CN103012730B - 一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料及其制备方法 - Google Patents

一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料及其制备方法，属于塑料技术领域。1）将多元醇与匀泡剂、发泡剂、催化剂混合搅拌均匀，得到混合物；2）将异氰酸酯溶液加入到步骤1）得到的混合物中，搅拌8～12s，然后在30s内灌注到模具中进行发泡反应，发泡反应在常温中进行2～3min，得到发泡产物；3）将步骤1）得到的发泡产物放进50～80℃烘箱中加热1～3h，得到聚异氰脲酸酯泡沫塑料。本发明的聚异氰脲酸酯泡沫塑料具有较好的耐温性能，泡沫分解温度在200℃以上，在机械性能方面体现为材料模量高，强度大；在提高耐温性能的同时降低了断裂伸长率，尤其在低温环境下表现明显。

Description

一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料及其制备方法，属于塑料技术领域。
背景技术
航天飞行器低温贮箱的绝热常使用硬质聚氨酯泡沫塑料，但聚氨酯泡沫的上限使用温度为120℃。
专利CN1860147A《用于生产硬质聚氨酯泡沫和异氰尿酸酯改性硬质聚氨酯泡沫的催化剂组合物及包含其的原料组合物》提到了一种用于制备异氰脲酸酯泡沫的方法，使用多元醇聚醚、水、胺类混合物作为主要组分。现有聚异氰脲酸酯泡沫塑料在低温使用中发生脆性断裂。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料及其制备方法，该塑料的上限使用温度为180℃，该塑料可用于液氧容器保温，在外部150℃的环境中使用；该塑料为一种轻质，低热导率的绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料，可以长时间使用在－196℃～150℃环境中，主要应用于超低温贮箱保温绝热，本发明为改善泡沫脆性，通过使用混合聚醚体系、调整异氰酸酯指数的方法，使泡沫塑料的低温断裂伸长率增大到0.5～1%。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料，该塑料包括多元醇、匀泡剂、发泡剂、催化剂和异氰酸酯溶液；以多元醇的质量份数为100份计算，其他各部分的质量份数为：
匀泡剂10～20份
发泡剂30～60份
催化剂1～5份
异氰酸酯溶液200～500份
所述的多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物；聚醚多元醇为甘油－环氧丙烷聚醚和三羟基甲基丙烷－环氧丙烷聚醚的混合物；聚酯多元醇为三羟基甲基丙烷聚酯；聚醚多元醇和聚酯多元醇质量份数之比为60～80份：20～40份；
所述匀泡剂为非硅酮系表面活性剂；匀泡剂优选为Dabco LK221；
所述发泡剂为HCFC-141b；
所述催化剂优选为Dabco TMR-4；
异氰酸酯溶液优选为PM-2010。
本发明的一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料的制备方法，步骤包括：
1）将多元醇与匀泡剂、发泡剂、催化剂混合搅拌均匀，得到混合物；
2）将异氰酸酯溶液加入到步骤1）得到的混合物中，搅拌8～12s，然后在30s内灌注到600×600×100mm的方形钢制模具中进行发泡反应，发泡反应在常温中进行2～3min，得到发泡产物；
3）将步骤1）得到的发泡产物放进50～80℃烘箱中加热1～3h，得到聚异氰脲酸酯泡沫塑料。
在高低温大温区环境中，两个温区对材料的刚性要求相反，在高温区要防止泡沫受热收缩，要求材料刚性越强越好。在低温区，要防止泡沫收缩断裂，要求材料韧性越高越好。为了解决对材料刚性平衡性，在调节多元醇后，还需要找到异氰酸酯指数的平衡点。
本发明在使用的组合多元醇基础上，将异氰酸酯指数调整到2.0～3.0，可以兼顾高低温力学性能，同时降低高温收缩和低温断裂的风险。
有益效果
本发明的聚异氰脲酸酯泡沫塑料具有较好的耐温性能，泡沫分解温度在200℃以上，在机械性能方面体现为材料模量高，强度大；在提高耐温性能的同时降低了断裂伸长率，尤其在低温环境下表现明显。
使用组合多元醇可以在结构上增加材料韧性，降低低温断裂的风险。通常在硬质泡沫中使用的多元醇羟值在300～700mgKOH/g，官能度在2～5。羟值越高，官能度越大，结构中的交联网状结构越多，刚性越大。本发明使用的组合多元醇中，涉及到一种2官能度的甘油-环氧丙烷聚醚和一种3官能度的三羟基甲基丙烷-环氧丙烷聚醚，羟值在300mgKOH/g左右，可以降低液氧温度下的断裂风险。
异氰酸酯指数是异氰酸根与羟基物质量之比。在150℃，10h烘烤试验中表明，异氰酸酯指数大于2.0才能防止收缩变形。在拉伸性能测试中表明，随着指数的提高，大于3.0泡沫模量上升较快，超过5.0后变化不大。所以选择指数在2.0～3.0区间。
本发明得到的聚异氰脲酸酯泡沫密度60kg/m3，对热导率、低温机械性能和耐温性能进行测试。将得到的泡沫塑料进行热导率测试，按照GJB328《绝热材料低温稳态热导率试验方法》，在液氧温度下，测试泡沫塑料的热导率为0.02～0.03W/(m·K)。
将得到的泡沫塑料进行拉伸性能测试，试验按照GJB 1585A-2004《聚氨酯硬质泡沫塑料力学性能试验方法》进行，测试结果表明，泡沫塑料在-196℃的拉伸强度在0.2～0.4MPa，断裂伸长率为0.5％～1％。
将得到的泡沫塑料进行烘烤试验，该试验为非标试验，将泡沫塑料制作成100×150×50mm样件，厚度方向与泡沫生长方向平行，在150℃烘箱中烘烤10h，材料的形变小于5％，质量损失小于2％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例
1）将100g多元醇混合物（甘油－环氧丙烷聚醚30g；三羟基甲基丙烷－环氧丙烷聚醚30g；三羟基甲基丙烷聚酯40g）与10g LK221匀泡剂、50g HCFC-141b发泡剂、5g TMR-4催化剂混合搅拌均匀。
2）将300g异氰酸酯溶液PM-2010加入到步骤一中得到的混合物中，搅拌10s，将得到的混合物在30s内灌注到200×200×100mm方形钢制模具中进行发泡反应，发泡反应在常温中进行3min。
3）将步骤2）得到的产物放进60℃烘箱中加热2h。完成后可得到具有超低温绝热性能的聚异氰脲酸酯泡沫塑料，其密度为60kg/m3。
将得到的泡沫塑料进行热导率测试，按照GJB328《绝热材料低温稳态热导率试验方法》，在液氧温度下，测试泡沫塑料的热导率为0.025W/(m·K)。
将得到的泡沫塑料进行拉伸性能测试，试验按照GJB 1585A-2004《聚氨酯硬质泡沫塑料力学性能试验方法》进行，测试结果表明，泡沫塑料在-196℃的拉伸强度在0.3MPa，断裂伸长率为0.6％。
将得到的泡沫塑料进行烘烤试验，该试验为非标试验，将泡沫塑料制作成100×150×50mm样件，厚度方向与泡沫生长方向平行，在150℃烘箱中烘烤10h，材料的形变为4％，质量损失为1％。

Claims (8)

1.一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料，其特征在于：该塑料包括多元醇、匀泡剂、发泡剂、催化剂和异氰酸酯溶液；以多元醇的质量份数为100份计算，其他各部分的质量份数为：
所述的多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物；
聚醚多元醇为甘油－环氧丙烷聚醚和三羟基甲基丙烷－环氧丙烷聚醚的混合物；
异氰酸酯指数为2.0～3.0；
泡沫塑料在-196℃的拉伸强度在0.2～0.4MPa，断裂伸长率为0.5％～1％。
2.根据权利要求1所述的一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料，其特征在于：多元醇中聚醚多元醇和聚酯多元醇质量份数之比为：
聚醚多元醇     60～80份
聚酯多元醇     20～40份。
3.根据权利要求1所述的一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料，其特征在于：聚酯多元醇为三羟基甲基丙烷聚酯。
4.根据权利要求1所述的一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料，其特征在于：匀泡剂为Dabco LK221。
5.根据权利要求1所述的一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料，其特征在于：发泡剂为HCFC-141b。
6.根据权利要求1所述的一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料，其特征在于：催化剂为Dabco TMR-4。
7.根据权利要求1所述的一种超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料，其特征在于：异氰酸酯溶液为PM-2010。
8.一种权利要求1所述的超低温绝热用聚异氰脲酸酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于步骤包括：
1)将多元醇与匀泡剂、发泡剂、催化剂混合搅拌均匀，得到混合物；
2)将异氰酸酯溶液加入到步骤1)得到的混合物中，搅拌8～12s，然后在30s内灌注到钢制模具中进行发泡反应，发泡反应在常温中进行2～3min，得到发泡产物；
3)将步骤1)得到的发泡产物放进50～80℃烘箱中加热1～3h，得到聚异氰脲酸酯泡沫塑料。
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