CN102786660B - 一种聚氨酯复合硬质泡沬塑料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚氨酯复合硬质泡沬塑料及其制备方法和应用,其中,聚氨酯复合硬质泡沬塑料由组分A和组分B组成,其中,组分A由异氰酸酯与无机材料混合而成；组分B由组合聚醚、催化剂和发泡剂混合而成;组分A与组分B的重量比为组分A:组分B=(1.1—1.4):1。本发明中所使用的组分A中的异氰酸酯含有-N-C=O，容易与含有活泼氢原子的化合物：胺、水、醇、酸、碱发生反应。异氰酸酯为真空脱水原料，不会影响超细粉体的分散，在有机溶剂中可以均匀分散。同时一些无机材料也可以向B组份中添加，比如氢氧化物中有氢氧根离子，可能与含有羟基官能团的组合聚醚能够很好的相容。添加的无机材料可以是单独一种组分，也可是聚氨酯无机材料复合同时添加其他阻燃剂的复配材料。采用多种无机材料复配，可以弥补在单独使用时产生的泡沫性能变差问题。

Description

一种聚氨酯复合硬质泡沬塑料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯复合硬质泡沬塑料，同时还涉及一种该聚氨酯复合硬质泡沬塑料的制备方法和应用。

背景技术

聚氨酯已成为六大合成材料之一，其应用范围居各种材料之首。聚氨酯硬质泡沬塑料，简称聚氨酯硬泡，多为闭孔结构，一般为室温发泡，主要用作食品等行业冷冻冷藏设备；也可用于工业设备保温。但与岩棉、玻璃丝棉、水泥聚苯板、硅酸盐复合绝热砂浆等建筑节能材料相比，聚氨酯硬质泡沬生产成本较高，并且其耐热、阻燃、抗静电等性能较差，限制其进一步的应用。这对其大规模应用会造成一定障碍，因此如何降低聚氨酯硬泡生产成本、改善其物理性能成为攻克的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚氨酯复合硬质泡沬塑料，以降低生产成本，提高其阻燃效果。

本发明的另一目的还在于提供一种该聚氨酯复合硬质泡沬塑料的制备方法。

进一步地，本发明的目的还在于提供了一种该聚氨酯复合硬质泡沬塑料在制备金属面夹芯板方面的应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案采用了一种聚氨酯复合硬质泡沬塑料该硬质泡沬塑料由组分A和组分B组成,其中,组分A由异氰酸酯与无机材料混合而成;组分B由组合聚醚、催化剂和发泡剂混合而成;组分A与组分B的重量比为组分A:组分B=(1.1—1.4):1。

所述的组分A中,异氰酸酯与无机材料的重量比为:（152-158）:（2-15）。

所述的组分B中，组合聚醚、催化剂和发泡剂三者的重量比为：组合聚醚：催化剂：发泡剂=100:（1.4-3.6）：（15-18）。

所述的异氰酸酯为聚合MDI，-NCO含量为28.8%～32.5%。

所述的无机材料为碳酸钠、硫酸钡、珍珠岩、硼酸锌、氢氧化铝、氢氧化镁或聚磷酸铵中的任一种或其任意组合。

所述的催化剂为胺类催化剂，水分含量≤0.25%。

所述的发泡剂为物理发泡剂HCFC系列或戊烷系列，水分含量≤0.005%。

进一步地，本发明的技术方案还采用了一种聚氨酯复合硬质泡沬塑料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将无机材料在90℃—110℃的温度下干燥后，加入到异氰酸酯中混合均匀，得组分A；

（2）按重量配比将组合聚醚、催化剂、发泡剂混合均匀，配置成组分B；

（3）将组分A和组分B混合均匀，物理发泡，泡沫在室温下静置熟化22—25h。

步骤（3）中的组分A和组分B在料温为20℃～23℃、环境相对湿度﹤60%的条件下进行。

本发明的技术方案还采用了一种聚氨酯复合硬质泡沬塑料在制备金属面夹芯板方面的应用。

本发明中所使用的组分A中的异氰酸酯含有-N-C=O，容易与含有活泼氢原子的化合物：胺、水、醇、酸、碱发生反应。异氰酸酯为真空脱水原料，不会影响超细粉体的分散，在有机溶剂中可以均匀分散。同时一些无机材料也可以向B组份中添加，比如氢氧化物中有氢氧根离子，可能与含有羟基官能团的组合聚醚能够很好的相容。添加的无机材料可以是单独一种组分，也可是聚氨酯无机材料复合同时添加其他阻燃剂的复配材料。采用多种无机材料复配，可以弥补在单独使用时产生的泡沫性能变差问题。

无机材料中的氢氧化镁在受热时发生分解吸收燃烧物表面热量达到阻燃作用，分解生成的活性氧化镁附着于可燃物表面又进一步阻止了燃烧的进行，活性氧化镁不断吸收未完全燃烧的熔化残留物，从使燃烧很快停止的同时消除烟雾、阻止熔滴。碳酸钙和珍珠岩等无机材料对于聚氨酯的阻燃机理也都集中在降低燃烧放热，提高复合物的可燃温度，从而达到阻燃的效果。无机复合材料在整个阻燃过程中不会产生有害物质，而且其分解的产物在阻燃的同时还能够大量吸收橡胶、塑料等高分子燃烧所产生的有害气体和烟雾，是一种新兴的环保型阻燃复合材料。

对碳酸钙、氢氧化镁等无机材料进行了复合后的性能测试，对于压缩、氧指数和弯曲性能的测试结果表明，复合技术可以不同程度提高聚氨酯材料的性能，同时无机材料的添加也起到了降低生产成本的作用。

本发明的方法制备的聚氨酯复合硬质泡沬塑料，其芯密度为35～45kg/m³范围内，芯密度符合GB/T 21558-2008《建筑绝热用硬质聚氨酯泡沫塑料》中的要求，满足作为外保温材料的密度要求。加入的无机材料在一定程度上可以提高产品的刚性，同时不会影响其力学性能和尺寸稳定性。为保证产品各相组织的均匀性、降低材料内部的应力，产品需要一定时间的静置熟化阶段，之后再进行其性能测试，包括：各种强度及防火性能，保温性能等。

与传统硬质泡沫塑料相比，产品泡孔更加细密，压缩强度可提高30%左右，氧指数提高8%左右，本发明的聚氨酯复合硬质泡沬塑料不仅克服了传统聚氨酯泡沫氧指数较低的缺点，同时也使复合泡沫的压缩强度得到了提高。

经实验，所涉及的试验方法均参照国家标准的测试方法进行。压缩强度的测定按照GB/T8813-2008《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》测定，抗弯承载力的测定按照GB/T8812.1-2007《硬质泡沫塑料弯曲性能的测定》测定，氧指数的测定按照GB/T 2406-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为》测定，泡沫塑料尺寸的测定按照GB/T 8811-2008《硬质泡沫塑料尺寸稳定性试验方法》测定。所获得产品均符合GB/T 2023932-2009《建筑用金属面绝热夹芯板》标准中各项指标的要求。

利用本发明的方法制得的聚氨酯复合硬质泡沬塑料，具有优异的聚氨酯保温材料性能，应用范围广泛。其工艺控制简单，便于加工，而且可以根据性能需求调节不同的无机材料及复合比例，具有低成本、高性能的优点。

本发明的聚氨酯复合硬质泡沬塑料可生产各种硬质聚氨酯泡沫、金属面聚氨酯夹芯板、无机面层聚氨酯夹芯板等，适用于现有标准生产线设备。为改善聚氨酯综合性能，提高其阻燃效果，降低材料成本，本专利开发了聚氨酯与无机材料的复合技术。无机材料的选用可以是各种经过精细粉碎的碳酸钙、氢氧化镁、膨胀珍珠岩等天然质轻、隔热效果好的无机物矿石，目的在于改善泡沫的阻燃性能、增加泡沫整体强度及降低成本。

具体实施方式

聚氨酯复合硬质泡沬塑料实施例1

本实施例的聚氨酯复合硬质泡沬塑料由组分A和组分B组成,其中,组分A由异氰酸酯与无机材料混合而成；组分B由组合聚醚、催化剂和发泡剂混合而成；组分A与组分B的重量比为组分A:组分B=1.1:1；其中，组分A中,异氰酸酯与无机材料的重量比为:（152-154）:（2-10）；组分B中，组合聚醚、催化剂和发泡剂三者的重量比为：组合聚醚：催化剂：发泡剂=100:1.4：16。催化剂为N,N-二甲基环己胺，发泡剂为HCFC-141b,两者均为市售商品；本实施例中的无机材料为碳酸钠或硫酸钡。

聚氨酯复合硬质泡沬塑料实施例2

本实施例的聚氨酯复合硬质泡沬塑料由组分A和组分B组成,其中,组分A由异氰酸酯与无机材料混合而成;组分B由组合聚醚、催化剂和发泡剂混合而成;组分A与组分B的重量比为组分A:组分B=1.3:1；其中，组分A中,异氰酸酯与无机材料的重量比为:（152-155）:（5-13）；组分B中，组合聚醚、催化剂和发泡剂三者的重量比为：组合聚醚：催化剂：发泡剂=100:1.6：（15-17）。催化剂用的是二丁基锡二月桂酸酯，发泡剂是HCFC-245fa；本实施例中的无机材料为珍珠岩。

聚氨酯复合硬质泡沬塑料实施例3

本实施例的聚氨酯复合硬质泡沬塑料由组分A和组分B组成,其中,组分A由异氰酸酯与无机材料混合而成；组分B由组合聚醚、催化剂和发泡剂混合而成；组分A与组分B的重量比为组分A:组分B=1.4:1；其中，组分A中,异氰酸酯与无机材料的重量比为:（152-158）:（3-7）；组分B中，组合聚醚、催化剂和发泡剂三者的重量比为：组合聚醚：催化剂：发泡剂=100:2.8：（15-17）。催化剂为二丁基锡二月桂酸酯，发泡剂为戊烷；本实施例中的无机材料为氢氧化铝或氢氧化镁。

聚氨酯复合硬质泡沬塑料的制备方法实施例1

本实施例的聚氨酯复合硬质泡沬塑料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将无机材料在90℃0℃的温度下干燥后，加入到异氰酸酯中混合均匀，得组分A；

（2）按重量配比将组合聚醚、催化剂、发泡剂混合均匀，配置成组分B；

（3）将组分A和组分B混合均匀，物理发泡，泡沫在室温下静置熟化22h。

其中，无机材料为碳酸钠或硫酸钡（或是两者的混合物），两者的重量比为2:1；组合聚醚、催化剂和发泡剂三者的重量比为：组合聚醚：催化剂：发泡剂=100:1.4：17。催化剂为N,N-二甲基环己胺，发泡剂为HCFC-141b，组分A:组分B=1.1:1。

聚氨酯泡沫和本实施例的聚氨酯复合硬质泡沬塑料的各项性能指标

聚氨酯复合硬质泡沬塑料的制备方法实施例2

本实施例的聚氨酯复合硬质泡沬塑料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将无机材料在100℃的温度下干燥后，加入到异氰酸酯中混合均匀，得组分A；

（2）按重量配比将组合聚醚、催化剂、发泡剂混合均匀，配置成组分B；

（3）将组分A和组分B混合均匀，物理发泡，泡沫在室温下静置熟化24h。

其中，本实施例中的无机材料为珍珠岩；组合聚醚、催化剂和发泡剂三者的重量比为：组合聚醚：催化剂：发泡剂=100:1.6：（15-17）。催化剂用的是二丁基锡二月桂酸酯，发泡剂是HCFC-245fa，组分A:组分B=1.3:1。

聚氨酯泡沫和本实施例的聚氨酯复合硬质泡沬塑料的各项性能指标

聚氨酯复合硬质泡沬塑料的制备方法实施例3

本实施例的聚氨酯复合硬质泡沬塑料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将无机材料在110℃的温度下干燥后，加入到异氰酸酯中混合均匀，得组分A；

（2）按重量配比将组合聚醚、催化剂、发泡剂混合均匀，配置成组分B；

（3）将组分A和组分B混合均匀，物理发泡，泡沫在室温下静置熟化25h。

其中，本实施例中的无机材料为氢氧化铝或氢氧化镁（或为两者的混合物），两者的重量比为1:1.5；组合聚醚、催化剂和发泡剂三者的重量比为：组合聚醚：催化剂：发泡剂=100:2.8：15。催化剂为N,N-二甲基环己胺，发泡剂为戊烷，组分A:组分B=1.4:1。

聚氨酯泡沫和本实施例的聚氨酯复合硬质泡沬塑料的各项性能指标

应用实施例

将本发明的聚氨酯复合硬质泡沬塑料应用在制备金属面夹芯板,将各组分原料混合后布料至上下两层金属面板之间发泡，根据要求厚度固定板材，最终压制成型。所制得的产品物理性能符合GB/T 23932-2009《建筑用金属面绝热夹芯板》要求。下表为产品厚度为100mm的金属面聚氨酯夹芯墙面板时的性能测试。

Claims (10)

1.一种聚氨酯复合硬质泡沫塑料，其特征在于：该硬质泡沫塑料由组分A和组分B组成，其中，组分A由异氰酸酯与无机材料混合而成；组分B由组合聚醚、催化剂和发泡剂混合而成；组分A与组分B的重量比为组分A：组分B＝(1.1—1.4)：1；

所述聚氨酯复合硬质泡沫塑料的制备方法包括以下步骤：

(1)将无机材料在90℃—110℃的温度下干燥后，加入到异氰酸酯中混合均匀，得组分A；

(2)按重量配比将组合聚醚、催化剂、发泡剂混合均匀，配置成组分B；

(3)将组分A和组分B混合均匀，物理发泡，泡沫在室温下静置熟化22—25h。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯复合硬质泡沫塑料，其特征在于：所述的组分A中，异氰酸酯与无机材料的重量比为：(152-158)：(2-15)。

3.根据权利要求1聚氨酯复合硬质泡沫塑料，其特征在于：所述的组分B中，组合聚醚、催化剂和发泡剂三者的重量比为：组合聚醚：催化剂：发泡剂＝100：(1.4-3.6)：(15-17)。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯复合硬质泡沫塑料，其特征在于：所述的异氰酸酯为聚合MDI，-NCO含量为28.8％～32.5％。

5.根据权利要求1所述的聚氨酯复合硬质泡沫塑料，其特征在于：所述的无机材料为碳酸钠、硫酸钡、珍珠岩、硼酸锌、氢氧化铝、氢氧化镁或聚磷酸铵中的任一种或其任意组合。

6.根据权利要求1所述的聚氨酯复合硬质泡沫塑料，其特征在于：所述的催化剂为胺类催化剂，所述胺类催化剂为二乙基环己胺、三亚乙基二胺、N,N-二甲基环己胺中的一种，水分含量≤0.25％。

7.根据权利要求1所述的聚氨酯复合硬质泡沫塑料，其特征在于：所述的发泡剂为物理发泡剂HCFC系列或戊烷系列，所述HCFC系列为HCFC-141b、所述戊烷系列为环戊烷，水分含量≤0.005％。

8.一种如权利要求1所述的聚氨酯复合硬质泡沫塑料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将无机材料在90℃—110℃的温度下干燥后，加入到异氰酸酯中混合均匀，得组分A；

(2)按重量配比将组合聚醚、催化剂、发泡剂混合均匀，配置成组分B；

(3)将组分A和组分B混合均匀，物理发泡，泡沫在室温下静置熟化22—25h。

9.根据权利要求8所述的聚氨酯复合硬质泡沫塑料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的组分A和组分B在料温为20℃～23℃、环境相对湿度﹤60％的条件下进行。

10.一种如权利要求1所述的聚氨酯复合硬质泡沫塑料在制备金属面夹芯板方面的应用。