CN106750094B - 一种环保型管道用聚氨酯原料组合物及其使用方法 - Google Patents

一种环保型管道用聚氨酯原料组合物及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保型管道用聚氨酯原料组合物及其使用方法，所述聚氨酯原料组合物包括A组分和B组分：所述A组分包括聚醚多元醇、表面活性剂、催化剂、液体阻燃剂、化学发泡剂和物理发泡剂，所述B组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。本发明的环保型管道用聚氨酯原料组合物具有优异的耐低温性能，其前期反应速度慢，具有良好的流动性能，使用后制得的聚氨酯泡沫表面与基材粘接性能良好，且HFC‑245fa单位用量降低、比目前市面所用同类原料成本低15％以上，可以广泛应用于低温管道保温工程中管道材料的制备。

Description

一种环保型管道用聚氨酯原料组合物及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种环保型管道用聚氨酯原料组合物及其使用方法。
背景技术
聚氨酯泡沫是一种性能优异的保温材料，其保温效果相比EPS(模塑聚苯乙烯泡沫板)、XPS(挤塑聚苯乙烯泡沫板)等材料可达到后者的3倍以上，其还具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和耐腐蚀性，使用寿命在20年以上，可以减少保温材料的更换频率，降低成本。
发泡剂是影响聚氨酯泡沫保温性能最主要的一个环节，随着我国环保要求的提升，我国目前使用最多的发泡剂HCFC-141b(一氟二氯乙烷)正在进行大规模的替换，目前主流的替代品有水、戊烷类发泡剂、以HFC-245fa(五氟丙烷)为首的HFC(氢化氟烷烃)类发泡剂等。其中，水的保温效果较差，同等条件比HCFC-141b高15-20％，且以其为发泡剂的组合聚醚容易出现粘度过高、混合差的缺点；戊烷类发泡剂易燃易爆，生产时需更换专门的设备以降低安全风险，投资较高；而HFC-245fa具有良好的保温效果，常温下与HCFC-141b基本相当，另由于其沸点较低，在低温-160℃左右时，保温效果要比HCFC-141b好10～15％，且其不存在安全问题，对设备要求较低，可以使用目前HCFC-141b的设备直接进行生产。
由于HFC-245fa具有上述的良好低温性能，尤其在一些液氮、液化天然气、液化石油气等低温管道保温工程方面有着非常广的应用，但是还存在一些问题：首先是HFC-245fa沸点低，在反应时乳白速度较快，不易控制，导致在管径较大或者注料量较多的制品使用时会出现料液流不到位的情况；第二，HFC-245fa的成本较高，是HCFC-141b的2～3倍，对最终制品的成本影响较大；第三，HFC-245fa沸点较低，汽化速度快，导致在反应初期泡沫中自由异氰酸酯基团含量高，由HFC-245fa制成的泡沫表面容易发酥发脆，影响泡沫的粘接性能。
发明内容
本发明要解决的是现有技术中作为聚氨酯泡沫发泡剂应用的HFC-245fa因沸点较低在使用时会出现料液流不到位情况，由其制成的泡沫表面易发脆从而影响泡沫粘接性能，且HFC-245fa本身成本较高的问题，提供了一种环保型管道用聚氨酯原料组合物及其使用方法。
本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供了一种环保型管道用聚氨酯原料组合物，其包括A组分和B组分：所述A组分包括以质量份数计的40～70份聚醚多元醇A、20～40份聚醚多元醇B、10～20份聚醚多元醇C、1.5～3.0份表面活性剂、1.0～1.6份催化剂A、0.5～1.0份催化剂B、0.1～0.3份催化剂C、20～40份液体阻燃剂、2.0～3.0份化学发泡剂和10～17份物理发泡剂，所述B组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；
其中，所述聚醚多元醇A为官能度4.0～5.0，羟值430～470mgKOH/g，粘度14000～19000mPa·s的聚氧化丙烯醇，所述聚醚多元醇B为官能度4.0，羟值380～420mgKOH/g，粘度6900～10000mPa·s的聚氧化丙烯醇，所述聚醚多元醇C为以官能度3.0，羟值320～340mgKOH/g，粘度200～400mPa·s的聚氧化丙烯醇，所述聚醚多元醇A、所述聚醚多元醇B和所述聚醚多元醇C的质量份数总和为100份；
所述催化剂A为胺类催化剂，所述催化剂B为三聚催化剂，所述催化剂C为金属类催化剂，所述物理发泡剂为HFC-245fa。
本发明中，所述聚醚多元醇A较佳地为以蔗糖为起始剂的聚氧化丙烯醇，更佳地为牌号SC-450的聚醚多元醇，其生产厂家为国都化工有限公司。
本发明中，所述聚醚多元醇B较佳地为以甲苯二胺为起始剂的聚氧化丙烯醇，更佳地为牌号TD-400的聚醚多元醇，其生产厂家为国都化工有限公司。
本发明中，所述聚醚多元醇C较佳地为以甘油为起始剂的聚氧化丙烯醇，更佳地为牌号NJ-305的聚醚多元醇，其生产厂家为句容宁武新材料有限公司。
本发明中，所述表面活性剂为本领域常规使用的表面活性剂，较佳地为硅氧烷类表面活性剂，更佳地为牌号AK8809的表面活性剂和/或牌号L-5566的表面活性剂，其中，AK8809的生产厂家为江苏美思德化学股份有限公司，L-5566的生产厂家为迈图高新材料(中国)有限公司。
本发明中，所述胺类催化剂为本领域常规使用的胺类催化剂，较佳地为N,N-二甲基环己胺(PC-8)和/或牌号PT306的胺类催化剂，其中，PC-8和PT306的生产厂家均为空气化工产品(中国)投资有限公司。
本发明中，所述三聚催化剂为本领域常规使用的三聚催化剂，较佳地为牌号TMR-2的三聚催化剂和/或牌号TMR-4的三聚催化剂，其中，TMR-2和TMR-4的生产厂家均为空气化工产品(中国)投资有限公司。
本发明中，所述金属类催化剂为本领域常规使用的金属类催化剂，较佳地为二月桂酸二丁基锡(T-12)和/或辛酸亚锡(T-9)。
本发明中，所述液体阻燃剂为本领域常规使用的液体阻燃剂，如磷酸三(1-氯-乙丙基)酯(TCPP)、磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(1,3-二氯丙基)酯(TDCPP)、甲基磷酸二甲酯(DMMP)、乙基磷酸二乙酯(DEEP)、磷酸三乙酯(TEP)等，较佳地为TCPP和/或DEEP。
本发明中，所述化学发泡剂为本领域常规使用的化学发泡剂，较佳地为去离子水。
本发明中，所述HFC-245fa的生产厂家为霍尼韦尔(中国)有限公司。
本发明中，所述多亚甲基多苯基多异氰酸酯为本领域常规使用的多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)，较佳地为牌号PM200的多亚甲基多苯基多异氰酸酯、牌号PM400的多亚甲基多苯基多异氰酸酯、牌号44V20的多亚甲基多苯基多异氰酸酯和牌号M20S的多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种，更佳地为牌号44V20的多亚甲基多苯基多异氰酸酯；其中，PM200和PM400的生产厂家均为烟台万华聚氨酯股份有限公司，44V20的生产厂家为德国拜尔公司，M20S的生产厂家为巴斯夫股份公司。
本发明还提供了一种如上所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物的使用方法，其包括以下步骤：将所述A组分与所述B组分按质量比1：1.0～1：1.2搅拌混合后，即可。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的环保型管道用聚氨酯原料组合物具有优异的耐低温性能，其前期反应速度慢，具有良好的流动性能，使用后制得的聚氨酯泡沫表面与基材粘接性能良好，且HFC-245fa单位用量降低、比目前市面所用同类原料成本低15％以上，可以广泛应用于低温管道保温工程中管道材料的制备。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
本发明下述各实施例中，聚醚多元醇A选用生产厂家为国都化工有限公司的SC-450，聚醚多元醇B选用生产厂家为国都化工有限公司的TD-400，聚醚多元醇C选用生产厂家为句容宁武新材料有限公司的NJ-305，表面活性剂选用生产厂家为江苏美思德化学股份有限公司的AK8809和/或生产厂家为迈图高新材料(中国)有限公司的L-5566，催化剂A选用生产厂家为空气化工产品(中国)投资有限公司的PC-8和/或PT306，催化剂B选用生产厂家为空气化工产品(中国)投资有限公司的TMR-2和/或TMR-4，催化剂C选用二月桂酸二丁基锡(T-12)和/或辛酸亚锡(T-9)，液体阻燃剂选用生产厂家为江苏雅克化工有限公司的TCPP、TCEP、TDCPP、DMMP、DEEP和TEP中的一种或多种，化学发泡剂选用自制去离子水，物理发泡剂选用生产厂家为霍尼韦尔(中国)有限公司的HFC-245fa，多亚甲基多苯基多异氰酸酯选用生产厂家为烟台万华聚氨酯股份有限公司的PM200和PM400、德国拜尔公司的44V20和巴斯夫股份公司生产的M20S中的一种或多种。
本发明下述各对比例中，聚醚多元醇选用生产厂家为山东蓝星东大化工有限责任公司的SU-450L、SA380和DD380，表面活性剂选用生产厂家为赢创德固赛特种化学(上海)有限公司的B8545，催化剂选用生产厂家为空气化工产品(中国)投资有限公司的PC-5、PC-8和PC-41，阻燃剂选用生产厂家为江苏雅克化工有限公司的TCPP，化学发泡剂选用自制去离子水，物理发泡剂选用生产厂家为浙江三美化工股份有限公司的HCFC-141b。
本发明下述效果实施例中，各性能测试数据所对应使用的测试方法如下：乳白时间、凝胶时间和不粘时间均使用秒表目测；密度测试根据中国国家标准GB/T 6343-1995《聚氨酯泡沫塑料的密度测试》进行；压缩强度测试根据中国国家标准GB/T 8813-2008《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》进行；粘结强度测试是将100mm×100mm的钢板放置模具底部，控制模具温度40℃，将原料充分混合后倒入模具中，模具顶部覆盖同样尺寸钢板，制备样块，将上下钢板用钩子挂住，使用万能拉力试验机进行测试，拉伸速度10mm/min，拉伸至泡沫破坏并记录破坏时的拉力及破坏部位得到；导热系数测试根据中国国家标准GB/T 10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》进行；尺寸稳定性测试根据中国国家标准GB/T 6342-1996《泡沫塑料与橡胶线性尺寸的测定》进行。
下述各例中，各原料组成表中所述份数均为质量份数。
实施例1
表1实施例1中A组分原料组成表
将A组分原料按照表1规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，即得A组分；B组分选用PM200；再将A组分与B组分按照质量比1：1.0的比例倒入容器中，然后利用电动搅拌器搅拌8秒钟，将混合均匀后的液体倒入恒温25-35℃的模具中，关好模具，在恒温30℃条件下放置0.4小时后打开模具，即得环保型聚氨酯管道材料。
实施例2
表2实施例2中A组分原料组成表
SC-450 50份
TD-400 30份
NJ-305 20份
L-5566 2.5份
PT306 1.6份
TMR-4 0.5份
T-9 0.2份
DEEP 20份
去离子水 2.0份
HFC-245fa 17份
将A组分原料按照表2规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，即得A组分；B组分选用PM400；再将A组分与B组分按照重量比1：1.2的比例倒入容器中，然后利用电动搅拌器搅拌8秒钟，将混合均匀后的液体倒入恒温25-35℃的模具中，关好模具，在恒温30℃条件下放置0.4小时后打开模具，即得环保型聚氨酯管道材料。
实施例3
表3实施例3中A组分原料组成表
SC-450 70份
TD-400 20份
NJ-305 10份
AK8809 1.5份
PT306 1.0份
TMR-4 1.0份
T-12 0.3份
TCPP 35份
去离子水 2.3份
HFC-245fa 13份
将A组分原料按照表3规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，即得A组分；B组分选用M20S；再将A组分与B组分按照质量比1：1.05的比例倒入容器中，然后利用电动搅拌器搅拌8秒钟，将混合均匀后的液体倒入恒温25-35℃的模具中，关好模具，在恒温30℃条件下放置0.4小时后打开模具，即得环保型聚氨酯管道材料。
实施例4
表4实施例4中A组分原料组成表
将A组分原料按照表4规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，即得A组分；B组分选用44V20；再将A组分与B组分按照质量比1：1.1的比例倒入容器中，然后利用电动搅拌器搅拌8秒钟，将混合均匀后的液体倒入恒温25-35℃的模具中，关好模具，在恒温30℃条件下放置0.4小时后打开模具，即得环保型聚氨酯管道材料。
对比例1(HCFC-141b管道)
表5对比例1中A组分原料组成表
SU-450L 30份
SA380 25份
DD380 45份
B8545 3.0份
PC-5 0.2份
PC-8 1.3份
PC-41 0.7份
TCPP 30份
去离子水 1.8份
HCFC-141b 28份
将A组分原料按照表5规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，即得A组分；B组分选用44V20；再将A组分与B组分按照质量比1：1.1的比例倒入容器中，然后利用电动搅拌器搅拌8秒钟，将混合均匀后的液体倒入恒温25-35℃的模具中，关好模具，在恒温30℃条件下放置0.4小时后打开模具，即得HCFC-141b型聚氨酯管道材料。
对比例2(HFC-245fa管道)
表6对比例2中A组分原料组成表
SU-450L 30份
SA380 25份
DD380 45份
B8545 3.0份
PC-5 0.1份
PC-8 1.5份
PC-41 0.7份
TCPP 25份
去离子水 1.8份
HFC-245fa 30份
将A组分原料按照表6规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，即得A组分；B组分选用44V20；再将A组分与B组分按照质量比1：1.1的比例倒入容器中，然后利用电动搅拌器搅拌8秒钟，将混合均匀后的液体倒入恒温25-35℃的模具中，关好模具，在恒温30℃条件下放置0.4小时后打开模具，即得HFC-245fa型聚氨酯管道材料。
效果实施例1
将四个实施例及两个对比例所得材料进行机械性能测试，所得结果见下表。
表7实施例1～4及对比例1～2机械性能测试结果汇总表
从上表中可以看出，本发明所得环保型聚氨酯管道材料的机械性能优异，原料反应时间与现有HCFC-141b体系基本一致，不会对生产造成影响；其泡沫的压缩强度、泡沫与钢板粘结强度、低温导热系数及低温体积变化均比现有同类技术好，在现有产品质量上也可以有一个较大的提升；更重要的是，本发明使用的HFC-245fa份数较少，在成本方面也有较大的下降空间，在其他组分成本相近的前提下，实施例4与对比例2相比约降低组合聚醚原料成本20-25％。

Claims (13)

1.一种环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，其包括A组分和B组分：所述A组分包括以质量份数计的40～70份聚醚多元醇A、20～40份聚醚多元醇B、10～20份聚醚多元醇C、1.5～3.0份表面活性剂、1.0～1.6份催化剂A、0.5～1.0份催化剂B、0.1～0.3份催化剂C、20～40份液体阻燃剂、2.0～3.0份化学发泡剂和10～17份物理发泡剂，所述B组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；
其中，所述聚醚多元醇A为官能度4.0～5.0，羟值430～470mgKOH/g，粘度14000～19000mPa·s的聚氧化丙烯醇，所述聚醚多元醇B为官能度4.0，羟值380～420mgKOH/g，粘度6900～10000mPa·s的聚氧化丙烯醇，所述聚醚多元醇C为官能度3.0，羟值320～340mgKOH/g，粘度200～400mPa·s的聚氧化丙烯醇，所述聚醚多元醇A、所述聚醚多元醇B和所述聚醚多元醇C的质量份数总和为100份；
所述催化剂A为胺类催化剂，所述催化剂B为三聚催化剂，所述催化剂C为金属类催化剂，所述物理发泡剂为HFC-245fa；
其中，所述聚醚多元醇A为以蔗糖为起始剂的聚氧化丙烯醇；
所述聚醚多元醇B为以甲苯二胺为起始剂的聚氧化丙烯醇；
所述聚醚多元醇C为以甘油为起始剂的聚氧化丙烯醇；
其中所述A组分与所述B组分质量比为1：1.0～1：1.2。
2.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述聚醚多元醇A为牌号SC-450的聚醚多元醇；
所述聚醚多元醇B为为牌号TD-400的聚醚多元醇；
所述聚醚多元醇C为牌号NJ-305的聚醚多元醇。
3.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述表面活性剂为硅氧烷类表面活性剂。
4.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述表面活性剂为牌号AK8809的表面活性剂和/或牌号L-5566的表面活性剂。
5.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述催化剂A为N,N-二甲基环己胺和/或牌号PT306的胺类催化剂。
6.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述催化剂B为牌号TMR-2的三聚催化剂和/或牌号TMR-4的三聚催化剂。
7.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述催化剂C为二月桂酸二丁基锡和/或辛酸亚锡。
8.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述液体阻燃剂为TCPP、TCEP、TDCPP、DMMP、DEEP和TEP中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述液体阻燃剂为TCPP和/或DEEP。
10.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述化学发泡剂为去离子水。
11.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述多亚甲基多苯基多异氰酸酯为牌号PM200的多亚甲基多苯基多异氰酸酯、牌号PM400的多亚甲基多苯基多异氰酸酯、牌号44V20的多亚甲基多苯基多异氰酸酯和牌号M20S的多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种。
12.如权利要求1所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述多亚甲基多苯基多异氰酸酯为牌号44V20的多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
13.一种如权利要求1～12任一项所述的环保型管道用聚氨酯原料组合物的使用方法，其特征在于，其包括以下步骤：将所述A组分与所述B组分按质量比1：1.0～1：1.2搅拌混合后，即可。
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