CN100551973C - 低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂及其制备方法，该稳定剂可广泛用于戊烷发泡体系的聚氨酯发泡工艺，可使戊烷类发泡的聚氨酯泡沫的导热系数降低至0.0195～0.0200W/m.K，隔热保温性能优良；本发明的低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂，其具有以下结构：其中：m的值为10～80，n的值为1～10，x的值为10～70，y的值为0～30，且m+n为11～90，x+y为10～100；R为碳原子数为1～4个C的烷烃、芳香基团、酰氧基或氢原子。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯泡沫稳定剂及其制备方法，更具体地说涉及一种低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂及其制备方法，该稳定剂可广泛用于戊烷发泡体系的聚氨酯发泡工艺。
背景技术
聚氨酯泡沫塑料是一种重要的合成材料，具有多孔性、相对密度小、比强度高等特点，根据所用的原料不同和配方的变化可制成普通软泡、高回弹泡沫及硬泡等。自问世以来，其产量一直在不断增加，聚氨酯泡沫稳定剂是聚氨酯泡沫发泡工艺中不可缺少的助剂之一，它随着聚氨酯泡沫工业整体的调整发展而发展。
泡沫稳定剂也称匀泡剂，是使聚氨酯泡沫组合料具有乳化性、成核性、流动性及稳定性的最重要助剂之一。在聚氨酯硬泡领域，早期均是使用CFC-11为发泡剂，虽然该产品成本较低，性能好，但由于其是氯氟类化合物，对大气中的臭氧层具有明显的破坏作用，已严重造成了大气环境的恶化目前已面临全面淘汰和禁止使用。戊烷类发泡剂由于其ODP值为零，对环境影响极小，作为F11替代发泡剂目前已被广泛使用。但是戊烷类发泡剂也有其缺点，除安全性差外主要是与聚醚等相溶性差、气相导热率高等，这就对聚氨酯泡沫稳定剂提出更高的要求。目前特别在冰箱行业，使用的聚氨酯材料不仅需要其有低导热系数，还要求低密度，即在保证泡沫强度的前提下，使其泡沫芯的密度更低，从而降低成本。然而泡沫稳定剂在聚氨酯泡沫塑料成型过程中所起的乳化、成核、泡沫稳定等功能作用，其性能兼备是矛盾的，如果提高了乳化性可能就会牺牲一部分成核性能，如何使这些性能达到完美的平衡是重点和难点。如何设计一种低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂的分子结构，使其满足聚氨酯泡沫塑料用泡沫稳定剂的应用性能，就成为了关键。
现有技术中如2005年03期的《精细石油化工》中“聚氨酯硬泡有机硅匀泡剂的合成”一文中公开了一种组合料显示其产品导热系数可达0.021W/m.K；2004年03期的《世界橡胶工业》中“生产低导热系数的聚氨酯闭孔硬泡沫的方法”一文中也公开了一种以环戊烷为发泡剂以聚硅氧烷为稳定剂的产品导热系数达到0.0206W/m.K。这些现有技术中产品的导热系数还有待进一步降低，另外它们只是单纯的降低导热系数并没有考虑降低其泡沫芯的密度，也导致其成本较高，并且其泡沫稳定剂的表面活性、乳化性能及综合的平衡性能均有待提高。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现在技术中存在的不足和问题，提供了一种低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂。
同时本发明还提供了该低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：
本发明的低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂，其具有以下结构：
其中：m的值为10～80，n的值为1～10，x的值为10～70，y的值为0～30，且m+n为11～90，x+y为10～100；R为碳原子数为1～4个C的烷烃、芳香基团、酰氧基或氢原子。
本发明的低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂的制备方法，其包括以下步骤：
A)以烯丙醇为起始剂，在反应器中加入环氧乙烷和环氧丙烷，在催化剂a存在下、压力控制在≤0.4MPa，反应温度为100～130℃条件下反应4～6小时，得到端丙烯基聚醚(I)，其中环氧乙烷和环氧丙烷用量之和与起始剂烯丙醇的用量的摩尔比为10～50∶1；
B)使八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷在催化剂b作用下，在反应温度为60～90℃条件下反应5～7小时，得到聚硅氧烷(II)，其中八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷之间的摩尔比为1～40∶1～5∶0～3；
C)将上面两步反应得到的端丙烯基聚醚(I)、聚硅氧烷(II)、Pt催化剂及溶剂加入反应釜，在常压下加热升温至60～120℃，加热的同时打开回流冷凝器的进出水，使溶剂通过冷凝器在釜内回流；然后保温2～5小时进行聚合反应，先进行常压蒸馏再进行减压蒸馏，待溶剂被蒸完后降温出料，即得低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂。
本发明的低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂的制备方法中，其步骤A)中所述的催化剂a为碱性催化剂，优选KOH或NaOH，其用量为环氧乙烷和环氧丙烷总物料重量的0.1～0.5％；其步骤A)中所述的环氧乙烷和环氧丙烷之间的重量配比优选为：环氧乙烷为50～100％，环氧丙烷为0～50％；其步骤B)中所述的催化剂b为路易斯酸，优选为硫酸，其用量为所用物料重量的0.1～3％；其步骤B)中所述的含氢硅油中氢的含量优选为0.15～1.0％；其特征在于步骤C)中所述的端丙烯基聚醚(I)与聚硅氧烷(II)用量重量配比为(50-120)/(10-20)，Pt催化剂及溶剂用量分别为物料重量的5-50ppm和30-90％，所述的溶剂优选为甲苯、二甲苯或乙二醇。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1)可使戊烷类发泡的聚氨酯泡沫的导热系数降低至0.0195～0.0200W/m.K，其隔热保温性能优良，而在冰箱、冷库等箱体保温层领域中，导热系数每降低9％，能耗就会降低5％，在冰箱上使用可使冰箱更加节能，从而实现了无氟冰箱组合料的绿色节能要求；2)具有优异的乳化性、成核性及泡沫稳定性并综合性能达到很好的平衡，具有强大的成核能力，泡沫产品密度低并具有细密的泡孔结构和极高闭孔率；3)改善聚氨酯泡沫的结构强度，使得泡沫不易收缩；同时泡沫的芯密度较低，从而使产品的成本降低；4)可使物料在发泡过程中具有很好的流动性，使泡沫塑料具有优异的粘结力，在冰箱上使用时，有利于冰箱组合料在制成泡沫制品的过程中泡沫与钢板之间的粘结与密封，同时还可用于保温集装箱的保温箱体材料和建筑保温材料，达到节约能源和保护环境。
另外本发明的制备方法简单，生产的产品质量稳定，原料易得，从原始原料出发其生产成本较低，双键封端率可达93％以上。
具体实施方式
实施例1
A)在反应器中加入烯丙醇5.8g、环氧乙烷120g和环氧丙烷100g，在1.1g催化剂KOH存在下、压力≤0.4Mpa、反应温度为110℃条件下反应5小时，得到端丙烯基聚醚；
B)使八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷在硫酸作用下，在反应温度为80℃条件下反应5小时，得到聚硅氧烷(II)，其中八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷之间的用量摩尔配比为10∶1∶1.5；
C)将上面两步反应得到的改性聚醚(I)150g和聚硅氧烷(II)80g在30ppmPt催化剂作用下及120g甲苯存在下，在常压下加热升温至115℃，加热的同时打开回流冷凝器的进出水，使甲苯通过冷凝器在釜内回流；然后保温4小时进行聚合反应，先进行常压蒸馏再进行减压蒸馏，待溶剂被蒸完后降温出料即得低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂，其结构式经表征分析后结果为：
该泡沫稳定剂应用于聚氨酯泡沫的制品性能及效果经过检测见表1。
实施例2
A)在反应器中加入烯丙醇5.8g、环氧乙烷160g和环氧丙烷100g，在1.06g催化剂KOH存在下、压力≤0.4Mpa、反应温度为100℃条件下反应6小时，得到端丙烯基聚醚；
B)使八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷在硫酸作用下，在反应温度为80℃条件下反应5小时，得到聚硅氧烷(II)，其中八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷之间的用量摩尔配比为15∶1∶1.5；
C)将上面两步反应得到的改性聚醚(I)200g和聚硅氧烷(II)80g在50ppm Pt催化剂作用下及180g二甲苯存在下，在常压下加热升温至115℃，加热的同时打开回流冷凝器的进出水，使二甲苯通过冷凝器在釜内回流；然后保温4小时进行聚合反应，先进行常压蒸馏再进行减压蒸馏，待溶剂被蒸完后降温出料即得低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂，其结构式经表征分析后结果为：
该泡沫稳定剂应用于聚氨酯泡沫的制品性能及效果经过检测见表1。
实施例3
A)在反应器中加入烯丙醇5.8g、环氧乙烷120g和环氧丙烷100g，在1.0g催化剂KOH存在下、压力≤0.4Mpa、反应温度为130℃条件下反应4小时，得到端丙烯基聚醚；
B)使八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷在硫酸作用下，在反应温度为80℃条件下反应5小时，得到聚硅氧烷(II)，其中八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷之间的用量摩尔配比为20∶2.5∶2；
C)将上面两步反应得到的改性聚醚(I)150g和聚硅氧烷(II)75g在10ppm Pt催化剂作用下及110g甲苯存在下，在常压下加热升温至115℃，加热的同时打开回流冷凝器的进出水，使溶剂通过冷凝器在釜内回流；然后保温4小时进行聚合反应，先进行常压蒸馏再进行减压蒸馏，待溶剂被蒸完后降温出料即得低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂，其结构式经表征分析后结果为：
该泡沫稳定剂应用于聚氨酯泡沫的制品性能及效果经过检测见表1。
实施例4
A)在反应器中加入烯丙醇5.8g、环氧乙烷160g和环氧丙烷100g，在1.1g催化剂KOH碱性化合物存在下、压力≤0.4Mpa、反应温度为110℃条件下反应5小时，得到端丙烯基聚醚；
B)使八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷在硫酸作用下，在反应温度为80℃条件下反应5小时，得到聚硅氧烷(II)，其中八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷之间的用量摩尔配比为25∶2.0∶1.4；
C)将上面两步反应得到的改性聚醚(I)200g和聚硅氧烷(II)70g在30ppm Pt催化剂作用下及190g甲苯存在下，在常压下加热升温至115℃，加热的同时打开回流冷凝器的进出水，使溶剂通过冷凝器在釜内回流；然后保温4小时进行聚合反应，先进行常压蒸馏再进行减压蒸馏，待溶剂被蒸完后降温出料即得低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂，其结构中经表征分析后结果为：
该泡沫稳定剂应用于聚氨酯泡沫的制品性能及效果经过检测见表1。
表1：该泡沫稳定剂应用于戊烷发泡体系聚氨酯泡沫的制品性能
| 泡沫制品导热系数(W/m.K) | 泡沫制品密度(kg/m<sup>3</sup>) | 压缩强度KPa | 乳化性能 | 流动性指数(cm/g) | |
| 实施例1 | 0.0197 | 31.56 | 156.2 | 透明 | 0.091 |
| 实施例2 | 0.0196 | 31.45 | 158.3 | 透明 | 0.091 |
| 实施例3 | 0.0192 | 31.68 | 155.9 | 透明 | 0.091 |
| 实施例4 | 0.0195 | 30.59 | 156.6 | 透明 | 0.092 |
| 国外产品1 | 0.0197 | 31.84 | 152.1 | 透明 | 0.089 |
| 国外产品2 | 0.0198 | 32.63 | 161.0 | 透明 | 0.091 |
| 国内普通产品 | 0.0217 | 35.72 | 143.7 | 不透明 | 0.088 |
注：上表中性能检测数据的制品，由以下聚氨酯发泡配方(重量配比)制成：聚醚(4110)80份、聚醚(635)20份、水1.5份、二甲基环己烷1.5份、DMP301.3份、泡沫稳定剂2.0份、环戊烷13份、MDI 143份。
Claims (1)
1、一种低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂的制备方法，其特征在于低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂具有以下结构：
其中：m＝24、n＝11、x＝19、y＝11，或m＝24、n＝11、x＝23、y＝14，或
m＝28、n＝14、x＝19、y＝11，或；m＝28、n＝14、x＝23、y＝14；
其中，所述低导热系数是指使戊烷类发泡的聚氨酯泡沫的导热系数为0.0195～0.0200W/m.K；
其中，所述具有m＝24、n＝11、x＝19、y＝11的聚氨酯泡沫稳定剂的制备方法为：
A)在反应器中加入烯丙醇5.8g、环氧乙烷120g和环氧丙烷100g，在1.1g催化剂KOH存在下、压力≤0.4Mpa、反应温度为110℃条件下反应5小时，得到端丙烯基聚醚；
B)使八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷在硫酸作用下，在反应温度为80℃条件下反应5小时，得到聚硅氧烷(II)，其中八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷之间的用量摩尔配比为10∶1∶1.5；其中所述的含氢硅油中氢的含量为0.15～1.0％；
C)将上面两步反应得到的改性聚醚(I)150g和聚硅氧烷(II)80g在30ppmPt催化剂作用下及120g甲苯存在下，在常压下加热升温至115℃，加热的同时打开回流冷凝器的进出水，使甲苯通过冷凝器在釜内回流；然后保温4小时进行聚合反应，先进行常压蒸馏再进行减压蒸馏，待溶剂被蒸完后降温出料即得低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂；
其中，所述具有m＝24、n＝11、x＝23、y＝14的聚氨酯泡沫稳定剂的制备方法为：
A)在反应器中加入烯丙醇5.8g、环氧乙烷160g和环氧丙烷100g，在1.06g催化剂KOH存在下、压力≤0.4Mpa、反应温度为100℃条件下反应6小时，得到端丙烯基聚醚；
B)使八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷在硫酸作用下，在反应温度为80℃条件下反应5小时，得到聚硅氧烷(II)，其中八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷之间的用量摩尔配比为15∶1∶1.5，其中所述的含氢硅油中氢的含量为0.15～1.0％；
C)将上面两步反应得到的改性聚醚(I)200g和聚硅氧烷(II)80g在50ppmPt催化剂作用下及180g二甲苯存在下，在常压下加热升温至115℃，加热的同时打开回流冷凝器的进出水，使二甲苯通过冷凝器在釜内回流；然后保温4小时进行聚合反应，先进行常压蒸馏再进行减压蒸馏，待溶剂被蒸完后降温出料即得低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂；
其中，所述具有m＝28、n＝14、x＝19、y＝11的聚氨酯泡沫稳定剂的制备方法为：
A)在反应器中加入烯丙醇5.8g、环氧乙烷120g和环氧丙烷100g，在1.0g催化剂KOH存在下、压力≤0.4Mpa、反应温度为130℃条件下反应4小时，得到端丙烯基聚醚；
B)使八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷在硫酸作用下，在反应温度为80℃条件下反应5小时，得到聚硅氧烷(II)，其中八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷之间的用量摩尔配比为20∶2.5∶2，其中所述的含氢硅油中氢的含量为0.15～1.0％；
C)将上面两步反应得到的改性聚醚(I)150g和聚硅氧烷(II)75g在10ppm Pt催化剂作用下及110g甲苯存在下，在常压下加热升温至115℃，加热的同时打开回流冷凝器的进出水，使溶剂通过冷凝器在釜内回流；然后保温4小时进行聚合反应，先进行常压蒸馏再进行减压蒸馏，待溶剂被蒸完后降温出料即得低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂；
其中，所述具有m＝28、n＝14、x＝23、y＝14的聚氨酯泡沫稳定剂的制备方法为：
A)在反应器中加入烯丙醇5.8g、环氧乙烷160g和环氧丙烷100g，在1.1g催化剂KOH碱性化合物存在下、压力≤0.4Mpa、反应温度为110℃条件下反应5小时，得到端丙烯基聚醚；
B)使八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷在硫酸作用下，在反应温度为80℃条件下反应5小时，得到聚硅氧烷(II)，其中八甲基环四硅氧烷、含氢硅油、六甲基二硅氧烷之间的用量摩尔配比为25∶2.0∶1.4，其中所述的含氢硅油中氢的含量为0.15～1.0％；
C)将上面两步反应得到的改性聚醚(I)200g和聚硅氧烷(II)70g在30ppm Pt催化剂作用下及190g甲苯存在下，在常压下加热升温至115℃，加热的同时打开回流冷凝器的进出水，使溶剂通过冷凝器在釜内回流；然后保温4小时进行聚合反应，先进行常压蒸馏再进行减压蒸馏，待溶剂被蒸完后降温出料即得低密度低导热系数聚氨酯泡沫稳定剂。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: JIANGSU MAYSTA CHEMICAL CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: NANJING DYMATIC SHICHUANG CHEMICAL CO., LTD. |
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 210046 No. 18, Nanjing economic and Technological Development Zone, Jiangsu, Nanjing Patentee after: Jiangsu Maysta Chemical Co., Ltd. Address before: 210046 No. 18, Nanjing economic and Technological Development Zone, Jiangsu, China Patentee before: Nanjing Dymatic Shichuang Chemical Co., Ltd. |