DE60019978T2

DE60019978T2 - Pseudo-azeotrope zusammensetzungen aus pentafluorpropan, kohlenwasserstoffen und wasser

Info

Publication number: DE60019978T2
Application number: DE60019978T
Authority: DE
Inventors: Bruce Leslie BEMENT; Donald Kevin UHRICH; John David WILLIAMS; Ronald Riegal; Hang Thanh Pham; Brian Peter LOGSDON; Charlotte Mary BOGDAN
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: ATE294834T1; EP1276797A1; CA2364289C; KR100743261B1; ES2240082T3; MXPA01009294A; JP2004504412A; WO2001070864A1; EP1518888A3; DE60019978D1; EP1518888A2; CA2364289A1; EP1276797B1; KR20020082398A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft azeotropartige Gemische von 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan (H-FKW 245fa), Wasser (H₂O) und mindestens einem Kohlenwasserstoff. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind zur Verwendung als Kältemittel, in Turbokühlanlagen, Aerosol-Treibmitteln, Dosierinhalatoren, Feuerlöschern, Treibmitteln für Polymerschaumstoff, Wärmeübertragungsmedien, Lösungsmittel und gasförmige Dielektrika ökologisch wünschenswert.
Hintergrund der Erfindung
Fluide auf der Basis von Fluorkohlenwasserstoffen werden in der Technik bei einer Reihe von Anwendungen in großem Umfang genutzt, u.a. als Kältemittel, Aerosol-Treibmittel, Bläh- oder Treibmittel, Wärmeübertragungsmedien und gasförmige Dielektrika. Wegen der mit der Verwendung einiger dieser Fluide vermuteten Umweltprobleme ist es wünschenswert, Fluide mit keinem Ozonschädigungspotential zu verwenden, wie z.B. teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKWs).
Wünschenswert ist somit die Verwendung von Fluiden, die keine vollhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) oder teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (H-FCKWs) enthalten. Außerdem ist bekannt, daß die Verwendung von einkomponentigen Fluiden oder azeotropen Gemischen, die beim Sieden und Verdampfen nicht fraktionieren, wünschenswert ist. Die Auffindung neuer, umweltverträglicher, azeotroper Gemische wird jedoch dadurch erschwert, daß es schwierig ist, die Bildung eines Azeotrops vorherzusagen.
In der Technik ist man ständig auf der Suche nach neuen Gemischen auf Basis von Fluorkohlenwasserstoffen, die Alternativen für FCKWs und H-FCKWs bieten und als umweltverträgliche Ersatzstoffe hierfür erachtet werden. Von besonderem Interesse sind Gemische, die einen Fluorkohlenwasserstoff und einen Nicht-Fluorkohlenwasserstoff enthalten, die beide ein geringes Ozonschädigungspotential besitzen. Derartige Gemische sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind azeotropartige Zusammensetzungen von H-FKW 245fa, Wasser und mindestens einem Kohlenwasserstoff aus der Gruppe bestehend aus n-Pentan, Isopentan, Cyclopentan und Hexan (C₅-C₆-Kohlenwasserstoffe). Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen liefern ökologisch wünschenswerte, kein Ozonschädigungspotential aufweisende Ersatzstoffe für gegenwärtig verwendete FCKWs und H-FCKWs. Darüber hinaus haben die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Eigenschaften, aufgrund derer die Zusammensetzungen bessere FCKW- und H-FCKW-Ersatzstoffe darstellen als H-FKW 245fa, C₅-C₆-Kohlenwasserstoffe oder Wasser alleine.
Eine Ausführungsform der Erfindung stellt azeotropartige Zusammensetzungen bereit, die H-FKW 245fa, Wasser und mindestens einen Kohlenwasserstoff aus der Gruppe bestehend aus n-Pentan, Isopentan, Cyclopentan und Hexan enthalten. Gegenstand der Erfindung sind im einzelnen azeotropartige Zusammensetzungen, die 65 bis 98 Gewichtsprozent H-FKW 245fa, 34 bis 1 Gewichtsprozent mindestens eines Kohlenwasserstoffs aus der Gruppe bestehend aus n-Pentan, Cyclopentan und Hexan und 34 bis 1 Gewichtsprozent Wasser enthalten und einen Siedepunkt von 10°C ±4°C und vorzugsweise ±1°C bei einem Druck von 760 mm Hg aufweisen. Die bevorzugten, besonders bevorzugten und ganz besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan- und Polyisocyanurat-Schaumstoffzusammensetzungen, bei dem man eine Mischung aus Bestandteilen, die zu den Polyurethan- und Polyisocyanurat-Schaumstoffen abreagieren, in Gegenwart eines zumindest teilweise aus einer azeotropartigen Zusammensetzung, die im wesentlichen aus vorzugsweise 65 bis 98 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 75 bis 98 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 85 bis 98 Gewichtsprozent H-FKW 245fa, 34 bis 1 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 24 bis 1 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 15 bis 1 Gewichtsprozent mindestens eines Kohlenwasserstoffs aus der Gruppe bestehend aus n-Pentan, Cyclopentan und Hexan und vorzugsweise 34 bis 1 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 15 bis 2 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 15 bis 3 Gewichtsprozent Wasser besteht, bestehenden flüchtigen Blähmittels umsetzt und verschäumt.
Die Erfindung betrifft ferner einen geschlossenzelligen Schaumstoff, hergestellt aus einer Polymerschaumstoff-Formulierung, die ein Blähmittel enthält, das zumindest teilweise aus einer azeotropartigen Zusammensetzung besteht, die im wesentlichen aus vorzugsweise 65 bis 98 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 75 bis 98 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 85 bis 98 Gewichtsprozent H-FKW 245fa, 34 bis 1 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 24 bis 1 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 15 bis 1 Gewichtsprozent mindestens eines Kohlenwasserstoffs aus der Gruppe bestehend aus n-Pentan, Cyclopentan und Hexan und vorzugsweise 34 bis 1 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 15 bis 2 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 15 bis 3 Gewichtsprozent Wasser besteht.
Gegenstand der Erfindung ist nach einer anderen Ausführungsform ein geschlossenzelliger Schaumstoff, der ein Zellgas enthält, das zumindest teilweise aus einem Blähmittel besteht, welches zumindest teilweise aus einer azeotropartigen Zusammensetzung besteht, die im wesentlichen aus vorzugsweise 65 bis 98 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 75 bis 98 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 85 bis 98 Gewichtsprozent H-FKW 245fa, 34 bis 1 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 24 bis 1 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 15 bis 1 Gewichtsprozent mindestens eines Kohlenwasserstoffs aus der Gruppe bestehend aus n-Pentan, Cyclopentan und Hexan und vorzugsweise 34 bis 1 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 15 bis 2 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 15 bis 3 Gewichtsprozent Wasser besteht.
Die Erfindung betrifft ferner eine Blähmittelzusammensetzung, die zumindest teilweise aus einer azeotropartigen Zusammensetzung besteht, die im wesentlichen aus vorzugsweise 65 bis 98 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 75 bis 98 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 85 bis 98 Gewichtsprozent H-FKW 245fa, 34 bis 1 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 24 bis 1 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 15 bis 1 Gewichtsprozent mindestens eines Kohlenwasserstoffs aus der Gruppe bestehend aus n-Pentan, Cyclopentan und Hexan und vorzugsweise 34 bis 1 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 15 bis 2 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt 15 bis 3 Gewichtsprozent Wasser besteht.
Bei azeotropartigen Zusammensetzungen handelt es sich für die Zwecke der vorliegenden Erfindung um Zusammensetzungen, die sich wie azeotrope Gemische verhalten. Gemäß grundlegender Prinzipien wird der thermodynamische Zustand eines Fluids durch vier Variablen definiert: Druck, Temperatur, Flüssigkeitszusammensetzung und Dampfzusammensetzung. Ein azeotropes Gemisch ist ein System aus zwei oder mehr Komponenten, bei der die Flüssigkeitszusammensetzung und die Dampfzusammensetzung bei einem gegebenen Druck und einer gegebenen Temperatur gleich sind. In der Praxis bedeutet das, daß die Komponenten eines azeotropen Gemischs einen konstanten Siedepunkt aufweisen und bei einem Phasenwechsel nicht getrennt werden können.
Azeotropartige Zusammensetzungen verhalten sich wie azeotrope Gemische, d.h. sie haben einen konstanten oder im wesentlichen konstanten Siedepunkt. Mit anderen Worten ist bei azeotropartigen Zusammensetzungen die Zusammensetzung des beim Sieden oder Verdampfen gebildeten Dampfs mit der ursprünglichen Flüssigkeitszusammensetzung identisch oder weitgehend identisch. Beim Sieden oder Verdampfen verändert sich daher die Flüssigkeitszusammensetzung allerhöchstens nur geringfügig. Dies steht im Gegensatz zu nicht azeotropartigen Zusammensetzungen, bei denen sich die Flüssigkeitszusammensetzung beim Sieden oder Verdampfen wesentlich ändert. Alle erfindungsgemäßen azeotropartigen Zusammensetzungen innerhalb der angegebenen Bereiche sowie bestimmte Zusammensetzungen außerhalb der angegebenen Bereiche sind azeotropartig.
Die erfindungsgemäßen azeotropartigen Zusammensetzungen können zusätzliche Komponenten, die keine neuen azeotropen oder azeotropartigen Systeme bilden, oder zusätzliche Komponenten, die nicht im ersten Destillationsschnitt vorliegen, enthalten. Der erste Destillationsschnitt ist der erste Schnitt, der nach dem Erreichen eines stationären Zustands unter Totalrücklaufbedingungen in der Destillationssäule entnommen wird. Eine Möglichkeit zur Bestimmung, ob die Zugabe einer Komponente zur Bildung eines neuen azeotropen oder azeotropartigen Systems, das somit außerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegt, führt, besteht darin, eine Probe der Zusammensetzung mit der Komponente unter Bedingungen zu destillieren, unter denen die Trennung eines nicht azeotropen Gemischs in seine separaten Komponenten zu erwarten ist. Ist das die zusätzliche Komponente enthaltende Gemisch nicht azeotrop oder nicht azeotropartig, so wird die zusätzliche Komponente von den azeotropen oder azeotropartigen Komponenten abfraktionieren. Ist das Gemisch azeotropartig, so erhält man eine gewisse endliche Menge eines ersten Destillationsschnitts, die sämtliche Gemischkomponenten enthält und die konstant siedet oder sich wie eine Einzelsubstanz verhält.
Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, daß eine weitere Eigenschaft von azeotropartigen Zusammensetzungen darin besteht, daß es einen Bereich von die gleichen Komponenten in variierenden Anteilen enthaltenden Zusammensetzungen gibt, die azeotropartig sind oder einen konstanten Siedepunkt aufweisen. Alle derartigen Zusammensetzungen sollen durch die Begriffe "azeotropartig" und "einen konstanten Siedepunkt aufweisend" abgedeckt sein. Beispielsweise ist gut bekannt, daß die Zusammensetzung eines gegebenen Azeotrops sich bei verschiedenen Drücken zumindest geringfügig ändert, was auch für den Siedepunkt der Zusammensetzung gilt. Somit stellt ein Azeotrop aus A und B eine einzigartige Art von Beziehung dar, aber mit variabler Zusammensetzung in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder vom Druck. Daraus folgt, daß es für azeotropartige Zusammensetzungen einen Bereich von die gleichen Komponenten in variierenden Anteilen enthaltenden Zusammensetzungen gibt, die azeotropartig sind. Alle derartigen Zusammensetzungen sollen durch den Begriff azeotropartig im Sinne der vorliegenden Erfindung abgedeckt sein.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen erfüllen den in der Technik bestehenden Bedarf an H-FKW-Gemischen, die kein Ozonschädigungspotential aufweisen und nur unwesentlich zum Treibhauseffekt beitragen. Da die erfindungsgemäßen azeotropartigen Zusammensetzungen beim Verdampfen des flüssigen Gemischs einen konstant bleibenden Dampfdruck aufweisen und nur verhältnismäßig geringe Änderungen ihrer Zusammensetzung zeigen, sind sie mit einer aus einer einzigen Komponente bestehenden Zusammensetzung mit konstantem Siedepunkt vergleichbar.
Nach einer anderen Verfahrensausführungsform verwendet man die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bei einem Verfahren zur Herstellung von Polyurethan- und Polyisocyanurat-Schaumstoffen. Ein beliebiges der an sich bekannten Verfahren, wie z.B. diejenigen gemäß "Polyurethanes Chemistry and Technology", Bände I und II, Saunders und Frisch, 1962, John Wiley and Sons, New York, NY. Im allgemeinen werden hierbei Polyurethan- oder Polyisocyanurat-Schaumstoffe hergestellt, indem man ein Isocyanat, ein Polyol oder Polyolgemisch, ein Blähmittel oder Blähmittelgemisch und andere Substanzen, wie z.B. Katalysatoren, Tenside und gegebenenfalls Flammschutzmittel, Farbmittel oder andere Additive vereinigt. Dabei soll als Blähmittel ein flüchtiges Gemisch der erfindungsgemäßen azeotropartigen Zusammensetzungen verwendet werden.
Bei vielen Anwendungen ist es zweckmäßig, die Komponenten für Polyurethan- oder Polyisocyanurat-Schaumstoffe in Form von vorgemischten Formulierungen bereitzustellen. Besonders gängig ist das Vormischen der Schaumstoff-Formulierung in zwei Komponenten. Die erste Komponente, die in der Regel als A-Komponente bezeichnet wird, wird durch das Isocyanat, gegebenenfalls bestimmte Tenside und Blähmittel gebildet. Die zweite Komponente, die in der Regel als B-Komponente bezeichnet wird, wird durch das Polyol oder Polyolgemisch, Tensid, Katalysatoren, Blähmittel, Flammschutzmittel und andere gegenüber Isocyanat reaktive Komponenten gebildet. Demgemäß kann man Polyurethan- oder Polyisocyanurat-Schaumstoffe durch Zusammenbringen der A- und B-Komponente leicht herstellen, entweder für kleine Zubereitungen durch Mischen von Hand oder vorzugsweise durch maschinelle Mischtechniken zur Bildung von Blöcken, Tafeln, Laminaten, am Ort vergießbaren Platten und anderen Gegenständen, durch Spritzen aufgebrachten Schaumstoffen und Schäumen. Gegebenenfalls kann man dem Mischkopf oder dem Reaktionsort als dritten Strom andere Bestandteile zuführen, wie z.B. Flammschutzmittel, Farbmittel, Hilfsblähmittel und sogar andere Polyole. Ganz besonders zweckmäßig werden sie jedoch alle einer einzigen B-Komponente gemäß obiger Beschreibung einverleibt.
Mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können auch thermoplastische Schaumstoffe hergestellt werden. So kann man beispielsweise herkömmliche Polyurethan- und Isocyanurat-Schaumstofformulierungen auf herkömmliche Art und Weise mit der azeotropartigen Zusammensetzung vereinigen, um Hartschaumstoffe herzustellen.
Azeotropartige Gemische, die H-FKW 245fa enthalten, eignen sich besonders gut zur Verwendung als Schaumstoff-Blähmittel, da sich erwiesen hat, daß mit H-FKW 245fa getriebene Schaumstoffe eine geringe relative Wärmeleitfähigkeit in frischem Zustand und nach Alterung und gute Maßhaltigkeit bei niedrigen Temperaturen aufweisen. Von besonderem Interesse sind diejenigen Gemische, die H-FKW 245fa und andere Substanzen ohne Ozonschädigungspotential enthalten, wie andere teilfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe, z.B.
Difluormethan (H-FKW 32), Difluorethan (H-FKW 152), Trifluorethan (H-FKW 143), Tetrafluorethan (H-FKW 134), Pentafluorpropan (H-FKW 245), Hexafluorpropan (H-FKW 236), Heptafluorpropan (H-FKW 227); und inerte Gase, z.B. Luft, Stickstoff, Kohlendioxid. Wo für die oben aufgeführten teilfluorierten Fluorkohlenwasserstoffe Isomerie möglich ist, können die jeweiligen Isomere entweder einzeln oder in Form eines Gemischs verwendet werden.
Der Blähmittelmischung können auch Dispergiermittel, Zellstabilisatoren und Tenside einverleibt werden. Tenside, die besser unter der Bezeichnung Silikonöle bekannt sind, werden als Zellstabilisatoren zugesetzt. Einige beispielhafte Substanzen werden unter den Bezeichnungen DC-193, B-8404 und L-5340 vertrieben, wobei es sich im allgemeinen um Polysiloxan-Polyoxyalkylen-Blockcopolymere wie diejenigen gemäß den US-Patentschriften 2,834,748, 2,917,480 und 2,846,458 handelt. Weitere fakultative Additive für die Mischungen sind Flammschutzmittel, wie z.B. Tris(2-chlorethyl)phosphat, Tris(2-chlorpropyl)phosphat, Tris(2,3-dibrompropyl)phosphat, Tris(1,3-dichlorpropyl)phosphat, Diammoniumphosphat, verschiedene halogenierte aromatische Verbindungen, Antimonoxid, Aluminiumtrihydrat und Polyvinylchorid.
Ganz allgemein ist die in der angefertigten Mischung vorliegende Blähmittelmenge durch die gewünschten Schaumstoffdichten der fertigen Polyurethan- oder Polyisocyanurat-Schaumstoffprodukte vorgeschrieben. Die Gewichtsanteile des gesamten Blähmittels bzw. der gesamten Blähmittelmischung können in den Bereich von 1 bis 60 Teilen Blähmittel pro 100 Teile Polyol fallen. Vorzugsweise verwendet man 10 bis 35 Teile H-FKW 245fa pro 100 Gewichtsteile Polyol.
Nach einer anderen Ausführungsform kann man die erfindungsgemäßen azeotropartigen Zusammensetzungen entweder alleine oder in Kombination mit bekannten Treibmitteln als Treibmittel in versprühbaren Zusammensetzungen verwenden. Die versprühbare Zusammensetzung enthält, besteht im wesentlichen aus und besteht aus einer zu versprühenden Substanz und einem Treibmittel, das erfindungsgemäße azeotropartige Zusammensetzungen enthält und im wesentlichen daraus besteht und daraus besteht. In der versprühbaren Mischung können auch inerte Bestandteile, Lösungsmittel und andere Substanzen vorliegen. Die versprühbare Zusammensetzung ist bevorzugt ein Aerosol. Zum Versprühen eignen sich beispielsweise kosmetische Substanzen, wie Deodorantien, Parfüms, Haarsprays, Reinigungsmittel und Poliermittel sowie medizinische Substanzen, wie Medikationen gegen Asthma und Halitose.
Die Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung sind bekannt und im Handel erhältlich oder nach bekannten Methoden zugänglich. Vorzugsweise werden die Komponenten in so hoher Reinheit verwendet, daß sich keine nachteiligen Auswirkungen auf die Kühl- oder Heizeigenschaften, die Konstantsiedeeigenschaften oder die Blähmitteleigenschaften des Systems ergeben. Im Fall von Dosierinhalatoren kann man zur Herstellung dieser Substanzen nach dem jeweiligen derzeitigen „Good Manufacturing Process" verfahren.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen azeotropartigen Zusammensetzungen können durch Zugabe von zusätzlichen Komponenten bedarfsgerecht eingestellt werden. So kann man beispielsweise die Öllöslichkeit verbessernde Substanzen zusetzen, wenn die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen als Kältemittel verwendet werden. Man kann auch zur Verbesserung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Stabilisatoren und andere Substanzen hinzufügen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden, nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert.
Beispiele
Beispiel 1
Es wurde ein Ebulliometer verwendet, das aus einem vakuumummantelten Rohr mit aufgesetztem Rückflußkühler bestand. Das Ebulliometer wurde mit 20 g H-FKW 245fa beschickt, wonach in kleinen, abgemessenen Teilmengen Cyclopentan und in kleinen, abgemessenen Teilmengen Wasser zugesetzt wurde. Die Temperatur wurde mit einem Platin-Widerstandsthermometer gemessen. Bei Zugabe von Cyclopentan und Wasser zu H-FKW 245fa wurde eine Temperaturerniedrigung beobachtet, die die Bildung eines ternären Azeotrops mit Siedepunktsminimum anzeigt. Die Messungen zeigten, daß sich der Siedepunkt der Zusammensetzung von 0,1 bis 34 Gewichtsprozent Cyclopentan und von 0,1 bis 9 Gewichtsprozent Wasser um 3°C änderte.
Beispiel 2
Es wurde ein Ebulliometer verwendet, das aus einem vakuumummantelten Rohr mit aufgesetztem Rückflußkühler bestand. Das Ebulliometer wurde mit 12 g H-FKW 245fa beschickt, wonach in kleinen, abgemessenen Teilmengen Hexan und in kleinen, abgemessenen Teilmengen Wasser zugesetzt wurde. Die Temperatur wurde mit einem Platin-Widerstandsthermometer gemessen. Bei Zugabe von Hexan und Wasser zu H-FKW 245fa wurde eine Temperaturerniedrigung beobachtet, die die Bildung eines ternären Azeotrops mit Siedepunktsminimum anzeigt. Die Messungen zeigten, daß sich der Siedepunkt der Zusammensetzung von 0,1 bis 11 Gewichtsprozent Hexan und von 0,1 bis 24 Gewichtsprozent Wasser um 1°C änderte.
Beispiel 3
100 g eines Polyethers mit einer Hydroxylzahl von 380, der durch Zugabe von Propylenoxid zu einer Lösung von Saccharose, Propylenglykol und Wasser erhalten wurde, wird mit 2 g eines Siloxan-Polyether-Copolymers als Schaumstoffstabilisator und 3 g Dimethylcyclohexylamin vermischt. Unter Rühren werden 100 g dieser Mischung gründlich mit 15 g der azeotropartigen Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 als Blähmittel vermischt. Die erhaltene Mischung wird mit 152 g rohem 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan verschäumt. Die erhaltenen Hartschaumstoffe waren gemäß Inspektion von guter Qualität.
Beispiel 4
In diesem Beispiel wird gezeigt, daß unter Verwendung der erfindungsgemäßen azeotropartigen Zusammensetzungen als Schaumstoffblähmittel hergestellte Schaumstoffe verbesserte k-Faktoren aufweisen. Die zur Herstellung dieser Schaumstoffe verwendeten Formulierungen sind allgemein in Tabelle 4 beschrieben. Tabelle 4
Alle Schaumstoffe wurden nach der gleichen allgemeinen Verfahrensweise, die in der Regel als "Mischen von Hand" bezeichnet wird, hergestellt. Für jedes Blähmittel oder Blähmittelpaar wurde eine Vormischung aus dem Polyol, Terate 2541, dem Tensid, Tegostab B8433, und dem Katalysator, Dabco K-15 und Polycat 8, in den gleichen Anteilen wie in Tabelle 4 hergestellt. Etwa 2 kg wurden gemischt, um zu gewährleisten, daß alle Schaumstoffe in einer gegebenen Reihe mit dem gleichen Vormischungs-Masterbatch hergestellt wurden. Die Vormischung wurde in einer Farbdose mit einem Fassungsvermögen von einer Gallone zusammengemischt und mit einem ITC-Mischer mit einem Durchmesser von 2 Zoll von Conn bei 1500 U/min gerührt, bis eine homogene Mischung erhalten wurde. Nach vollständigem Mischen wurde das Material in eine Glasflasche mit einem Fassungsvermögen von einer Gallone überführt und verschlossen. Die Flasche wurde dann in einen auf 32°F (0°C) eingestellten Kühlschrank gestellt. Die Schaumstoffblähmittelproben wurden zusammen mit den als Mischbehältern verwendeten Blechdosen mit einem Gewicht von 32 ounce (907 g) separat im gleichen Kühlschrank gelagert. Das als A-Komponente dienende Isocyanat wurde in verschlossenen Behältern bei 70°F (21,1°C) gelagert.
Für die einzelnen Schaumstoff-Zubereitungen wurde eine dem Formulierungsgewicht entsprechende Menge B-Komponente in eine auf 32°F (0°C) vortemperierte Dose mit einem Gewicht von 32 oz (907 g) eingewogen. Hierzu wurden die erforderlichen Mengen der einzelnen, ebenfalls auf 32°F (0°C) vortemperierten Blähmittel gegeben. Nach zwei Minuten Rühren mit einem ITC-Mischflügel mit einem Durchmesser von 2 Zoll von Conn bei etwa 1000 U/min wurden der Mischbehälter und der Inhalt erneut gewogen. Wenn beim Mischen ein Gewichtsverlust aufgetreten war, wurde dieser durch Zugabe des niedriger siedenden Blähmittels ausgeglichen. Der Inhalt wurde weitere 30 Sekunden gerührt und dann wieder in den Kühlschrank gestellt.
Nach erneutem Abkühlen des Inhalts auf 32°F (0°C) über einen Zeitraum von ungefähr 10 Minuten wurde der Mischbehälter aus dem Kühlschrank genommen und zur Mischstation befördert. Eine vorher gewogene Portion Isocyanat als A-Komponente wurde schnell zur B-Komponente gegeben, wonach die Bestandteile 10 Sekunden lang mit einem ITC-Mischflügel mit einem Durchmesser von 2 Zoll von Conn bei etwa 3000 U/min gerührt und in eine Kuchenschachtel aus Pappe mit den Abmessungen 8 Zoll × 8 Zoll × 4 Zoll gegossen und aufschäumen gelassen wurden. Für die einzelnen Polyurethan-Schaumstoffproben wurden die Startzeit, die Initiierungszeit, die Gelzeit und die Klebfreizeit aufgezeichnet.
Die Schaumstoffe wurden in den Schachteln mindestens 24 Stunden bei Raumtemperatur aushärten gelassen. Danach wurden die Blöcke auf eine einheitliche Größe zugeschnitten und die Dichten gemessen. Alle Schaumstoffe, die nicht der Dichtespezifikation von 2,0 ± 0,1 lb/ft³ (32 ± 1,6 kg/m³) entsprachen, wurden verworfen, und es wurden unter Verwendung einer neu eingestellten Blähmittelmenge in der Formulierung zur Erzielung der spezifizierten Dichte neue Schaumstoffe hergestellt.
Nachdem man sich vergewissert hatte, daß alle Schaumstoffe den Dichtespezifikationen entsprachen, wurden die Schaumstoffe gemäß ASTM C518 auf ihren k-Faktor geprüft. Die Ergebnisse für die k-Faktoren sind in
1 dargestellt. Wie aus diesem Diagramm hervorgeht, werden durch die Verwendung der erfindungsgemäßen azeotropartigen Mischungen als Schaumstoffblähmittel anstelle von Wasser alleine die k-Faktoren der Schaumstoffe drastisch verbessert. Die Verbesserung ist unerwarteterweise nichtlinear.
Neben dem Unterschied beim k-Faktor gibt es einen Unterschied bei der Dichte der mit diesen Formulierungen hergestellten Schaumstoffe. Dies wird in Tabelle 5 veranschaulicht.
Tabelle 5 Gew.-% Treibmittel gegen Schaumstoffdichte
Aus dieser Tabelle geht hervor, daß die erfindungsgemäßen azeotropartigen Zusammensetzungen Schaumstoffe ergeben, die für das gleiche Moläquivalent an Blähmittel eine erheblich geringere Schaumstoffdichte aufweisen.
Beispiel 5
Es wurde gefunden, daß H-FKW 245fa die Solubilisierung von C₅-C₆-Kohlenwasserstoffen und Mischungen davon in der B-Komponente unterstützt. Zur Demonstration dieses Effekts wurden 50 g Terate 2541LC¹ in einem Fischer-Porter-Rohr mit 0,18 mol Isopentan versetzt. Die Höhen der im Rohr vorhandenen Schichten wurden notiert. Dann wurde der Test mit zunehmenden Konzentrationen von H-FKW 245fa wiederholt. Die Ergebnisse dieser Studie sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Verbesserte Mischbarkeit von Kohlenwasserstoffen in B-Komponente bei Zugabe von H-FKW 245fa
Außerdem wurde gefunden, daß die Reihenfolge der Zugabe der Komponenten bei der Optimierung der Schaumstoffergebnisse kritisch ist. H-FKW 245fa erhöht die Mischbarkeit der Kohlenwasserstoffe in der B-Komponente, wenn es als vorgefertigte Mischung mit dem Kohlenwasserstoff oder der B-Komponente vor der Zugabe des Kohlenwasserstoffs zugesetzt wird. Die folgende Tabelle veranschaulicht dieses Phänomen bei Zugabe von 6 Gramm jedes Blähmittels bei konstanter Wasserkonzentration zu Stepanol 2352.
Verbesserte Mischbarkeit von Kohlenwasserstoffen in B-Komponente bei Zugabe von H-FKW 245fa
Die Verbesserung der Mischbarkeit war unerwartet und trägt vermutlich zur inhärenten Stabilität der B-Komponente bei.

Claims

Azeotropartige Zusammensetzungen, die im wesentlichen aus 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan, Wasser und mindestens einem Kohlenwasserstoff aus der Gruppe bestehend aus n-Pentan, Cyclopentan und Hexan bestehen und einen Siedepunkt von 10±4°C bei 760 mm Hg (101 kPa) aufweisen.
Azeotropartige Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 65 bis 98 Gewichtsprozent 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan, 1 bis 34 Gewichtsprozent Wasser und 1 bis 34 Gewichtsprozent mindestens eines Kohlenwasserstoffs aus der Gruppe bestehend aus n-Pentan, Cyclopentan und Hexan besteht.
Azeotropartige Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 75 bis 98 Gewichtsprozent 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan besteht.
Azeotropartige Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 85 bis 95 Gewichtsprozent 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan besteht.
Azeotropartige Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 2 bis 15 Gewichtsprozent Wasser besteht.
Azeotropartige Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 3 bis 15 Gewichtsprozent Wasser besteht.
Azeotropartige Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 1 bis 24 Gewichtsprozent des mindestens einen Kohlenwasserstoffs besteht.
Azeotropartige Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 1 bis 15 Gewichtsprozent des mindestens einen Kohlenwasserstoffs besteht.
Azeotropartige Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, in der es sich bei dem mindestens einen Kohlenwasserstoff um n-Pentan handelt.
Azeotropartige Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, in der es sich bei dem mindestens einen Kohlenwasserstoff um Cyclopentan handelt.
Azeotropartige Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, in der es sich bei dem mindestens einen Kohlenwasserstoff um Hexan handelt.
Azeotropartige Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 57 bis 99,8 Gewichtsprozent 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan, 0,1 bis 9 Gewichtsprozent Wasser und 0,1 bis 34 Gewichtsprozent Cyclopentan besteht.
Azeotropartige Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im wesentlichen aus 65 bis 99,8 Gewichtsprozent 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan, 0,1 bis 24 Gewichtsprozent Wasser und 0,1 bis 11 Gewichtsprozent Hexan besteht.
Verfahren zur Herstellung von Polyurethan- und Polyisocyanurat-Schaumstoffen, bei dem man eine Mischung aus Bestandteilen, die zu den Polyurethan- und Polyisocyanurat-Schaumstoffen abreagieren, in Gegenwart eines zumindest teilweise aus der azeotropartigen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bestehenden flüchtigen Blähmittels umsetzt und verschäumt.
Vormischung aus einem Polyol und einem zumindest teilweise aus der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bestehenden Blähmittel.
Geschlossenzellige Schaumstoffzusammensetzung, hergestellt durch Verschäumen eines Polyisocyanats oder Polyisocyanurats in Gegenwart eines zumindest teilweise aus den azeotropartigen Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bestehenden Blähmittels.
Blähmittel, das zumindest teilweise aus der azeotropartigen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 besteht.
Versprühbare Zusammensetzung, die ein zu versprühendes Material und ein zumindest teilweise aus der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bestehendes Treibmittel enthält.
Geschlossenzelliger Schaumstoff, der ein zumindest teilweise aus dem Blähmittel nach Anspruch 18 bestehendes Zellgas enthält.