Спосіб одержання органомінерального піноматеріалу

Изобретение 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 NCO-группы в присутствии вспенивающего агента, катализаторов аминного типа, предпочтительно при 2,4,6-трис-(диметиламино-метил)фенола [1]. В соответствии с известным способом обязательно использование вспенивателя для получения пены с низкой кажущейся плотностью (менее 100 кг/м 3 таких как галоидные алканы, например, трихяорфторметан. Двуокись углерода,. образующаяся в ходе реакции полиизоцианата и жидкого стекла, когда установлено подходящее отношение NCO-групп к МеО2(> 2), исчезает неконтролируемо в известном процессе и не влияет на пенообразование (Me - атом щелочного металла). Известен также способ получения органо-минерального пеноматериала путем взаимодействия полиизоцианата с водным раствором щелочного силиката в присутствии поверхностно-активного и катализатора [2]. Однако известный способ требует определенное количество воды: отношение воды к силикату щелочного металла равно от 2 до 200%. Целью изобретения является получение равномерного вспененного продукта с низкой плотностью. Указанная цель достигается тем, что при одинаковом количестве воды, что в известном способе, используют полиизоцианат и водный раствор щелочного силиката, взятых в количествах, обеспечивающих молярное отношение NCO-групп, полиизоцианата к Ме2О - гр упп 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 где P:-(C2H4O)(C3H 6O4)R1, в котором R1:-H, алкильная группа, с молекулярной массой от 7000 до 11000 в количестве 11,4-36,4 мас.ч. на 100 мас.ч. NCO-групп полиизоцианата. Реакцию полиизоцианата в водном растворе щелочного силиката осуществляют в присутствии триполифосфата калия или полифосфата натрия, 2,4,6-трис-(диметила-минометил)-фенола или тетраметилгексаметилендиамина. Для получения органоминеральных пеноматериалов, 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 SiO2 к Na2O преимущественно в пределах от 2,0 до 4,0. Если используют калиевое жидкое стекло, то молярное отношение SiO2 к К2О 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, циклоалифатические, аралифатические, ароматические и гетероциклические полиизоцианаты. Могут быть также использованы кубовые остатки, образующиеся при промышленном получении изоцианатов, которые содержат изоцианатогруппы. Особенно предпочтителен "сырой МДИ" с содержанием N-CO-групп, равным от 28 до 32,5%. Пригодным катализатором для осуществления способа согласно изобретению является: третичные амины, например, триэтиламин, N-метилморфолин, 1,4-диаза-бицикло(2,2,2)октан и другие, силамины с углеродкремниевыми связями, например, 2,2,4-триметил-2-силаморфолин и 1,3-диэ-тиламинометилтетраметилдисилоксан, основания, содержащие азот, например фенолят натрия, метилат натрия, металло-органические соединения, например, остоат олова, соли карбоновых кислот диалкилолова. Кроме того, могут быть использованы катализаторы тримеризации, например, 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол, Предпочтительно, согласно изобретению, в качестве катализатора используют 2,4,6трис(диметиламинометил)фенол в количестве от 0,001 до 10%, предпочтительно от 0,3 до 4,0% от веса изоцианатов. Использованный в соответствии с изобретением блок-сополимер полисилоксана. и простого полиэфира известен [3]. При производстве пенополиуретанов эти блок-сополимеры применяются вместе со вспенивающими средствами. 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, а также аморфная кремниевая кислота или силикаты металлов. В соответствии с изобретением в реакционную смесь могут быть добавлены органические соединения, имеющие радикалы, реакционноспособные в отношении изоцианогрупп особенно атомы водорода, например, многоатомные спирты простых и сложных полиэфиров и фосфаты сложных эфиров и т.д. Для снижения воспламеняемости неорганических и органических пеноматериалов в реакционную смесь вводят известные в химии ингибиторы, например фосфаты или бораты, в количестве 2-30% от массы изоцианатного компонента. Эти добавки также служат для поддержания заданных отношений NCO и Ме2О. Кроме того, в реакционную смесь могут быть также добавлены наполнители для упрочнения вспененных продуктов. Примерами подходящих наполнителей являются диатомовая земля, гидрат окиси алюминия, силикат магния, асбестовый порошок, мел, асбестовые волокна, стекловолокно. Количество добавляемых наполнителей первоначально определяются вязкостью смеси. Предпочтительно следует добавлять 0,1-30% массы применяемого раствора жидкого стекла. Пигменты и красители могут также вводиться при желании в реакционную смесь. Для получения органоминеральных пеноматериалов сначала приготовляют два компонента А и В. Компонент А состоит из раствора жидкого стекла и содержит катализатор вместе с желаемыми добавками органических соединений с водородными атомами, реакционноспособными по отношению к изоцианатным группам, например, многоатомный спирт, а также ингибирующими воспламеняемость добавками, наполнителями и красителями. Если необходимо, то к компоненту А может быть добавлена вода для снижения вязкости. Вода действует также как реагент для образования двуокиси углерода. Компонент В составлен из полиизоцианата и блок-сополимера полисилоксана и простого полиэфира. Компонент В также может содержать упрочнители и наполнители, совместимые с указанными ингредиентами, вместе с другими специфическими добавками, т.е. ингибирующими воспламеняемость добавками, например, трис-b-хлорпропилфосфат или негидрализующееся огнестойкое средство на основе фосфора и галогена. Для получения пеноматериала компоненты А и В смешивают в течение от 5 и более 100 с и может регулироваться по желанию. Если необходимо, то компоненты или смесь могут быть подогреты или охлаждены, чтобы приспособиться ко времени начала процесса получения пеноматериала. Если смесь подобрана такого состава, что молярное отношение изоцианатных групп к Ме 2О-гр уппам в жидком стекле выше 2:1 и предпочтительно находится в интервале от 2,5 до 5,0:1, то возможно предотвратить неконтролируемое выделение избыточной двухокиси углерода, образующейся в ходе реакции из реакционной смеси добавлением блок-сополимеров полисилоксана и простого полиэфира общей формулы (1) и использовать ее для контролируемого вспенивания смеси и регулируемого, воспроизводимого пенообразования. В способе, согласно изобретению, органоминеральные пеноматериалы с особо низкой плотностью могут быть получены, если в реакционную массу добавить полимерный фосфа т. Чтобы получить определенную плотность органоминерального пеноматериала в этом варианте осуществления изобретения требуется неожиданно меньше количества блок-сополимеров полисилоксана и простого полиэфира, чем в варианте осуществления, в котором не используется полимерный фосфат, т.е. часть 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 подходящих полимерных фосфа тов является триполифосфат калия формулы: К5Р3 О10 с содержанием Р2О5, равным 48% и рН-9,5. Пены, полученные с добавкой полимерного фосфата, мелкопористые, они имеют неожиданно высокую прочность и выглядят аналогично пенополиуретаном. Примеры иллюстрируют изобретение, однако, ограничивают его. Пример 1. Компонент А. 126,70 г натриевого жидкого стекла, 45% твердого вещества, молярное отношение SiO2 к Ме2О равно 2,84. 3,43 г 2,4,6-трис(диметиламиноме-тил)фенол(катализатор) 22,81 г воды. Компонент В. 110,7 "сырого МДИ" (модифицированного диизоцианата), содержание изоцианогрупп 30,5%. 12,3 г блок-сополимера полисилоксана и простого полиэфира с концевыми меток-сигруппами. Оба компонента (мол.отношение NCO и Na2О равно 3,27) тщательно смешивают в течение 15 сек при комнатной температуре с помощью мешалки. Получают светлый вспененный материал с плотностью 59 кг/м 3. Пример 2. Компонент А. 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 полисилоксана и простого полиэфира с концевыми буток-сигруппами. Компоненты (мол.отношение NCO к Na2O равно 4,20) обрабатывают как и в примере 1. Получают вспененный материал с плотностью 16 кг/м. Пример 3. Компонент А. 107,80 г жидкого калиевого стекла, содержание твердого вещества 41,1 г, отношение SiO2 и К2О равно 2,87. 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. Компоненты обрабатывают как и в примере 1. Получают вспененный материал с плотностью 35 кг/м. Пример 4. Компонент А 112,13 г жидкого натриевого стекла 47/48, с содержанием твердого вещества 43,4%, отношение SiO2 и Na2O равно 2,69. 2,29 г катализатора, как и в примере 1. 2,88 г воды. Компонент В. 109,04 г "сырого МДИ", как и в примере 1. 6,96 г блок-сополимера, как и в примере 1. Компоненты обрабатывают по примеру 1. Получают вспененный материал с плотностью 27 кг/м 3. Пример 5. Компонент А. 126,10 г жидкого натриевого стекла 48/50. 2,87 г катализатора, как и в примере 1. 54,33 г воды. Компонент В. 124,0 г "сырого МДИ", как и в примере 1. 4,0 г блок-сополимера, как и в примере 1. Компоненты обрабатывают по примеру 1. Получают вспененный материал с плотностью 63,0 кг/м 3. Пример 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 плотностью 46 кг/м 3. Пример 7. Повторяют пример 5 с модификацией, заключающейся в том, что в компонент В добавляют 9,3 г блок-сополимера из примера 1. В результате получают вспененный материал с плотностью 33 кг/м 3. Пример 8. Компонент А. 88,33 г жидкого натриевого стекла 48/50. 2,60 г катализатора, как и в примере 1. 33,68 г воды. Компонент В. 94 г "сырого МДИ", как и в примере 1. 8 г блок-сополимера, как и в примере 1, 20 г огнестойкого средства на основе фосфора и галогена. Эти компоненты (молярное отношение NCO к Na2O равно 3,58) обрабатывают, как и в примере 1. Получают мелкопористый вспененный материал с плотностью 26 кг/м 3. Пример 9. Компонент А. 64,8 г жидкого натриевого стекла 48/50, 0,5 г тетраметилгексаметилендиамина, 22.2 г воды. Компонент В. 57,34 г "сырого МДИ", как и в примере 1. 3,66 г блок-сополимера, как и в примеpe 1. Эти компоненты обрабатывают по примеру 1. Получают вспененный материал с плотностью 82,0 кгм 3. Пример 10. Повторяют пример 1, но использовали 118,8 г "сырого МДИ" и 13,2 г блок-сополимера (отношение NCO к Na2О равно 3,51). Получают вспененный материал с плотностью 44 кг/м 3. Пример 11. Компонент А. 33.3 г жидкого натриевого стекла с содержанием твердого вещества. 54,5% молярное отношение SiO2 и Na2О равно 2,09. 26,7 г воды. 22 г триполифосфата калия. 8 г полифосфата натрия (рН 8,6 при 1 %, с содержанием Р2О5 около 60,5%). 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/м. Пример 12. Компонент А. 22 г жидкого натриевого стекла, как и в примере 1. 70 г триполифосфата калия, 50%-ный раствор. 2,5 г катализатора, как и в примере 1. 1 г тритона ВС10 (неионогенное поверхностно-активное вещество, 35%-ный раствор в воде). 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 и получают прочный, мелкопористый вспененный материал с плотностью 20 кг/м. Пример 13. Компонент А. 30 г жидкого натриевого стекла, как и в примере 1. 40 г триполифосфата калия, 50%-ный, раствор. 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 примеру 1. Получают вспененный материал с плотностью 15 кг/м 3. Отношение NCO/Me2O представлено для всех примеров в нижеследующей таблице. Его определяют следующим образом (на примере примера 1). Пример 1. 126,76 г Na-жидкого стекла, как указано, содержит 12% №20=15,21 г Na2О=0,245 мол Na2O 110,7 г неочищенного МДИ: Содержание N СО 30,5%. В соответствии с этими примерами молярного отношения NCO/Ме2О определяют в исправленном пункте 2 как 3,28 до 16,2. Количество блок-сополимера в формуле изобретения рассчитано на 100 мас.ч. изоцианатных групп, как это отношение к изоцианатным группам является критическим. Оно не должно относиться к весу полиизоцианата (который может содержать различное количество изоцианатных групп). Поэтому в таблице для всех примеров указаны количества блок-сополимера на 100 мас.ч. изоцианата. Интервал значений в примераж 11,4-36,4 мас.ч.