CN105153395A - 一种聚合陶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚合陶材料及其制备方法，包括以下步骤：选择黑料为异氰酸酯液态料，选择白料为聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料，或向黑料和白料中同时掺入无机粉体；将掺入无机粉体后的黑、白料进行混合加入助剂；将所得的混合物以注入模具方式或自由发泡方式进行聚合反应，最终得到所需改性的聚氨酯硬质泡沫材料。本发明将异氰酸酯和聚醚多元醇与聚酯多元醇组合料混合不同类型的无机粉体，无机粉体在与聚氨酯原材料混合后表现稳定，明显提高与抗燃烧性能直接相关的氧指数和燃烧残余量以及提高了材料的硬度；同时由于助剂的加入更大大提高了聚氨酯材料的综合性能。

Description

一种聚合陶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯材料领域，尤其涉及一种聚合陶材料的制备方法。
背景技术
聚氨酯硬质泡沫是由异氰酸酯（俗称黑料）和聚醚多元醇（俗称白料）或聚醚多元醇与聚酯多元醇组合料经过高分子聚合反应结成的具有微泡孔构造的固体。由于其泡孔构造具有一定强度，在不同密度条件下，聚氨酯硬质泡沫呈现出符合特定使用需要的强度、刚度、韧性、尺寸稳定性、耐水性、耐温性、耐老化性、电绝缘性、低导热性、吸音隔音以及充分的可加工性，被广泛应用于以下领域：
1、食品等行业冷冻冷藏设备：如冰箱、冰柜、冷库、冷藏车等，聚氨酯硬泡是冷冻冷藏设备的最理想的绝热材料。
2、工业设备保温：如储罐、管道等。
3、建筑材料：在欧美发达国家，建筑用聚氨酯硬泡占硬泡总消耗量的一半左右，是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上。
4、交通运输业：如汽车顶篷、内饰件等。
5、仿木材：高密度聚氨酯硬泡或玻璃纤维增强硬泡是结构泡沫塑料，又称仿木材，具有强度高、韧性好、结皮致密坚韧、成型工艺简单、生产效率高等特点，强度可比天然木材高，密度可比天然木材低，可替代木材用作各类高档制品。
6、灌封材料。
但是，普通聚氨酯硬质泡沫作为纯高分子材料有以下几点弱势：1、原材料价格较高；2、中等密度材料表面硬度不足；3、容易燃烧。
发明内容
本发明设计了一种聚合陶材料及其制备方法，其解决的技术问题是普通聚氨酯硬质泡沫作为纯高分子材料存在硬度不足、容易燃烧、力学性等综合性能差以及成本较高缺陷。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种聚合陶材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、
选择黑料为异氰酸酯液态料，选择白料为聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料，向黑料和白料中分别掺入无机粉体；
步骤二、
将分别掺入无机粉体后的黑、白料进行混合，使得无机粉体、异氰酸酯液态料和聚醚多元醇与聚酯多元醇组合料液态料混合充分均匀，然后向混合均匀的体系中加入助剂；
步骤三、
将步骤二所得的混合物以注入模具方式或自由发泡方式进行聚合反应，最终得到所需改性的聚氨酯硬质泡沫材料。
进一步，所述异氰酸酯液态料为二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯(TDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)按照质量比3:1:1组成的混合物；
所述聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料中所述的聚醚多元醇与聚酯多元醇的质量比为2:7；
所述无机粉体为400目以上的滑石粉、100目以上的膨胀石墨、200目以上的高岭土、400目以上的氧化钙、200目以上的二氧化硅、400目以上的三氧化二铝、400目以上的粉煤灰以及400目以上的微硅粉组成的混合物中一种或多种混合物。
进一步，异氰酸酯液态料和聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料组成的混合液态料与无机粉体的质量比为：1:3—3:1。
进一步，所述的聚醚多元醇为活性聚醚多元醇和阻燃聚醚多元醇按照质量比为5:1组成的混合物，所述的聚酯多元醇为苯酐聚酯多元醇。
进一步，当选用两种不同的无机粉体时，两种不同无机粉体之间的质量比为1:1—1:100。
进一步，所述的助剂，按照质量分数计为，补强剂10-13份，阻燃剂4-9份，防老剂1-4份；
其中，所述补强剂中包括分散剂和钛酸酯偶联剂；所述阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐；所述防老剂为N-苯基-β-萘胺和4.4-双（2.2-二甲基苄基）二苯胺按照质量比为1:3组成的混合物。
进一步，所述补强剂中的分散剂为高分散白炭黑，所述的钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-101，所述的分散剂与钛酸酯偶联剂的质量比为9:1。
本发明还包含的保护一种按照上述任何一项制作方法制得的聚合陶材料。
该聚合陶材料的制备方法具有以下有益效果：
（1）本发明聚合陶材料的制备方法将异氰酸酯和聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料混合不同类型的无机粉体单体或混合物，这些无机粉体在与聚氨酯原材料混合后表现安定，反应完成后不会摧毁聚氨酯聚氨酯硬质泡沫泡孔结构，实现了在保持和提高聚氨酯各项物理实验技术参数，特别是明显提高与抗燃烧性能直接相关的氧指数和燃烧残余量以及明显提高了材料的硬度。
（2）本发明聚合陶材料的制备方法由于使用了大量的无机粉体，这些无机粉体相对于异氰酸酯和聚醚多元醇明显了降低制品生产成本，使改性后的聚氨酯硬质泡沫材料应用领域得以拓宽。
（3）本发明聚合陶材料的制备方法由于所选无机材料本身为不可燃物，在遇到火源时将对原有聚氨酯的燃烧过程产生干扰，能够现有聚氨酯音质泡沫氧指数从30提高到50以上。
（4）本发明聚合陶材料的制备方法由于所选无机材料填充在聚氨酯泡孔之中能够对泡孔产生支撑效应，当密度达到350公斤/立方米以上时，改性聚氨酯制品硬度比之纯聚氨酯提高10%以上。
（5）本发明聚合陶材料的制备方法由于添加了特定配比的助剂使得最终的道聚氨酯材料具有更加优异的阻燃性、抗拉伸性，化学稳定性、耐磨性以及抗氧化性。
（6）本发明聚合陶材料的制备方法由于特别添加了补强剂成分，使得最终产品具有更好的耐受表面温度变化以及光线变化的性能。
（7）本发明聚合陶材料的制备方法由于特别添加了防老剂成分，使得最终产品在最为外墙保护材料使用时具有更好的放风性能和抗形变性能。
（8）本发明有聚合陶材料的制备方法中对于多元醇原料的选择以及配比的精确设定，使得本发明的聚氨酯材料分子内部含有苯环刚性基团，可以直接从内部起到增强作用，同时又大大增加产品的强度以及耐热性能。
具体实施方式
定义：本发明中涉及的“聚合陶材料”是指在硬泡聚氨酯基础上，通过添加超过一定比例的特选无机材料，形成的有机无机复合材料。聚合陶通过充分发挥有机、无机两种类型材料的特性，获得足够的强度、韧性、耐水性、尺寸稳定性、可加工性、抗燃烧性等材料性能，同时，以较少的有机材料使用比例，获得较低的使用成本。
本发明公开了一种聚合陶材料及其制备方法，下面通过具体实施了做进一步的说明：
实施例1：
选取400目以上的滑石粉60g，200目以上的高岭土40g，混合均匀作为无机粉体。
然后将其中的45g掺入到100g异氰酸酯液态料为二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯(TDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)按照质量比3:1:1组成混合物的异氰酸酯液态料中，再将另外55g无机粉体掺入到300g聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料中，其中，所述聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料中所述的聚醚多元醇与聚酯多元醇的质量比为2:7，所述的聚醚多元醇为活性聚醚多元醇和阻燃聚醚多元醇按照质量比为5:1组成的混合物，所述的聚酯多元醇为苯酐聚酯多元醇。
将与无机粉体混合均匀的液态黑料和白料进一步混合均匀，然后向体系中加入助剂，搅拌，助剂按照质量分数计为，补强剂10份，阻燃剂4份，防老剂1份；其中，补强剂为高分散白炭黑分散剂和钛酸酯偶联剂TMC-101按照质量比为9:1组成的混合物；阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐；防老剂为N-苯基-β-萘胺和4.4-双（2.2-二甲基苄基）二苯胺按照质量比为1:3组成的混合物。
最后，再以注入模具方式或自由发泡方式进行聚合反应，最终得到所需改性的聚氨酯硬质泡沫材料。该改性的聚氨酯硬质泡沫材料的密度为：355公斤/立方米。
实施例2：
选取400目以上的氧化钙30g，100目以上的膨胀石墨70g，混合均匀作为无机粉体。
然后将其中的50g掺入到150g异氰酸酯液态料为二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯(TDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)按照质量比3:1:1组成混合物的异氰酸酯液态料中，再将另外50g无机粉体掺入到100g聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料中，其中，所述聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料中所述的聚醚多元醇与聚酯多元醇的质量比为2:7，所述的聚醚多元醇为活性聚醚多元醇和阻燃聚醚多元醇按照质量比为5:1组成的混合物，所述的聚酯多元醇为苯酐聚酯多元醇。
将与无机粉体混合均匀的液态黑料和白料进一步混合均匀，然后向体系中加入助剂，搅拌，助剂按照质量分数计为，补强剂12份，阻燃剂5份，防老剂2份；其中，补强剂为高分散白炭黑分散剂和钛酸酯偶联剂TMC-101按照质量比为9:1组成的混合物；阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐；防老剂为N-苯基-β-萘胺和4.4-双（2.2-二甲基苄基）二苯胺按照质量比为1:3组成的混合物。
最后，再以注入模具方式或自由发泡方式进行聚合反应，最终得到所需改性的聚氨酯硬质泡沫材料。该改性的聚氨酯硬质泡沫材料的密度为：365公斤/立方米。
实施例3：
选取100目以上的膨胀石墨20g，200目以上的高岭土80g，混合均匀作为无机粉体。
然后将其中的60g掺入到300g异氰酸酯液态料为二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯(TDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)按照质量比3:1:1组成混合物的异氰酸酯液态料中，再将另外40g无机粉体掺入到100g聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料中，其中，所述聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料中所述的聚醚多元醇与聚酯多元醇的质量比为2:7，所述的聚醚多元醇为活性聚醚多元醇和阻燃聚醚多元醇按照质量比为5:1组成的混合物，所述的聚酯多元醇为苯酐聚酯多元醇。
将与无机粉体混合均匀的液态黑料和白料进一步混合均匀，然后向体系中加入助剂，搅拌，助剂按照质量分数计为，补强剂13份，阻燃剂9份，防老剂4份；其中，补强剂为高分散白炭黑分散剂和钛酸酯偶联剂TMC-101按照质量比为9:1组成的混合物；阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐；防老剂为N-苯基-β-萘胺和4.4-双（2.2-二甲基苄基）二苯胺按照质量比为1:3组成的混合物。
最后，再以注入模具方式或自由发泡方式进行聚合反应，最终得到所需改性的聚氨酯硬质泡沫材料。该改性的聚氨酯硬质泡沫材料的密度为：358公斤/立方米。
本发明聚合陶材料的制备方法中对于多元醇原料的选择以及配比的精确设定，使得本发明的聚氨酯材料分子内部含有苯环刚性基团，可以直接从内部起到增强作用，同时又大大增加产品的强度以及耐热性能。本发明有聚合陶材料的制备方法中对于多元醇原料的选择以及配比的精确设定，使得本发明的聚氨酯材料分子内部含有苯环刚性基团，可以直接从内部起到增强作用，同时又大大增加产品的强度以及耐热性能。
实施例4：选取无机粉体为400目以上的滑石粉10g、100目以上的膨胀石墨10g、200目以上的高岭土10g、400目以上的氧化钙10g、200目以上的二氧化硅10g、400目以上的三氧化二铝10g、400目以上的粉煤灰20g以及400目以上的微硅粉20g，混合均匀作为无机粉体。
其他选取的组分和工艺步骤参照实施例3，该聚合陶的密度为：362公斤/立方米。
上面对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种聚合陶材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、
选择黑料为异氰酸酯液态料，选择白料为聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料，向黑料和白料中分别掺入无机粉体；
步骤二、
将分别掺入无机粉体后的黑、白料进行混合，使得无机粉体、异氰酸酯液态料和聚醚多元醇与聚酯多元醇组合料液态料混合充分均匀，然后向混合均匀的体系中加入助剂；
步骤三、
将步骤二所得的混合物以注入模具方式或自由发泡方式进行聚合反应，最终得到所需改性的聚氨酯硬质泡沫材料。
2.根据权利要求1所述聚合陶材料的制备方法，其特征在于：
所述异氰酸酯液态料为二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯(TDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)按照质量比3:1:1组成的混合物；
所述聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料中所述的聚醚多元醇与聚酯多元醇的质量比为2:7；
所述无机粉体为400目以上的滑石粉、100目以上的膨胀石墨、200目以上的高岭土、400目以上的氧化钙、200目以上的二氧化硅、400目以上的三氧化二铝、400目以上的粉煤灰以及400目以上的微硅粉组成的混合物中一种或多种混合物。
3.根据权利要求1或2所述聚合陶材料的制备方法，其特征在于：异氰酸酯液态料和聚醚多元醇与聚酯多元醇组合液态料组成的混合液态料与无机粉体的质量比为：1:3—3:1。
4.根据权利要求3所述聚合陶材料的制备方法，其特征在于：所述的聚醚多元醇为活性聚醚多元醇和阻燃聚醚多元醇按照质量比为5:1组成的混合物，所述的聚酯多元醇为苯酐聚酯多元醇。
5.根据权利要求2所述聚氨酯的改性材料的制作方法，其特征在于：当选用两种不同的无机粉体时，两种不同无机粉体之间的质量比为1:1—1:100。
6.根据权利要求1或2或4或5所述聚合陶材料的制备方法，其特征在于：所述的助剂，按照质量分数计为，补强剂10-13份，阻燃剂4-9份，防老剂1-4份；
其中，所述补强剂中包括分散剂和钛酸酯偶联剂；所述阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐；所述防老剂为N-苯基-β-萘胺和4.4-双（2.2-二甲基苄基）二苯胺按照质量比为1:3组成的混合物。
7.根据权利要求5-6中任何一所述聚合陶材料的制备方法，其特征在于：所述补强剂中的分散剂为高分散白炭黑，所述的钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-101，所述的分散剂与钛酸酯偶联剂的质量比为9:1。
8.一种按照权利要求1至7任何一项制作方法制得的聚合陶材料。
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