CN105713165A - 一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，其以重量百分比计，包括100份聚醚多元醇、60-90份二苯甲烷二异氰酸酯、5-20份乙烯基硅油、1-2份α硅烷偶联剂、1.5-2.5份三乙醇胺催化剂和20-30份水。本发明打破传统隔热门窗型材运用穿条的方式来阻隔热量的概念，采用高性能的聚氨酯泡沫材料将门窗两侧的热量阻隔，可轻松实现整窗U值1.0以下，从而达到节能80%。本发明聚氨酯泡沫隔热材料的门窗型材，具有便于维护、密封效果好、隔音效果好和强度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种型材，具体涉及一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料及其生产工艺。
背景技术
随着工业化的发展和人口的急剧增加，环保和节能已经成为全社会共同关注的问题。聚氨酯由于其具有非常低的导热系数，很好地适应了现代保温材料保温节能的发展需要。目前市场上的节能门窗由外框和内框，以及连接外框和内框的隔热条组成，但因型材空腔空气对流的存在，型材隔热效果仍然不够理想，同时门窗总体质量依然较大。专利申请CN103967390A公开了一种金属门窗或玻璃幕墙或中空玻璃用隔热条，如图1所示（图中1为隔热条，2为空腔），该隔热条由聚氨酯树脂、聚合物纤维和/或聚合物纤维织物制作而成，但空腔的存在，其隔热性能有限，同时金属用量仍然较多。
专利申请CN103628772A公开了一种泡沫填充型材，如图2所示（图中1为型材本体，2为发泡材料），其包括带有腔体的型材本体和填充于型材本体腔体内的聚氨酯发泡材料，提高了型材的保温性能。但该型材保温性能非常有限，仍然属于传统的金属门窗型材。
聚氨酯泡沫塑料的很多优异的物理化学性能，如保温隔热性能、力学性能等，都和其泡孔结构有较大联系。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中存在的门窗型材隔热性能有限、金属用量较多的问题而提供一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料。
本发明的另一个目的在于提供一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料的生产工艺。
实现本发明目的的技术方案为：一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，以重量百分比计，包括100份聚醚多元醇、60-90份二苯甲烷二异氰酸酯、5-20份乙烯基硅油、1-2份α硅烷偶联剂、1.5-2.5份三乙醇胺催化剂和20-30份水。
本发明所述的聚醚多元醇优选为具有2～4个官能团，以及2000～4000的数均分子量。本发明所述的聚醚多元醇，可为乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、新戊二醇、甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷、山梨糖醇或蔗糖中添加环氧烷如环氧乙烷或环氧丙烷而获得的聚醚多元醇。聚醚基多元醇可以以两种以上的混合物形式使用。优选地，所述的聚醚多元醇的羟值为300-600mgKOH/g。
优选地，所述的α硅烷偶联剂包括：二乙氨基甲基三乙氧基硅烷、二乙氨基甲基甲基二乙氧基硅烷、正丁氨基甲基三乙氧基硅烷、正丁氨基甲基甲基二乙氧基硅烷、二正丁氨基甲基三乙氧基硅烷、己二氨基甲基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种。
优选地，所述的乙烯基硅油的结构式为：
，
其中，R1、R2代表甲基或乙基，m和n是10-10000的整数。本发明选用该乙烯基硅油能调节体系的粘度，其活性更好，能更好地进行交联固化。
本发明的组成成分中，以质量百分比计，还包括5-15份硬脂酸钠。
优选地，以质量百分比计，还包括5-15份液晶EP。
进一步优选地，以质量百分比计，还包括阻燃剂。
本发明一种生产用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料的工艺，其工艺步骤如下：
1）将100份聚醚多元醇、5-20份乙烯基硅油、1-2份α硅烷偶联剂、1.5-2.5份三乙醇胺催化剂和20-30份水混合均匀，作为A组分；将60-90份二苯甲烷二异氰酸酯作为B组分；
2）调节A组分、B组分及模具的温度15-35℃，混合后搅拌10-30秒，立即倒入模具进行自由发泡；
3）进行熟化步骤，熟化温度为40-60℃，熟化时间5-30分钟。
优选地，对模具加热采用硅片进行加热，模具受热更均匀，可梯度分段加热。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）采用本发明高性能聚氨酯材料直接发泡构成型材主体，可轻松实现整窗U值（热导系数）1.0W/m·K以下，从而达到节能80%。
2）本发明的聚氨酯泡孔缩小，泡孔封闭率提高，泡孔均匀分布，通过在型材内部填充聚氨酯泡沫材料，降低因型材空腔空气对流造成的温度损失。
3）本发明填充的的聚氨酯泡沫材料，具有连接强度高、重量轻的优点，而铝合金盖板仅作为表面装饰作用。
4）本发明聚氨酯泡沫隔热材料的门窗型材，具有便于维护、密封效果好、隔音效果好和强度高等优点。
5）本发明选用的液晶EP由于其材料本身的多相性和液晶结构的各向异性，提高了聚合物的机械性能，同时赋予体系较高的热性能。
6）本发明选用的聚醚多元醇，降低体系粘度，具有可操作性和易于加工的优点。
附图说明
图1是现有技术的门窗型材的一种示意图。
图2是现有技术的门窗型材的另一种示意图。
图3是采用本发明泡沫隔热材料而制作的门窗型材示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地描述。
本发明一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，以重量百分比计，包括100份聚醚多元醇、60-90份二苯甲烷二异氰酸酯、5-20份乙烯基硅油、1-2份α硅烷偶联剂、1.5-2.5份三乙醇胺催化剂和20-30份水。但本发明不限于上述组分，可以根据需要添加无机填料、稀释剂、热稳定剂、光稳定剂、防霉剂等等。
本发明一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料的生产工艺，其工艺步骤如下：
1）将100份聚醚多元醇、5-20份乙烯基硅油、1-2份α硅烷偶联剂、1.5-2.5份三乙醇胺催化剂和20-30份水混合均匀，作为A组分；将60-90份二苯甲烷二异氰酸酯作为B组分；
2）调节A组分、B组分及模具的温度25-35℃，混合后搅拌0.5-2分钟，立即注入模具进行自由发泡；
3）进行熟化步骤，熟化温度为40-60℃，熟化时间5-30分钟。
作为本发明的一种应用，如图3所示，具体为一种发泡式塑铝复合门窗型材，其由三部分构成，包括盖板1、连接体2和聚氨酯泡沫隔热材料3，所述的聚氨酯泡沫隔热材料3通过注射发泡直接与连接体2形成主体，所述的盖板1与主体贴合固定。该贴合固定可选用机械贴合，也可以选择化学贴合。机械贴合可选用沟槽连接，也可选用紧固件连接。另外，化学贴合可通过胶粘进行贴合。
所述的盖板1为铝合金盖板，铝合金盖板仅仅起到表面装饰作用，大大减少了铝材的使用量，减轻了型材的重量，同时铝合金盖板可以喷涂不同颜色，以满足实际装修需求。所述的连接体2选用铝合金或尼龙材质的连接体。
实施例1
将100份聚醚多元醇GP-3000，其官能团数目为3，数均分子量为3000，5份乙烯基硅油（乙烯基含量2%）、1份二乙氨基甲基三乙氧基硅烷、1.5份三乙醇胺催化剂和25份水混合均匀，作为A组分；将60份二苯甲烷二异氰酸酯作为B组分；
2）调节A组分、B组分及模具的温度25℃，混合后搅拌0.5分钟，立即倒入模具进行自由发泡；
3）进行熟化步骤，熟化温度为40℃，熟化时间30分钟。
测得其密度4.9g/cm3，表面硬度70ShoreD，表面抗弯强度30.47MPa，抗压强度21.56MPa，延伸率6.24%。
实施例2
将100份聚醚多元醇FA-103，其官能团数目为3，数均分子量为3300，20份乙烯基硅油（乙烯基含量0.2%）、1.5份正丁氨基甲基三乙氧基硅烷、2份三乙醇胺催化剂和20份水混合均匀，作为A组分；将80份二苯甲烷二异氰酸酯作为B组分；
2）调节A组分、B组分及模具的温度30℃，混合后搅拌2分钟，立即倒入模具进行自由发泡；
3）进行熟化步骤，熟化温度为50℃，熟化时间15分钟。
测得其密度5.0g/cm3，表面硬度68ShoreD，表面抗弯强度30.26MPa，抗压强度20.76MPa，延伸率6.36%。
实施例3
将100份聚醚多元醇GL-3000，其官能团数目为3，数均分子量为3000，10份乙烯基硅油（乙烯基含量1.0%）、2份己二氨基甲基甲基二乙氧基硅烷、2.5份三乙醇胺催化剂和30份水混合均匀，作为A组分；将90份二苯甲烷二异氰酸酯作为B组分；
2）调节A组分、B组分及模具的温度35℃，混合后搅拌1分钟，立即倒入模具进行自由发泡；
3）进行熟化步骤，熟化温度为60℃，熟化时间5分钟。
测得其密度4.7g/cm3，表面硬度67ShoreD，表面抗弯强度29.76MPa，抗压强度20.16MPa，延伸率6.01%。
实施例4
对实施例1中的A组分，加入10份硬脂酸钠，其他同实施例1。加入的硬脂酸钠可改善泡沫容积和泡沫组织、具有较好的保型性和持气性，同时也有助于聚氨酯泡沫的脱模。
测得其密度5.0g/cm3，表面硬度70ShoreD，表面抗弯强度31.26MPa，抗压强度22.16MPa，延伸率6.12%。
实施例5
对实施例1中的A组分，加入10份液晶EP，其他同实施例1。加入的液晶EP可提高泡沫材料的机械强度。
测得其密度5.2g/cm3，表面硬度70ShoreD，表面抗弯强度32.36MPa，抗压强度22.96MPa，延伸率6.10%。
实施例6
对实施例1中的A组分，加入8份阻燃剂，其他同实施例1，测得防火等级为B2。
Claims (10)
1.一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，其特征在于：以重量百分比计，包括100份聚醚多元醇、60-90份二苯甲烷二异氰酸酯、5-20份乙烯基硅油、1-2份α硅烷偶联剂、1.5-2.5份三乙醇胺催化剂和20-30份水。
2.根据权利要求1所述的一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，其特征在于：所述的聚醚多元醇优选为具有2～4个官能团，以及2000～4000的数均分子量。
3.根据权利要求1所述的一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，其特征在于：所述的α硅烷偶联剂包括：二乙氨基甲基三乙氧基硅烷、二乙氨基甲基甲基二乙氧基硅烷、正丁氨基甲基三乙氧基硅烷、正丁氨基甲基甲基二乙氧基硅烷、二正丁氨基甲基三乙氧基硅烷、己二氨基甲基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，其特征在于：所述的乙烯基硅油的结构式为：
，
其中，R1、R2代表甲基或乙基，m和n是10-10000的整数。
5.根据权利要求1所述的一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，其特征在于：以质量百分比计，还包括5-15份硬脂酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，其特征在于：以质量百分比计，还包括5-15份液晶EP。
7.根据权利要求1所述的一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，其特征在于：以质量百分比计，还包括5-10份阻燃剂。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料，其特征在于：该门窗型材由三部分构成，包括盖板（1）、连接体（2）和聚氨酯发泡材料（3），所述的聚氨酯发泡材料（3）通过注射发泡直接与连接体（2）形成主体，所述的盖板（1）与主体贴合固定，所述的盖板（1）为铝合金盖板，所述的连接体（2）为铝合金或尼龙连接体。
9.一种生产如权利要求1所述的用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料的工艺，其特征在于工艺步骤如下：
1）将100份聚醚多元醇、5-20份乙烯基硅油、1-2份α硅烷偶联剂、1.5-2.5份三乙醇胺催化剂和20-30份水混合均匀，作为A组分；以60-90份二苯甲烷二异氰酸酯作为B组分；
2）调节A组分、B组分及模具的温度15-25℃，混合后搅拌10-30秒，立即注入模具进行自由发泡；
3）进行熟化步骤，熟化温度为40-60℃，熟化时间5-30分钟。
10.根据权利要求9所述的一种用于门窗型材的聚氨酯泡沫隔热材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中的A组分还包括5-15份硬脂酸钠或5-15份液晶EP或5-10份阻燃剂中的一种或几种。
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