Катализаторы при производстве жестких ППУ

Все производимые ППУ (пенополиуретаны) производятся с добавлением минимум одного катализаторного вещества. Из всего множества изученных элементов наиболее эффективно себя показали амины и металлоорганика. Одна из задач при производстве ППУ – установить баланс между реакцией развития цепи (изоцианатных элементов с гидроксидным соединением и реакцией вспенивания (изоцианатных элементов с водой).

Скорость формирования полимерных компонентов и скорость появления газа нужно согласовать так, чтобы последний захватывался полимерным гелем. Стенки формирующихся ячеек должны иметь достаточные прочностные показатели для сохранения структуры без повреждения пены, утяжки. Все это обеспечивают катализаторы. Также они позволяют полностью завершать химические реакции, придают твердость пене. Подбор катализатора для пенополиуретана – непростая задача, которую нужно решить до запуска производства материала.

Виды катализаторов

Все катализаторы, которые применяются при изготовлении ППУ, делятся на третичные амины и металлоорганические соединения.

Третичные амины

Третичные амины – наиболее популярные катализаторные элементы, применяемые при изготовлении пенополиуретана. Большая часть из них представляют собой катализаторы вспенивания, которая также участвуют в процессе образования геля. Катализаторная активность третичных аминов объясняется свободной парой электронов на азотном атоме.

То, какие третичные амины будут применяться и в какой концентрации, определяется при учете следующих характеристик химических реакций:

время начала;
скорость вспенивания;
время образования геля;
время поверхностного отвердения.

От того, какой аминный катализатор выбран, зависят как метод переработки, так и характеристики ППУ. Есть каталитические элементы, из-за которых в ППУ появляется нежелательный запах, ограничивающий сферу использования продукции из данного материала. Использование летучих аминов уменьшает уровень запаха в изготавливаемой продукции. При этом летучесть отрицательно отражается на отвердении, так как каталитическое вещество быстро теряется. Кроме того, повышенная летучесть снижает температуру вспышки, увеличивает давление, вызывает дополнительные сложности при переработке.

Металлоорганические соединения

Также в качестве каталитических элементов может применяться металлоорганика. Подобные катализаторы обеспечивают ускорение реакции образования геля, которая протекает между изоцианатными и полиольными элементами. Особенно часто применяются соединения олова и органики.

Если металлоорганика и третичные амины применяются вместе, можно наблюдать явление синергизма. Аминные катализаторы формируют комплексы с металлоорганикой. Они выполняют захват полиольной молекулы, что провоцирует дополнительную активацию. Карбоксильная группа металлоорганики осуществляет захват полиольного протона, открывает место, в которое может внедриться группа изоцианатов.

Пена разрывается и усаживается при отсутствии баланса между образованием геля и выделением газа. Если в системе не хватает катализатора, то усилие расширяемых пузырьков газа будет превышать прочность при растяжении мембраны полимеров. В такой ситуации пена может частично либо полностью коллапсировать – ячейки разорвутся до того, как полимер достигнет точки образования геля. При чрезмерной концентрации каталитических веществ полимер приобретет увеличенные вязкость и упругость, что спровоцирует повреждение мембраны.

Применяемые вещества

При производстве пенополиуретана применяются:

октоат калия;
бензилдиметиламин;
пентаметилдиэтилентриамин;
диморфолинодиэтиловый эфир;
диметилциклогексиламин.

Октоат калия

Это калиевый раствор в смеси органических растворителей. Увеличивает скорость реакции образования уретана, позволяет быстро тримеризоваться изоцианатным элементам. Внешне катализатор представляет собой жидкость, не содержащую механических элементов. Она может иметь как желтый, так и коричневый цвет, отличается однородностью, прозрачностью. Характеристики октоата калия следующие:

Массовая доля металлических элементов, процентов	9
Кислотный индекс, мг KOH на грамм	125
Плотность при температуре 20 градусов Цельсия, г на куб. см	0.98

Бензилдиметиламин

Является желтой жидкостью с таким же запахом, что и у аминов. Характеристики катализатора следующие:

Концентрация действующего вещества, процентов	98.5
Содержание воды, процентов	Не более 0.3
Плотность при 20 градусах Цельсия, г на куб. см	0.9
Температура, при которой вещество плавится, градусов	Минус 75
Температура, при которой вещество закипает, градусов	Не менее 180

Пентаметилдиэтилентриамин

Это органическое соединение, являющееся тридентатным лигандом. Консистенция вещества – жидкая, цвет отсутствует. Стоит заметить, что, если катализатор плохо очищен, он может иметь желтый цвет. Производят вещество из формальдегидных элементов и муравьиной кислоты.

Диморфолинодиэтиловый эфир

Изготавливается на основе диэтилового эфира. Последний производят, воздействуя на этиловый спирт кислотными катализаторами при нагреве. Кроме того, он создается как побочный продукт изготовления этилового спирта.

Диметилциклогексиламин

Жидкое вещество, считающееся пожаро- и взрывоопасным. Температура кипения равна 160 градусам, температура плавления – минус 77 градусам, температура вспышки – 41 градусу. Данный катализатор также известен как «циклогексилдиметиламин».

Концентрации каталитических элементов подбираются при учете того, какой должна быть скорость вспенивания, растекания. Катализаторы не только ускоряют химические реакции при изготовлении пенополиуретана, но и обеспечивают их полное окончание.

Возврат к списку