Пінополіуретановий матеріал

Реферат: Пінополіуретановий матеріал містить поліольну (поліефірну) і ізоціанатну складові, каталізатори, ПАР (стабілізатори піни), природні компоненти. Як поліольну складову матеріал містить поліестери та поліетери. Як каталізатори матеріал містить амінний каталізатор трис(диметиламінометил)фенол та оловоорганічний каталізатор - октоат олова (О.О). Як ПАР (стабілізатори піни) матеріал містить блок-співполімер полідиметилсилоксану та алкіленоксидів та вазелінову олію. Як природні компоненти матеріал містить полісахариди (ПС). UA 68668 U (12) UA 68668 U UA 68668 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до пінополіуретанів (ППУ), які одержують з диізоціанатів і суміші поліестерів та поліетерів, що можуть знайти застосування в хімічній, медичній, автомобільній, авіаційній, швейній, взуттєвій галузях народного господарства та здатні розкладатися в умовах навколишнього середовища після завершення терміну їх використання. Відомі пінополіуретанові матеріали (ППУМ), які містять полісахариди, наприклад пінополіуретанові матеріали для покриття ран як штучних замінників шкіри, які містять поліетиленгліколь (MM=600, 1000, 2000), гліцерин, бутандіол і порошок Na-альгінату, воду і каталізатори та 1,6-гексаметилендіізоціанат [1]. Такі пінополіуретанові матеріали характеризуються високими абсорбційними властивостями і паропроникністю. Недоліком цих ППУМ є незначна здатність до деградації в умовах навколишнього середовища після завершення терміну їх використання. Найбільш близьким до матеріалу, що заявляється, за складом і досягнутими результатами є 3 ППУМ, що містить поліол, а саме: (поліпропіленгліколь (густина 800-1000 кг/м при 25 °C) (ППГ), гліцерин і сульфатну кислоту за співвідношенням ППГ:гліцерин:сульфатна кислота=94:5:1 та зріджену кору акації, крохмаль), а також містить каталізатори, поверхнево-активні речовини (ПАР), воду та 2,4-(2,6)-толуїлендіізоціанат (ТДІ). Отримують ППУМ з вмістом природних компонентів 30 % (по масі), половина з яких становить танін з кори акації (15 %) і половина кукурудзяний крохмаль (15 %). При інкубації такого ППУМ у ґрунт втрата маси через 6 місяців склала 15,6 % [2]. Одержаний пінополіуретановий матеріал (ППУМ) характеризуються високими абсорбційними властивостями. Недоліком цього пінополіуретанового матеріалу є те, що такий ППУМ має незначні показники деструкції (руйнування) в умовах навколишнього середовища. Задачею корисної моделі є створення пінополіуретанового матеріалу (ППУМ), здатного до деградації (самодеструкції) під дією різних деструктуючих факторів навколишнього середовища після завершення терміну його використання. Поставлена задача вирішується тим, що пінополіуретановий матеріал, що містить поліольну (поліефірну) і ізоціанатну складові, каталізатори, ПАР (стабілізатори піни), природні компоненти, згідно з корисною моделлю, як поліольну складову містить поліестери та поліетери молекулярної маси 500-5000, як каталізатори амінний каталізатор трис(диметиламінометил)фенол (УП-606/2) та оловоорганічний каталізатор - октоат олова (О.О), як ПАР (стабілізатори піни) - блок-співполімер полідиметилсилоксану та алкіленоксидів (КЕП-2) та вазелінову олію, як природні компоненти - полісахариди (ПС) за такого складу компонентів, мас. ч.: поліестери MM 500, 800, 2200 поліетери MM 3000, 5000 трис-(диметиламінометил)фенол (УП- 606|2) октоат олова (О.О.) кремнієорганічний блок-співполімер полідиметилсилоксану та алкіленоксидів (КЕП- 2) вазелінова олія полісахариди (ПС) 2,4(2,6) толуїлендіізоціанат 40 45 50 100 25,2-637 3,2-20,0 4,0-50,0 2,4-15,0 0,5-5,0 45,0-500,0 64,0-350,0. Як поліестери містить П2200 молекулярної маси 2200, ПДА-800 молекулярної маси 800, П-7 молекулярної маси 500. Як поліетери містить Л-5003 молекулярної маси 5000, Л-3003 молекулярної маси 3000. Як полісахариди (ПС) містить натрій альгінат (Na-Ал), крохмаль (Кр), натрій карбоксиметилцелюлозу (Na-КМЦ), гідроксіетилцелюлозу (ГЕЦ). ПС вводять в реакційну суміш у вигляді водних гелів концентрацією 10 % (Na-Ал, Кр, ГЕЦ) та 5 % (Na-КМЦ). Спінювання здійснюється за рахунок діоксиду вуглецю, що виділяється при взаємодії діізоціанату з водою. Вирішення задачі корисної моделі забезпечується складом запропонованого пінополіуретанового матеріалу (ППУМ), який містить полісахариди, що мають не менше 2 реакційноздатних функціональних груп на елементарну ланку, тому ці природні сполуки зв'язані як фізичними, так і хімічними зв'язками, завдяки чому отриманий ППУМ набуває здатності до деградації в умовах навколишнього середовища після завершення терміну його використання. 1 UA 68668 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Наявність в ППУМ хімічно зв'язаних полісахаридів підтверджується даними піролітичної мас-спектрометрії. Так, в продуктах деструкції ППУМ-ПС наявні лише деякі продукти деструкції ПС. Загалом, при порівнянні температурних залежностей інтенсивності виділення летючих продуктів термодеструкції ППУ-к (ППУ без вмісту полісахаридів) та ППУМ-ПС видно, що деструкція ППУМ-ПС починається при більш високих температурах, ніж ППУ-к. Це пов'язано з термостабілізуючою роллю ПС в результаті утворення сильної внутрішньо- і міжмолекулярної взаємодії між ОН-групами ПС та уретановими і сечовинними групами ППУ. Суть корисної моделі пояснюється такими прикладами. Пінополіуретановий матеріал, запропонованого складу, (мас. ч.) одержують таким чином: Приклад 1. При кімнатній температурі в широкогорлу склянку вносять, мас.ч.: УП-606/2 (3,2), перемішують, додають [О.О] (4,0), вазелінову олію (0,5), КЕП-2 (2,4) і знову перемішують. В отриману масу вносять Лапрол-3003 (25,2) і П-2200 (100). Після перемішування і одержання гомогенної маси додають у вигляді 10 % водного гелю Na-Ал. (45), знову ретельно перемішують до однорідності і додають 2,4-(2,6) ТДІ (64), перемішують до появи піни (за 2-3 хв.). Після чого заливають у форми. Приклади 2-4 та 8-13. Синтез здійснюють аналогічно прикладу 1. Приклади 5, 6, 7. Синтез здійснюють аналогічно прикладу 1 за винятком того, що Na-KM додають у вигляді 5 % водного гелю (співвідношення реагентів наведені в табл. 1). За прикладами 1-13 отримують пружний дрібнопористий рівномірний пінополіуретановий матеріал. Склад та співвідношення реагентів пінополіуретанового матеріалу прикладів 1-13 наведені в табл. 1. ППУМ запропонованого складу випробуваний наступним чином: уявну густину визначали згідно з [3]; руйнівна напруга при розтягуванні та відносне подовження в момент розриву визначалась на розривній машині FU-1000 (Німеччина) згідно з [4]. Зразки ППУМ для випробування мали форму дисків (d=25 мм, h=10 мм), приклеєних паралельними площинами до металевих зразків. Швидкість руху затискача машини - 25 мм/хв., розрив зразків відбувався по ППУМ; вологопоглинання і паропроникність визначались згідно [5]. Товщина досліджуваних зразків становила 10 мм. Дослідження деградації ППУМ здійснювали у відповідності з методикою, що дозволяє моделювати процеси, які відбуваються в природних умовах [6]. Досліджувані зразки інкубували в контейнери з ґрунтом (рН = 7,3; відносна вологість 60 %, Т = 12-25 °C) на термін від 30 до 360 діб. Визначення мікрофлори ґрунту показало наявність грибів родів Rhizopus, Aspergillus, Penicillium. Біологічну активність ґрунту визначали за інтенсивністю розкладання лляного полотна [7]. Швидкість деградації контролювали за втратою маси зразків через визначені проміжки часу. Дію кислого та лужного середовищ визначали, витримуючи зразки ППУМ в 0,1 н розчинах НСІ та КОН відповідно протягом 30-ти денного терміну за температури 36,6-37,0 °C. Результати дослідження фізико-механічних властивостей ППУМ, запропонованого складу, наведено в табл. 2. Як видно із таблиці, введення різних полісахаридів (ПС) в ППУМ практично однаково впливають на їх властивості, а саме: уявна густина дещо збільшується в порівнянні із ППУ-к (ППУ без вмісту полісахаридів), зменшення руйнівної напруги ППУМ із вмістом ПС говорить про їхню більшу здатність до деструктивних процесів. В порівнянні із ППУ-к значно збільшується вологопоглинання і паропроникність ППУМ із вмістом ПС, що також сприятиме збільшенню здатності до деградації отриманих ППУМ в умовах навколишнього середовища. Для дослідження деструкції ППУМ було піддано впливу різних факторів, що моделюють процеси навколишнього середовища. Для цього зразки ППУМ занурювали в 0,1 н розчини НСІ та КОН (вплив кислого та лужного середовищ, відповідно) та інкубували в ґрунт. Ґрунт, що використовувався, мав середню біологічну активність, втрата маси лляного полотна (целюлоза) після 30-ти денної витримки в ньому складала 34,6 %. Втрата маси зразками ППУМ-ПС після впливу різних деструктивних факторів наведена в табл. 3. Результати досліджень показують, що внаслідок дії кислого та лужного середовищ, інкубації в ґрунт зразки ППУМ-ПС деградують значно більше, ніж зразок ППУ-к (ППУ без вмісту полісахаридів). Показано, що вже через 30 днів інкубації в ґрунті втрата маси зразками ППУМПС перевищує фактичний вміст ПС в ППУМ. Втрата маси зразком ППУ-к навіть після 360-денної інкубації незначна (2,49 %). А через 360- денної інкубації в ґрунті втрата маси зразками ППУМПС становить 17-47 %, тобто отриманий ППУМ-ПС є деградабельним в умовах навколишнього середовища. 2 UA 68668 U 5 10 Перевагою ППУМ, запропонованого складу в порівнянні знайближчим аналогом, є те, що ППУМ набуває здатності до деградації в умовах навколишнього середовища після завершення терміну його використання, завдяки наявності в складі ППУМ полісахаридів, зв'язаних хімічними і фізичними зв'язками. Пінополіуретановий матеріал запропонованого складу, може застосовуватись в хімічній, медичній, автомобільній, авіаційній, швейній, взуттєвій галузях народного господарства тому, що використання матеріалів з регульованим терміном служби, що передбачає присутність в них природних вуглеводів, які забезпечують здатність ППУМ до деградації в умовах навколишнього середовища, запобігає накопиченню відходів використаних полімерних (пінополіуретанових) матеріалів. Таблиця № 1 Склад пінополіуретанового матеріалу, мас. ч. Полісахариди (ПС), мас.ч. № водного гелю / % ПС в ППУ ППДА- ЛЛ- УПКЕП- Вазелін. зраП-7 О.О ТДІ 2200 800 3003 5003 606/2 2 олія Naзка Na-Ал Кр. ГЕЦ КМЦ 1 100 25,2 3,2, 4,0 2,4 0,5 64 45/2 2 100 25,2 3,2 4,0 2,4 0,5 64 90/4 3 100 25,2 3,2 4,0 2,4 0,5 64 180/8 4 100 25,2 3,2 4,0 2,4 0,5 64 360/16 5 100 25,2 3,2 4,0 2,4 0,5 64 90/2 6 100 25,2 3,2 4,0 2,4 0,5 64 180/4 7 100 25,2 3,2 4,0 2,4 0,5 64 360/8 8 100 25,2 3,2 4,0 2,4 0,5 64 45/2 9 100 25,2 3,2 4,0 2,4 0,5 64 90/4 10 100 25,2 3,2 4,0 2,4 0,5 64 180/8 11 - 100 637 20 50 15 5,0 350 250/2 12 - 100 637 20 50 15 5,0 350 500/4 13 100 189 4,4 8,2 4,4 0,92 103 329,6/8 Таблиця №2 Фізико-механічні властивості пінополіуретанового матеріалу (ППУМ) № зразку ППУМ ППУ-к 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Уявна густина, 3 кг/м 48 61 58 60 65 52 53 65 66 67 65 51 56 57 Руйнівна напруга, Вологопоглинання, % Паропроникність, % кПа 183,0 0,027 0,0537 150,0 0,848 0,0816 164,0 0,932 0,0852 172,7 1,682 0,0660 175,3 1,908 0,0689 160,7 1,473 0,0672 168,0 1,768 0,0676 178,7 1,960 0,0778 160,0 1,017 0,0757 165,3 1,188 0,0724 175,3 1,349 0,0778 135,3 1,090 0,0693 152,7 1,217 0,0685 171,3 1,311 0,0697 3 UA 68668 U Таблиця №3 Визначення деградації пінополіуретанового матеріалу (ППУМ) Втрата маси після Втрата маси після витримки у ґрунті, % гідролізу, % № зразку ППУМ 0,1 н 0,1 н 1 міс. 3 міс. 6 міс. 9 міс. 12 міс. розчин HCI розчин КОН інкубації інкубації інкубації інкубації інкубації ППУ-к 2,34 8,49 2,13 2,15 2,15 2,42 2,49 1 16,67 26,12 8,93 16,40 26,38 32,87 33,86 2 22,52 14,25 4,07 7,82 13,87 14,14 17,09 3 5,92 17,88 5,21 11,09 13,91 15,26 16,03 4 8,60 28,80 13,90 18,70 25,77 27,72 28,95 5 6,52 10,55 8,64 10,21 13,54 19,29 20,55 6 5,80 8,67 5,87 8,00 12,27 14,47 19,63 7 6,89 10,91 9,39 13,80 14,66 16,83 21,64 8 6,75 9,83 23,45 31,24 40,11 45,81 47,60 9 5,64 7,49 11,43 18,42 24,36 24,69 28,63 10 11,58 18,06 14,54 19,81 18,58 28,36 33,91 11 18,90 29,97 11,45 12,95 16,77 42,91 45,34 12 11,24 16,83 14,64 16,02 16,66 21,43 25,15 13 14,51 8,02 16,70 19,29 20,15 27,28 31,88 Найближчий 9,4 12,0 15,6 аналог 5 10 15 Джерела інформації: 1. Kwon O.-J., Oh S.-T., Lee S.-D., Lee N.-R., Shin C.-H., Park J.-S. // Fibers and Polymers.-2007, 8, № 4. - P. 347-355. 2. Ge J., Zhong W., Guo Z., Li W., Sakai K. Biodegradable Polyurethane Materials from Bark and Starch. I. Highly Resilient Foams / Journal of Applied Polymer Science.-2000. - V. 77.- P. 2575-2580. – прототип. 3. ГОСТ 409-77. Пластмассы ячеистые и резины губчатые. Метод определения кажущейся плотности. 4. ГОСТ 29088-91. Материалы полимерные ячеистые эластичные. Определение условной прочности и относительного удлинения при разрыве. 5. ГОСТ 22900-78. Кожа искусственная и пленочные материалы. Методы определения паропроницаемости и влагопоглощения. 6. Ермолович О. А., Макаревич А. В., Гончарова Е. П., Власова Г. М. Методы оценки биоразлагаемости полимерных материалов / Биотехнология.-2005, № 4. - С. 47-54. 7. Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989.-320 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 1. Пінополіуретановий матеріал, що містить поліольну (поліефірну) і ізоціанатну складові, каталізатори, ПАР (стабілізатори піни), природні компоненти, який відрізняється тим що, як поліольну складову містить поліестери та поліетери молекулярної маси 500-5000, як каталізатори - амінний каталізатор трис-(диметиламінометил)фенол (УП-606/2) та оловоорганічний каталізатор - октоат олова (О.О), як ПАР (стабілізатори піни) блок-співполімер полідиметилсилоксану та алкіленоксидів (КЕП-2) та вазелінову олію, як природні компоненти полісахариди (ПС) за такого складу компонентів, мас. ч.: поліестери MM 500, 800, 2200 100 поліетери MM 3000, 5000 25,2-637 трис-(диметиламінометил)фенол (УП-606|2) 3,2-20,0 октоат олова (О.О) 4,0-50,0 кремнієорганічний блок-співполімер 2,4-15,0 полідиметилсилоксану та алкіленоксидів (КЕП-2) вазелінова олія 0,5-5,0 полісахариди (ПС) 45,0-500,0 2,4(2,6) толуїлендіізоціанат 64,0-350,0. 4 UA 68668 U 5 2. Пінополіуретановий матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що як полісахариди (ПС) містить натрій альгінат (Na-Ал), крохмаль (Кр), натрієкарбоксиметилцелюлозу (Na-КМЦ), гідроксиетилцелюлозу (ГЕЦ). 3. Пінополіуретановий матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що містить ПС у вигляді водних гелів концентрацією 10 % (Na-Ал, Кр, ГЕЦ) та 5 % (Na-КМЦ). Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5