Патент на изобретение №2357980

(54) ЗАМЕНА ХЛОРФТОРУГЛЕВОДОРОДОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВСПЕНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ

(57) Реферат:

Настоящее изобретение относится к замене хлорфторуглеводородов в процессе производства пенопластов на основе полистирола. Описано применение композиции, содержащей, по меньшей мере, один фторуглеводородный пенообразователь и негалогенированное полярное органическое кислородсодержащее соединение с температурой кипения при атмосферном давлении от 30°С до 150°С для производства полистирольного пенопласта на оборудовании для производства пенопластов, сконструированного для применения с пенообразователем, содержащим, по меньшей мере, один хлорфторуглеводород. Также описан способ производства вспененных полимеров, включающий применение указанной выше композиции. Также описана композиция для производства полистирольного пенопласта, содержащая, по меньшей мере, один фторуглеводородный пенообразователь и негалогенированное полярное органическое кислородсодержащее соединение с температурой кипения при атмосферном давлении от 30°С до 150°С, в которой содержание негалогенированного полярного органического соединения в композиции составляет от более чем 10 до 15 мас.% 3 н. и 10 з.п.ф-лы.

Настоящее изобретение относится к замене хлорфторуглеводородов в процессе производства пенопластов на основе полимеров.

В способе для производства пенопластов на основе полимеров выбор пенообразователя представляет собой проблему, очень интересную с технической точки зрения, т.к. физические свойства пенопласта или промышленного изделия с применением пенопласта, особенно его объемная упругость, устойчивость к деформации, гигроскопичность, теплопроводность, плотность, пористость пенопласта и его поверхностные свойства зависят в немалой степени от природы пенообразователя. К тому же, пенообразователь должен смешиваться с полимером в условиях эксплуатации. Например, для пенообразователя желательно, чтобы он, при необходимости, был растворим в расплаве полимера.

Хлорфторуглеводороды, такие как смеси из HCFC-22 (хлордифторметан) и HCFC-142b (1-хлор-1,1-дифторэтан), также применяются в качестве пенообразователей. Эти соединения должны постепенно заменяться из-за сомнений в их действии на разрушение стратосферного озонового слоя.

Заявитель уже предлагал в WO-A-01/19905 определенные пенообразователи на основе композиций фторуглеводородов в этом контексте.

Было предложено использовать диоксид углерода в качестве единственного пенообразователя. Однако пенопласты, произведенные таким образом, имеют плохую теплоизоляцию, связанную с быстрым повышением теплопроводности во времени. Более того, такое вещество вызывает проблемы в процессе производства вследствие высокого давления газа, требующего замены оборудования, которое было сконструировано для использования хлорфторуглеводородов, на оборудование, работающее при высоком давлении, требующем высокоэффективного охлаждения более мощных моторов, в частности, для управления винтовыми шпинделями и экструзионными матрицами различной конструкции.

В дополнение к вышеупомянутым требованиям необходимо обеспечить возможность применения оборудования для производства пенопластов, сконструированного для применения с хлорфторуглеводородами, для применения с пенообразователями, не содержащими хлор. В частности, было необходимо быть способным продолжить применение существующего оборудования для производства пенопласта с пенообразователями, не содержащими хлор. Найдено, что такая цель может быть достигнута применением определенных соединений в процессе производства пенопластов.

Следовательно, изобретение относится к применению при производстве пенопластов на оборудовании для производства пенопластов, сконструированном для применения с хлорфторуглеводородами композиции, содержащей, по меньшей мере, один фторуглеводородный пенообразователь и негалогенированное полярное органическое соединение с температурой кипения при атмосферном давлении от 30°С до 150°С.

Как ни удивительно, применение согласно изобретению дает возможность сохранить на том же уровне объем производства пенопластов при переходе от промышленного производства с HCFC-пенообразователем к применению согласно изобретению. Согласно изобретению отношение объема производства к объему производства с HCFC-пенообразователем обычно составляет не более 110%, часто не более 100%. Это отношение обычно не меньше 85%, часто это отношение больше или равно 90%. Предпочтительно это отношение больше или равно 95%.

В случае применения согласно изобретению может быть достигнуто стабильное постоянное производство пенопласта от 100 до 1200 кг/ч. Предпочтительно объем производства больше или равен приблизительно 250 кг/ч, более предпочтительно он больше или равен 500 кг/ч. Может соответственно быть достигнут объем производства больше или равный приблизительно 1000 кг/ч.

При применении согласно изобретению негалогенированное полярное органическое соединение имеет температуру кипения при атмосферном давлении от 50°С до 100°С.

Негалогенированное полярное органическое соединение предпочтительно представляет собой кислородсодержащее соединение. Более предпочтительно, его выбирают из простых эфиров, кетонов и, в частности, спиртов. Этанол является наиболее предпочтительным.

При применении согласно изобретению фторуглеводородный пенообразователь представляет собой предпочтительно 1,1-дифторэтан (HFC-152a). Применение этого соединения в качестве фторуглеводородного пенообразователя позволяет достичь особенно хороших объемов производства. Часто фторуглеводород включает опционально в качестве добавки к HFC-152a 1,1,1,2-тетрафторэтан.

В этом случае массовое отношение 1,1-дифторэтана к 1,1,1,2-тетрафторэтану обычно превышает 10:90. Часто это соотношение составляет, по меньшей мере, 20:90. Предпочтительно это отношение равно или больше 30:70. Если присутствует HFC-134a, массовое отношение 1,1-дифторэтана к 1,1,1,2-тетрафторэтану обычно не превышает 90:10. Чаще это отношение не превышает 70:30. Отношение не более 50:50 является предпочтительным.

При применении согласно изобретению содержание негалогенированного полярного органического соединения, имеющего температуру кипения при атмосферном давлении от 30°С до 150°С, в композиции, включающей фторуглеводородный пенообразователь и негалогенированное полярное органическое соединение, обычно составляет, по меньшей мере, 7 мас.% и предпочтительно более 10 мас.% Это содержание обычно составляет не более 18 мас.%, предпочтительно не более 15 мас.%. Содержание от 10,5 мас.% до 13 мас.% является особенно предпочтительным. Если это целесообразно, вышеупомянутое содержание применяют, в частности, когда фторуглеводородный пенообразователь включает HFC-152a и HFC-134a, предпочтительно в вышеупомянутом массовом отношении.

При применении согласно изобретению можно добавлять диоксид углерода, в частности, в виде жидкости, в качестве вспомогательного пенообразователя. В этом случае содержание диоксида углерода составляет не более 40 мас.% относительно общего количества фторуглеводородного пенообразователя, негалогенированного полярного органического соединения и диоксида углерода. Это содержание предпочтительно составляет от 2 до 20 мас.%, более предпочтительно от 3 до 10 мас.%.

В частном варианте осуществления изобретения фторуглеводородный вспениватель может также опционально включать другие фторалканы, такие как, например, 1,1,1,2,3,3,3- гептафторпропан, 1,1,1,3,3-пентафторпропан и/или 1,1,1,3,3-пентафторбутан.

Найдено, что добавление, в частности, 1,1,1,3,3-пентафторпропана и/или 1,1,1,3,3-пентафторбутана улучшает стабильность производства пенопласта, что означает, что вспенивание, в особенности термопластов, таких как полистирол можно проводить постоянно с небольшими изменениями качества пенопласта. Добавление 1,1,1,3,3-пентафторпропана и/или 1,1,1,3,3-пентафторбутана в частности улучшает поверхностные свойства вышеупомянутых пенопластов, например, устраняет эффект акульей шкуры экструдированного полистирола.

Применение 1,1,1,3,3-пентафторпропана и/или 1,1,1,3,3-пентафторбутана не ограничено применением в конкретных композициях с фторуглеводородным пенообразователем и негалогенированным полярным органическим соединением. Хорошие результаты также могут быть получены с другими нехлорированными соединениями, такими как пенообразователи и низкокипящие добавки, такие как негалогенированные полярные органические соединения, подходящие для вспенивания, в частности, экструдированного полистирола.

Содержание 1,1,1,3,3-пентафторпропана и/или 1,1,1,3,3-пентафторбутана относительно суммарной массы 1,1,1,3,3-пентафторпропана и/или 1,1,1,3,3-пентафторбутана и нехлорированных соединений обычно составляет от 1 до 30 мас.%, предпочтительно от 10 до 25 мас.% и более предпочтительно от 15 до 20 мас.%.

При применении согласно изобретению общее количество фторуглеводородного пенообразователя и негалогенированного полярного органического соединения и, опционально, диоксида углерода, введенное в оборудование для вспенивания, обычно составляет от 1 до 10 мас.% относительно общего количества материала, введенного в оборудование для вспенивания, предпочтительно от 4 до 9 мас.%.

При применении согласно изобретению оборудование для производства пенопласта предпочтительно разрабатывается для применения смеси хлордифторметана (HCFC-22) 1,1-дифтор-1-хлорэтана (HCFC-142b), предпочтительно в массовом отношении HCFC-22/HCFC-142b около 40:60. Более предпочтительно, оборудование для производства пенопласта представляет собой экструдер для производства экструдированного полистирольного пенопласта (XPS), который предпочтительно применяли со смесью из хлордифторметана (HCFC-22) и 1,1-дифтор-1-хлорэтана, как описано выше. Максимальное рабочее давление такого оборудования для производства пенопласта обычно составляет менее 300 бар, часто менее 250 бар и иногда менее 220 бар.

При применении согласно изобретению композиция фторуглеводородного пенообразователя и негалогенированного полярного органического соединения может подаваться в оборудование для производства пенопласта в виде смеси ее компонентов. По меньшей мере, в оборудование для производства пенопласта один фторуглеводород и негалогенированное полярное органическое соединение из композиции может также подаваться отдельно. Доставка, как правило, выполняется посредством инжекции.

Изобретение относится также к способу производства пенопласта, включая применение согласно изобретению.

Изобретение относится так же к композиции, включающей, по меньшей мере, один фторуглеводородный пенообразователь и негалогенированное полярное органическое соединение, имеющее при атмосферном давлении температуру кипения от 30°С до 150°С, в котором содержание негалогенированного полярного органического соединения составляет от не более чем 10-15 мас.%, более предпочтительно от 10,5 мас.% до 13 мас.%, как описано выше.

Примеры, приведенные ниже для иллюстрации изобретения, однако, не ограничивают объема притязаний настоящего изобретения.

Пример 1

Стабильное непрерывное производство XPS панелей из полистирола было выполнено при 210 кг/ч с двухшнековым экструдером, оборудованным стандартным оборудованием для охлаждения, работающим с HCFC-22/HCFC-142b пенообразователем, имеющим соотношение масс 22/142b, равное 40/60. В процессе производства была произведена смена пенообразователя на HFC-152a и дополнительно применялся этанол. Был получен стабильный продукт при скорости потока 18 кг/ч HFC-152a и 1,4 кг/ч этанола. Плотность пены составляла 35 кг/м³ и толщина панелей составляла 55 мм.

Пример 2

Пример был выполнен при тех же начальных условиях, как и пример 1, но вместо фторуглеводородного пенообразователя HFC-152a применялась смесь HFC-134a и HFC-152a при соотношении масс 30/70. Был получен стабильный продукт при скорости потока 21 кг/ч, соотношении 134а/152a, равном 30/70 и 2,5 кг/ч этанола.

Пример 3

Пример был выполнен при тех же начальных условиях, как и пример 1, но вместо фторуглеводородного пенообразователя HFC-152a применялась смесь HFC-134a и HFC-152a при соотношении масс 50/50. Был получен стабильный продукт при скорости потока 22 кг/ч, соотношении 134а/152a, равном 50/50 и 3 кг/ч этанола.

Формула изобретения

1. Применение композиции, содержащей, по меньшей мере, один фторуглеводородный пенообразователь и негалогенированное полярное органическое кислородсодержащее соединение с температурой кипения при атмосферном давлении от 30 до 150°С для производства полистирольного пенопласта на оборудовании для производства пенопластов, сконструированного для применения с пенообразователем, содержащим, по меньшей мере, один хлорфторуглеводород.

2. Применение по п.1, где негалогенированное полярное органическое соединение представляет собой этанол.

3. Применение по любому из пп.1 и 2, где фторуглеводород представляет собой 1,1-дифторэтан (HFC-152a).

4. Применение по п.3, где фторуглеводород включает дополнительно 1,1,1,2-тетрафторэтан.

5. Применение по п.1, где содержание негалогенированного полярного органического соединения с температурой кипения при атмосферном давлении от 30 до 150°С в композиции, включающей фторуглеводородный пенообразователь и негалогенированное полярное органическое соединение составляет от 7 до 18 мас.%.

6. Применение по п.5, где содержание негалогенированного полярного органического соединения составляет от более чем 10 до 15 мас.%.

7. Применение по п.1, где оборудование для производства пенопласта сконструировано для применения смеси хлордифторметана (HCFC-22) и 1,1-дифтор-1-хлорэтана (HCFC-142b), предпочтительно в массовом отношении HCFC-22/HCFC-142b составляет около 40:60.

8. Применение по п.7, где оборудование для производства пенопласта представляет собой экструдер для производства экструдированного полистирольного пенопласта.

9. Применение по п.1, где композиция подается в оборудование для производства пенопласта в виде смеси ее компонентов.

10. Применение по п.1, где, по меньшей мере, один фторуглеводород и негалогенированное полярное органическое соединение из композиции может также подаваться отдельно в оборудование для производства пенопласта.

11. Применение по п.1, включающее добавление 1,1,1,3,3-пентафторпропана и/или 1,1,1,3,3-пентафторбутана, где содержание 1,1,1,3,3-пентафторпропана и/или 1,1,1,3,3-пентафторбутана относительно суммарной массы 1,1,1,3,3-пентафторпропана и/или 1,1,1,3,3-пентафторбутана и нехлорированных соединений составляет от 1 до 30 мас.%.

12. Способ производства вспененных полимеров, включающий применение композиции по пп.1-11.

13. Композиция для производства полистирольного пенопласта, содержащая, по меньшей мере, один фторуглеводородный пенообразователь и негалогенированное полярное органическое кислородсодержащее соединение с температурой кипения при атмосферном давлении от 30 до 150°С, в которой содержание негалогенированного полярного органического соединения в композиции составляет от более чем 10 до 15 мас.%.