CN103289042B

CN103289042B - 一种低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物及其制备方法

Info

Publication number: CN103289042B
Application number: CN201310165389.0A
Authority: CN
Inventors: 王世光; 陈凤秋; 徐一东; 谭长江; 韩娟娟; 包凡营
Original assignee: Jiangsu Changhua Polyurethane Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Changhua chemical Polytron Technologies Inc
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2033-05-07
Also published as: CN103289042A

Abstract

本发明涉及一种低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物及其制备方法，主要解决现有技术中所述组合物粘度较高的问题。本发明通过采用一种低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物，以重量百分含量计，包括6%～21%的聚脲多元醇,3%～10%的由乙醇胺反应生成的聚氨酯多元醇,0.5%～2%的由聚醚多元醇1反应生成的聚氨酯多元醇,0.5%～2%的聚脲-聚氨酯分散体和65%～90%的聚醚多元醇1及其制备方法的技术方案较好地解决了上述问题，可用于低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物的工业生产中。

Description

一种低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物及其制备方法。

技术背景

聚氨酯泡沫塑料(PUF)是用量最大的一种聚氨酯产品，广泛的应用于家具、汽车工业、建筑、运输、和隔热材料中。但是，PUF在空气中极易燃烧，在燃烧的时候还会产生大量的有毒气体和烟尘，对人体健康和环境都有极坏的影响。这几年来，国外对PUF的阻燃给予了极大的关注，并颁布了若干有关PUF阻燃法规和阻燃要求，例如在西欧，用于汽车内的FPUF必须满足机动车辆安全标准(MVSS)302所规定的阻燃要求；在美国，用于家具坐垫的FPUF必须通过CAL TB117阻燃测试；在英国，明确规定了凡是在英国销售的家具(包括FPUF)必须为阻燃产品，必须符合BS5852的标准要求；在德国也建立了相应的法规限制非阻燃泡沫的生产和使用。

在聚氨酯泡沫塑料所使用的各种阻燃剂中，氨基阻燃剂主要有三聚氰胺以及它的衍生物组成，它们可以单独使用也可以复合使用。这类阻燃剂无卤、低毒、不腐蚀，对热和紫外线稳定，阻燃效率较佳，价格也很低。但是，这类阻燃剂在基材中分散性差，对粒度以及粒度分布要求严，用量和粒度对材料的阻燃性以及物理性能都有影响，并且其本身会导致聚合物的成型加工性能和物理性能的降低，有较强的极性和亲水性，同非极性聚合物材料的相容性差，在界面难以形成良好的结合和粘接，如果直接添加到泡沫中去，会严重影响泡沫的阻燃效果。

如果在泡沫分子结构中引入MEAL、聚脲分子等具有一定阻燃性能的结构阻燃剂，PUF的阻燃效果会使最好，因为泡沫原料本身已经具有阻燃性，不会像使用其他阻燃剂一样，阻燃效果会随时间的消逝和阻燃剂的挥发以及迁移而降低，而且制备出的阻燃剂氧指数高，不含卤素、磷、锑等元素，物料流动性好，酸值低，水分少，发烟量低，而且有很好的均匀性和机械强度。不过目前对这类方法的研究和应用都还未公开。

CN1583829中涉及了一种用三聚氰胺制备阻燃聚醚的方法，包括第一步：三聚氰胺固体与甲醛混合搅拌并加热到80～100℃，反应5～30分钟；加入醇胺并搅拌，反应30～ 180分钟，生成三聚氰胺溶液；三聚氰胺：甲醛：醇胺的摩尔比为1:3:2；第二步：将聚醚多元醇与第一步得到的三聚氰胺溶液混合后搅拌1～15分钟；加入异氰酸酯，搅拌10～60分钟；降温至5～35℃后，在-0.2MPa～-0.1MPa、温度为90～120℃的条件下抽真空，脱除残余单体，即可得到阻燃聚醚，但根据此方法制备的阻燃聚醚产品粘度较高。

聚醚多元醇粘度对发泡生产工艺的影响是很明显的。低粘度的阻燃聚醚便于在其制造过程中进行操作，另外，也便于在使用的泡沫塑料加工设备中传输、处理以及最终合适的可加工性。特别是在流量的准确计量方面有着较直接的影响。模塑软硬泡沫浇注过程中物料流动性的要求也直接与粘度相关。因此，降低物料的粘度，可以大大提升物料的适用性。

现有技术均存在聚醚多元醇粘度较高的问题，本发明有针对性的解决了该问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中存在的阻燃聚合物粘度较高的问题，提供一种新的低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物及其制备方法，该组合物在生产中，具有粘度较低的优点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物的制备方法。

为解决上述问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物，以重量百分含量计，包括6％～21％的聚脲多元醇,3％～10％的由乙醇胺反应生成的聚氨酯多元醇,0.5％～2％的由聚醚多元醇1反应生成的聚氨酯多元醇,0.5％～2％的聚脲-聚氨酯分散体和65％～90％的聚醚多元醇；其中所述聚脲多元醇由甲醛与三聚氰胺羟甲基化后形成的三元仲胺与甲苯二异氰酸酯反应得到；乙醇胺反应生成的聚氨酯多元醇是由乙醇胺与甲苯二异氰酸酯反应得到；聚醚多元醇1反应生成的聚氨酯多元醇是由聚醚多元醇1与甲苯二异氰酸酯反应得到；聚脲-聚氨酯分散体是由聚脲多元醇、分散剂、TDI(甲苯二异氢酸酯)和聚醚多元醇1反应生成的聚氨酯多元醇反应得到；所述分散剂选自官能度介于2～4且分子量小于2000的聚醚多元醇2。

上述技术方案中，优选地，聚醚多元醇1选自羟值为20～60、官能度为2～6、分子量为2000～12000的聚醚多元醇。更优选地，聚醚多元醇1选自羟值为20～60、官能度为2～4、分子量为2000～8000的聚醚多元醇。

为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物的制备方法，包括如下步骤：

a)三聚氰胺固体与甲醛在60～80℃下反应，然后加入乙醇胺继续反应，调节反应物体系pH为7～10，生成三聚氰胺液体；其中，三聚氰胺：甲醛：乙醇胺的摩尔比为1:2.5～ 4.0:1.5～2.5；

b)将所需量的聚醚多元醇1与步骤a)中得到的三聚氰胺液体混合，然后加入分散剂和甲苯二异氰酸酯反应，降温至5～35℃后，在-0.2MPa～-0.09MPa、温度为70～150℃的条件下抽真空，脱除残余单体，即可得到所述低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物；

其中，所述分散剂选自官能度介于2～4且分子量小于2000的聚醚多元醇2，用量为反应物总重量的3％～6％重量。

上述技术方案中，优选地，步骤a)中，加入选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸镁或氢氧化钙中的至少一种，用量为三聚氰胺的0.3～0.5％重量；所述甲苯二异氰酸酯选自2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯中的至少一种；所述步骤a)中三聚氰胺固体与甲醛混合搅拌并加热到60～80℃，反应时间为5～30分钟；加入乙醇胺并搅拌，反应时间为30～180分钟；调节反应物体系pH为8～9；步骤b)中将聚醚多元醇1与步骤a)得到的三聚氰胺液体混合，加入分散剂后搅拌1～15分钟；加入甲苯二异氰酸酯后搅拌10～60分钟。更优选地，所述步骤a)中三聚氰胺固体与甲醛混合搅拌并加热到60～80℃，反应时间为10～15分钟；加入乙醇胺并搅拌，反应时间为60～120分钟；步骤b)中将聚醚多元醇1与步骤a)得到的三聚氰胺液体混合，加入分散剂后搅拌5～10分钟；所述甲苯二异氰酸酯选自2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物。

上述技术方案中，优选地，所述三聚氰胺和甲苯二异氰酸酯的总用量与聚醚多元醇1的重量比为0.1～0.35:1，且甲苯二异氰酸酯与三聚氰胺的摩尔比为0.8～1.2:1。

上述技术方案中，优选地，所述分散剂选自CHE-204(官能度为2，分子量为400)、CHE-210(官能度为2，分子量为1000)、CHE-303(官能度为3，分子量为350)、CHE-307(官能度为3，分子量为700)聚醚多元醇中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述步骤b)中抽真空的压力为-0.15MPa～-0.1MPa；温度为90～120℃；抽真空的时间为2～3小时。

通过加入选自官能度介于2～4且分子量小于2000的聚醚多元醇2的分散剂，使得制备的新型阻燃聚醚粘度降低，得到的低粘度的阻燃聚醚便于在其制造过程中进行操作，便于在使用的泡沫塑料加工设备中传输、处理以及最终合适的可加工性，便于流量准确计量，便于模塑软硬泡沫浇注过程中的成型，具有较好的稳定性。采用本发明的方法，制备的阻燃聚醚多元醇的产品粘度达到1500mPa.s/25℃，取得了较好的技术效果。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

第一步：在四口烧瓶中加入121.6g甲醛、63g三聚氰胺(MELA)和0.2g碳酸钠混合搅拌并加热到80℃，混合物由浑浊变澄清，反应30分钟后，加入61g乙醇胺，搅拌反应180分钟，调节系统pH为10，生成三聚氰胺(MELA)液体(重量含量为81％)。

第二步：在四口烧瓶中加入150g聚醚多元醇330N(羟值为35、官能度为3、分子量为3000)、10g CHE-204(占总重量4.8％)和39.9g三聚氰胺(MELA)液体(第一步已经合成的，重量含量为81％)，接上温度计和搅拌桨，在常温下连续搅拌15分钟，再将17.7g的2,6-甲苯二异氰酸酯在45秒内倒入四口烧瓶中继续搅拌60分钟，温度迅速上升；待温度回落至35℃后，接上冷凝管，在-0.2MPa、温度为120℃的条件下抽真空3小时，脱除残余单体，即可得到固含量为25％的新型阻燃聚醚产品。该产品粘度为2200mPa.s/25℃。

【实施例2】

第一步：在四口烧瓶中加入121.6g甲醛、63g三聚氰胺(MELA)和0.2g碳酸钠混合搅拌并加热到60℃，混合物由浑浊变澄清，反应5分钟后，加入61g乙醇胺，搅拌反应30分钟，调节系统pH为7，生成三聚氰胺(MELA)液体(重量含量为81％)。

第二步：在四口烧瓶中加入130g聚醚多元醇330N、10g CHE-204(占总重量4.7％)和55.8g三聚氰胺(MELA)液体(第一步已经合成的，重量含量为81％)，接上温度计和搅拌桨，在常温下连续搅拌1分钟，再将24.8g的二苯基甲烷二异氰酸酯在60秒内倒入四口烧瓶中继续搅拌10分钟，温度迅速上升；待温度回落至5℃后，接上冷凝管，在-0.1MPa、温度为90℃的条件下抽真空2小时，脱除残余单体，即可得到固含量35％的新型阻燃聚醚产品。该产品粘度为2500mPa.s/25℃。

【实施例3】

第一步：在四口烧瓶中加入121.6g甲醛、63g三聚氰胺(MELA)和0.2g碳酸钠混合搅拌并加热到70℃，混合物由浑浊变澄清，反应15分钟后，加入61g乙醇胺，搅拌反应120分钟，调节系统pH为8，生成三聚氰胺(MELA)液体(重量含量为81％)。

第二步：在四口烧瓶中加入180g聚醚多元醇330N、10g CHE-204(占总重量4.9％)和15.1g三聚氰胺(MELA)液体(第一步已经合成的，重量含量为81％)，接上温度计和搅拌桨，在常温下连续搅拌10分钟，再将7.8g的2,4-甲苯二异氰酸酯与2,6-甲苯二异氰酸酯按20:80比例混合的混合物在2分钟内倒入四口烧瓶中继续搅拌50分钟，温度迅速上升；待温度回落至25℃后，接上冷凝管，在-0.15MPa、温度为110℃的条件下抽真空2.5小时，脱除残余单体，即可得到固含量10％的新型阻燃聚醚产品。该产品粘度为1500mPa.s/25℃。

【实施例4】

第一步：在四口烧瓶中加入121.6g甲醛、63g三聚氰胺(MELA)和0.2g碳酸钠混合搅拌并加热到70℃，混合物由浑浊变澄清，反应10分钟后，加入61g乙醇胺，搅拌反应120分钟，调节系统pH为9，生成三聚氰胺(MELA)液体(重量含量为81％)。

第二步：在四口烧瓶中加入180g聚醚多元醇330N、10g CHE-204(占总重量4.9％)和15.1g三聚氰胺(MELA)液体(第一步已经合成的，重量含量为81％)，接上温度计和搅拌桨，在常温下连续搅拌5分钟，再将7.8g的2,4-甲苯二异氰酸酯与2,6-甲苯二异氰酸酯按20:80比例混合的混合物在2分钟内倒入四口烧瓶中继续搅拌30分钟，温度迅速上升；待温度回落至30℃后，接上冷凝管，在-0.17MPa、温度为100℃的条件下抽真空2.5小时，脱除残余单体，即可得到固含量10％的新型阻燃聚醚产品。该产品粘度为1500mPa.s/25℃。

【实施例5】

第一步：在四口烧瓶中加入121.6g甲醛、63g三聚氰胺(MELA)和0.2g碳酸钠混合搅拌并加热到80℃，混合物由浑浊变澄清，反应10分钟后，加入61g乙醇胺，搅拌反应120分钟，生成三聚氰胺(MELA)液体(重量含量为81％)。

第二步：在四口烧瓶中加入160g聚醚多元醇330N、11g CHE-204(占总重量5.3％)和30.2g三聚氰胺(MELA)液体(第一步已经合成的，重量含量为81％)，接上温度计和搅拌桨，在常温下连续搅拌10分钟，再将15.5g对苯二异氰酸酯在3分钟内倒入四口烧瓶中继续搅拌60分钟，温度迅速上升；待温度回落至20℃后，接上冷凝管，在-0.1MPa、温度为90℃的条件下抽真空3小时，脱除残余单体，即可得到固含量20％的新型阻燃聚醚产品。该产品粘度为2200mPa.s/25℃。

【实施例6】

第二步：在四口烧瓶中加入140g聚醚多元醇330N、12g CHE-204(占总重量5.3％)和45.3g三聚氰胺(MELA)液体(第一步已经合成的，重量含量为81％)，接上温度计和搅拌桨，在常温下连续搅拌12分钟，再将23.3g对苯二异氰酸酯在2分半钟内倒入四口烧瓶中继续搅拌10分钟，温度迅速上升；待温度回落至10℃后，接上冷凝管，在-0.1MPa、温度为105℃的条件下抽真空3小时，脱除残余单体，即可得到固含量30％的新型阻燃聚醚产品。该产品粘度为2500mPa.s/25℃。

【实施例7】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是将CHE-204改为CHE-210。该产品粘度为3000mPa.s/25℃。

【实施例8】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是将CHE-204改为CHE-303。该产品粘度为3500mPa.s/25℃。

【实施例9】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是将CHE-204改为CHE-307。该产品粘度为3000mPa.s/25℃。

【实施例10】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是将CHE-204改为CHE-303和CHE-204，CHE303与CHE-204的重量比为1:1。该产品粘度为2800mPa.s/25℃。

【实施例11】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是将聚醚多元醇330N改为聚醚多元醇CHE-5601(羟值为56、官能度为3、分子量为3000)。该产品粘度为4000mPa.s/25℃。

【实施例12】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是将聚醚多元醇330N改为聚醚多元醇828(羟值为28、官能度为3、分子量为6000)。该产品粘度为3500mPa.s/25℃。

【实施例13】

第一步：在四口烧瓶中加入150g甲醛、65g三聚氰胺(MELA)和0.3g碳酸氢钠混合搅拌并加热到80℃，混合物由浑浊变澄清，反应10分钟后，加入58g乙醇胺，搅拌反应120分钟，生成三聚氰胺(MELA)液体(重量含量为78％)。

第二步：在四口烧瓶中加入140g聚醚多元醇330N、12g CHE-204(占总重量5.3％)和45.3g三聚氰胺(MELA)液体(第一步已经合成的，重量含量为78％)，接上温度计和搅拌桨，在常温下连续搅拌12分钟，再将23.3g对苯二异氰酸酯在2分半钟内倒入四口烧瓶中继续搅拌10分钟，温度迅速上升；待温度回落至10℃后，接上冷凝管，在-0.1MPa、温度为105℃的条件下抽真空3小时，脱除残余单体，即可得到固含量30％的新型阻燃聚醚产品。该产品粘度为2800mPa.s/25℃。

【比较例1】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是不加入CHE-204，而是加入丙二醇，制得的产品粘度为5500mPa.s/25℃。

【比较例2】

按照实施例14所述的条件和步骤，只是不加入CHE-204，而是加入丙二醇，制得的产品粘度为5500mPa.s/25℃。

【比较例3】

按照实施例6所述的条件和步骤，只是不加入CHE-204，而是加入丙二醇，制得的产品粘度为5500mPa.s/25℃。

显然，采用本发明的方法，可以达到降低阻燃聚合物粘度的目的，具有较大的技术优势，可用于低阻燃聚合物的工业生产中。

Claims

1.一种低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物的制备方法，包括如下步骤：

a)三聚氰胺固体与甲醛在60～80℃下反应，然后加入乙醇胺继续反应，调节反应物体系pH为7～10，生成三聚氰胺液体；其中，三聚氰胺：甲醛：乙醇胺的摩尔比为1:2.5～4.0:1.5～2.5；

b)将所需量的聚醚多元醇1与步骤a)中得到的所需量的三聚氰胺液体混合，然后加入所需量的分散剂和所需量的异氰酸酯反应，降温至5～35℃后，在-0.2MPa～-0.09MPa、温度为70～150℃的条件下抽真空，脱除残余单体，即可得到所述低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物；

其中，所述分散剂选自官能度介于2～4且分子量小于2000的聚醚多元醇2，用量为反应物总重量的3％～6％重量；

聚醚多元醇1选自羟值为20～60、官能度为2～6、分子量为2000～12000的聚醚多元醇；

所述三聚氰胺和异氰酸酯的总用量与聚醚多元醇1的重量比为0.1～0.35:1，且异氰酸酯与三聚氰胺的摩尔比为0.8～1.2:1。

2.根据权利要求1所述低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物的制备方法，其特征在于步骤a)中，加入选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸镁或氢氧化钙中的至少一种，用量为三聚氰胺的0.3～0.5％重量；所述异氰酸酯选自间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、多次甲基多苯基多异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、二苯基甲烷4,4’-或2,4-或2,2’-二异氰酸酯或六次甲基二异氰酸酯中的至少一种；所述步骤a)中三聚氰胺固体与甲醛混合搅拌并加热到60～80℃，反应时间为5～30分钟；加入乙醇胺并搅拌，反应时间为30～180分钟；调节反应物体系pH为8～9；步骤b)中将聚醚多元醇1与步骤a)得到的三聚氰胺液体混合，加入分散剂后搅拌1～15分钟；加入异氰酸酯后搅拌10～60分钟。

3.根据权利要求2所述低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物的制备方法，其特征在于所述步骤a)中三聚氰胺固体与甲醛混合搅拌并加热到60～80℃，反应时间为10～15分钟；加入乙醇胺并搅拌，反应时间为60～120分钟；步骤b)中将聚醚多元醇1与步骤a)得到的三聚氰胺液体混合，加入分散剂后搅拌5～10分钟；所述异氰酸酯选自2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物。

4.根据权利要求1所述低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物的制备方法，其特征在于所述分散剂选自官能度为2，分子量为400的聚醚多元醇CHE-204；官能度为2，分子量为1000的聚醚多元醇CHE-210；官能度为3，分子量为350的聚醚多元醇CHE-303；官能度为3，分子量为700的聚醚多元醇CHE-307中的至少一种。

5.根据权利要求1所述低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物的制备方法，其特征在于所述步骤b)中抽真空的压力为-0.15MPa～-0.1MPa；温度为90～120℃；抽真空的时间为2～3小时。

6.根据权利要求1所述低粘度高回弹阻燃聚合物多元醇组合物的制备方法，其特征在于聚醚多元醇1选自羟值为20～60、官能度为2～4、分子量为2000～8000的聚醚多元醇。