003 15 20 162 260

20 20 165 260

25 20 210 340

5 21 126 227

10 20 143 228

ЛС-5003А 15 20 140 235

20 20 153 238

25 20 170 240

5 22 150 226

10 23 142 218

ЛапС 15 22 149 247

20 22 150 240

25 22 155 240

Видно, что во всех случаях введение полимер-полиолов не приводит к изменению времени старта, но происходит существенное изменение времени геля и окончания подъема пены. С повышением количества полимер-полиолов эти показатели увеличиваются, причем наиболее существенное увеличение происходит при использовании полимер-полиола ЛС-5003. Это, вероятно, объясняется тем, что полимер-полиол ЛС-5003 имеет наибольшую вязкость и образует компонент А с большей вязкостью, что приводит к более длительному подъему пены. При этом влияние на кажущуюся плотность всех полимер-полиолов приблизительно одинаково (рис. 1).

и

X

л

н

и

о

X

н

о

ч

Б

к

и

к

я

3

я

а

Содержание полимер-полиола в компоненте А, мас.%

ЭППУ с ЛС-5003 ЭППУ с ЛС-5003А ЭППУ с ЛапС

Рис. 1 - Зависимость кажущейся плотности ЭППУ от содержания полимер-полиола в рецептуре компонента А

Рост кажущейся плотности с увеличением содержания полимер-полиолов может быть объяснен тем, что при таком способе введения полимер-полиолов происходит постепенное снижение концентрации катализаторов, стабилизаторов и воды в качестве вспенивающего агента.

Результаты физико-механических испытаний ЭППУ с различным содержанием полимер-полиолов представлены в таблицах 2-4.

Таблица 2 - Влияние содержания полимер-полиола ЛС-5003 на физико-механические свойства ЭППУ

Показатель Содержание ЛС-5003 в компоненте А, мас.%

0 5 10 15 20 25

Напряжение разрушения, МПа 0,030 0,053 0,057 0,069 0,062 0,060

Удлинение при обрыве, % 81,70 88,41 83,86 63,01 69,43 79,44

Модуль упругости, МПа 0,10 0,18 0,12 0,10 0,21 0,32

Предел текучести, МПа 0,014 0,017 0,026 0,030 0,049 0,073

Удлинение при пределе текучести, % 3,77 4,88 10,84 10,79 14,38 26,51

Таблица 3 - Влияние содержания полимер-полиола ЛС-5003А на физико-механические свойства ЭППУ

Показатель Содержание ЛС-5003А в компоненте А, мас.%

0 5 10 15 20 25

Напряжение разрушения, МПа 0,030 0,038 0,054 0,062 0,063 0,067

Удлинение при обрыве, % 81,70 82,48 85,08 88,44 97,12 97,13

Модуль упругости, МПа 0,10 0,14 0,16 0,16 0,18 0,30

Предел текучести, МПа 0,014 0,024 0,022 0,049 0,056 0,061

Удлинение при пределе текучести, % 3,77 11,09 9,51 24,85 24,83 26,01

Таблица 4 - Влияние содержания полимер-полиола ЛапС на физико-механические свойства ЭППУ

Показатель Содержание ЛапС в компоненте А, мас.%

0 5 10 15 20 25

Напряжение разрушения, МПа 0,030 0,049 0,043 0,038 0,041 0,038

Удлинение при обрыве, % 81,70 83,47 84,55 78,84 76,31 72,40

Модуль упругости, МПа 0,10 0,10 0,18 0,20 0,22 0,25

Предел текучести, МПа 0,014 0,034 0,020 0,028 0,044 0,061

Удлинение при пределе текучести, % 3,77 17,07 8,26 12,50 16,43 26,98

Из таблиц видно, что при использовании полимер-полиолов, вводимых в компонент А для ЭППУ, с увеличением их доли в компоненте А происходит упрочнение пен по всем выше перечисленным показателям. Такие показатели пен, как модуль упругости, предел текучести и удлинение при пределе текучести с ростом содержания полимер-полиолов непрерывно увеличиваются. Однако напряжение разрушения и удлинение при обрыве имею экстремальные значения в зависимости от содержания полимер-полиолов, причем максимальные значения этих показателей достигаются при разных содержаниях в зависимости от типа полимер-полиолов.

Анализ данных показал, что напряжение разрушения для полимер-полиолов ЛС-5003 и ЛС-5003А непрерывно растет и при введении 25 мас.% увеличивается в два раза. В тоже время полимер-полиол ЛапС дает увеличение напряжения разрушения лишь на 25% (рис. 2).

Я и,ио и 2 П П 7

, 0,0/ (Я 8 <5 0 06 - ^

д 0,06 & м П ГК

св 0,05 а 5 0 04

V % 5 п ел ^ —

А 0,03 в я ® 0 02 Вт

0,02 0 5 10 15 20 25 Содержание полимер-полиола в компоненте А, мас.% ЭППУ с ЛС-5003 ЭППУ с ЛС-5003А ЭППУ с ЛапС

Рис. 2 - Зависимость напряжения разрушения ЭППУ от содержания полимер-полиола в рецептуре компонента А

Такое поведение полимер-полиолов, вероятно, объясняется тем, что в компоненте А системы Е1а81ойех W5115/112 основным полиэфирполиолом является полиэфир марки лапрол-5003-2-15, также как и в полимер-полиолах ЛС-5003 и ЛС-5003А, что приводит к их большему сродству, чем с полимер-полиолом ЛапС. Этим же можно объяснить расхождения во влиянии полимер-полиолов на удлинение образцов ЭППУ при обрыве (рис. 3).

и

Й

2

а

о

о

8

&

=

и

8

Я

и

Я

Я

П

Я

Содержание полимер-полиола в компоненте А, мас.%

ЭППУ с ЛС-5003 ЭППУ с ЛС-5003А ЭППУ с ЛапС

Рис. 3 - Зависимость удлинения при обрыве ЭППУ от содержания полимер-полиола в рецептуре компонента А

Таким образом показано, что использование в составе компонента А синтезированных нами полимер-полиольных добавок позволяет получать ЭППУ с повышенными физикомеханическим свойствами.

Литература

1. Севастьянов, А.В. Получение полимер-полиольной добавки на основе Лапрола 5003 и изучение ее свойств/ А.В. Севастьянов, Р.М. Гарипов, Р.В. Еганов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. № 10 -С. 180 - 186.

2. Randall, D. The polyurethanes book. John Wiley and Sons LTD / D. Randall, S. Lee. - 2002. - 477 p.

3. Саундерс, Д. Х. Химия полиуретанов / Д. Х. Саундерс, К.К Фриш. - М.: Химия, 1968. - 470 с.

4. ГОСТ 409-77. Пластмассы ячеистые и резины губчатые. Метод определения кажущейся плотности. - Введ. 01.07.1978. - М. Изд-во стандартов, 2002. - 4 с.

© А. В. Севастьянов - асп. КНИТУ, art.sevastianov@gmai1.com; Р. М. Гарипов - д-р хим. наук, проф. каф. технологии переработки пластических масс и композиционных материалов КНИТУ, rugaripov@ramb1er.ru