CN107033317A - 一种聚氨酯硬质泡沫材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚氨酯硬质泡沫材料领域,具体是一种聚氨酯硬质泡沫材料及其制备方法与应用,具体而言,采用低活性的聚醚多元醇作为反应物,添加了粉煤灰和膨胀蛭石,降低了反应温度,提高了粉煤灰的利用率和材料的保温性能,属新材料技术领域。其原料是由质量比为1:1的A组分和聚合MDI构成的,其中A组分是由如下质量份的原料构成的,40~60份的聚醚多元醇YNW‑5112,10~30份的聚醚多元醇YNW‑6001A,10~30份的聚醚多元醇YNW‑3001,10~30份的发泡剂,0.5~5份的匀泡剂,0.2~5份的催化剂,5~60份的液体阻燃剂,5~20份的粉煤灰,5~20份的膨胀蛭石。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯硬质泡沫材料领域,具体是一种聚氨酯硬质泡沫材料及其制备方法与应用,具体而言,采用低活性的聚醚多元醇作为反应物,添加了粉煤灰和膨胀蛭石,降低了反应温度,提高了粉煤灰的利用率和材料的保温性能,属新材料技术领域。
背景技术
聚氨酯(PU)是指分子结构中含有氨基甲酸酯基团(-NH-COO)的聚合物,氨基甲酸酯一般由异氰酸酯和多元醇反应获得。聚氨酯材料是重要的六大合成材料之一,是一种产品形态多样的多用途合成树脂,它以泡沫塑料、涂料、胶黏剂等产品形式,广泛地应用于社会生产活动中的各个领域。聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯制品中最重要的一种形态,它具有优良的力学性能、电学性能、声学性能和耐化学性,可直接从单体原料一次加工成聚合物制品,而且可通过改变原料化学结构、规格、品种等调节配方组合,制出各种性能和用途的终端产品,因此应用十分广泛。聚氨酯泡沫塑料分软质、硬质、半硬质三大类,其中硬质泡沫塑料具有重量轻、比强度大、尺寸稳定性好、绝热性能优越、粘结力强、老化性能好等优点,广泛应用于建筑节能保温、管道保温、冷链运输、交通运输、物流运输、矿山填充堵漏等行业。煤矿安全生产是国家安全生产的重中之重,煤矿生产是地下作业,瓦斯、透水、火灾、采空区坍塌等事故都会对煤矿安全生产造成严重的威胁。聚氨酯硬质泡沫材料具有反应速度快、发泡倍率高、抗压能力强、粘结力强、施工快捷等优点,使其在矿体加固、采空区快速密封、矿井透水密封、瓦斯封孔等方面具有独特的优点,保障了矿山安全生产。
聚氨酯硬质泡沫应用于矿山安全生产,其力学性能(抗压、抗拉强度等)和阻燃性能是最重要的。专利CN103012738A公开了一种改性粉煤灰增强硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法,通过制备改性粉煤灰微珠和复合偶联剂的方法达到增强硬质聚氨酯泡沫的目的,存在制备工艺复杂的问题,且该专利未加入阻燃剂,阻燃性能差,应用于采矿领域时,不利于安全生产。专利CN104479093公开了一种阻燃性聚氨酯硬泡的制备方法,采用一种新的阻燃剂OH-R-OH(R结构含磷),将其应用于制备聚氨酯硬泡,该专利采用含羟基的阻燃剂,消耗过多的异氰酸酯,存在成本高的问题。
发明内容
本发明为了解决现有聚氨酯硬质泡沫存在的诸多缺陷,提供了一种聚氨酯硬质泡沫材料及其制备方法与应用。
本发明是通过以下技术方案实现的:一种聚氨酯硬质泡沫材料,其原料是由质量比为1:1的A组分和聚合MDI构成的,其中A组分是由如下质量份的原料构成的,
40~60份的聚醚多元醇YNW-5112,10~30份的聚醚多元醇YNW-6001A,10~30份的聚醚多元醇YNW-3001,10~30份的发泡剂,0.5~5份的匀泡剂,0.2~5份的催化剂,5~60份的液体阻燃剂,5~20份的粉煤灰,5~20份的膨胀蛭石;
所述发泡剂是发泡剂原料与水的混合物。
在本发明中聚醚多元醇YNW-5112属通用型硬泡聚醚多元醇,YNW-6001A属低活性硬泡聚醚,具有极佳的脱模性,YNW-3001属矿用加固材料专用聚醚,具有低反应热,强度高的特点。本发明采用三种聚醚多元醇进行复配的方法生产聚氨酯硬质泡沫材料,降低了反应温度,有利于矿山安全生产;且加入了阻燃剂、粉煤灰、膨胀蛭石,提高了粉煤灰的利用率、增强了聚氨酯泡沫材料的阻燃性能、保温性能和抗压强度,本发明所述的聚氨酯泡沫材料具有成本低、力学性能优异等优点。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述发泡剂原料是二氯氟乙烷、环戊烷、正戊烷、异戊烷、五氟丙烷或五氟丁烷。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述匀泡剂为聚醚改性有机硅表面活性剂。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述催化剂为33%质量百分含量的三乙烯二胺醇溶液、二甲基环己胺、N-甲基二环己胺、DMP-30、三嗪、二甲基乙醇胺、二甲基苄胺、五甲基二乙烯三胺中的两种或两种以上任意配比的混合物。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述液体阻燃剂为三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2-氯丙基)磷酸酯、三(二氯丙基)磷酸酯、甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、丙基磷酸二甲酯中的一种或两种以上任意配比的混合物。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述粉煤灰为120目及以上目数的细粉煤灰。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述膨胀蛭石为80目及以上目数的细膨胀蛭石。
作为本发明技术方案的进一步改进,所述聚合MDI的异氰酸根含量为30%~32%。
进一步的,本发明提供了一种聚氨酯硬质泡沫材料的制备方法,采用的是上述任一技术方案的原料,所述制备方法的步骤包括:
1)将聚醚多元醇YNW-5112、YNW-6001A、YNW-3001、发泡剂、匀泡剂、催化剂、液体阻燃剂、粉煤灰、膨胀蛭石置于密封反应容器中充分混合搅拌,搅拌完后密封保存,所得混合物称为A组分;
2)将步骤1)中制得的A组分与聚合MDI在发泡容器中混合,快速搅拌,待自然发泡成型即得聚氨酯硬质泡沫材料。
另外,本发明提供了聚氨酯硬质泡沫材料的制备方法制备得到的聚氨酯硬质泡沫材料在矿山安全生产中的应用。
具体应用时,本发明提供的聚氨酯硬质泡沫材料可以在矿山安全生产中的封堵、采空区坍塌等领域使用。
综上可以看出,本发明制备的聚氨酯硬质泡沫材料,反应温度低,最高反应温度低于100℃,在压缩强度和抗拉强度方面都有很好的性能,阻燃性能好,尤其是粉煤灰的加入能够显著提高材料的物理性能提高了粉煤灰的利用率,因此本发明制备的聚氨酯硬质泡沫材料能够很好的应用于矿山安全生产。
具体实施方式
为了更好地解释本发明,下面结合实施例对本发明做进一步地阐述,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本发明所采用的聚醚多元醇YNW-5112、YNW-6001A、YNW-3001均由山东一诺威新材料有限公司生产。
实施例1
一种聚氨酯硬质泡沫材料的制备方法,包括如下步骤:
1)按重量份计算,将40份聚醚多元醇YNW-5112,10份YNW-6001A,30份YNW-3001,15份环戊烷和水的混合物,1.5份聚醚改性有机硅表面活性剂,1.5份33%质量百分含量的三乙烯二胺醇溶液和二甲基环己胺的混合物,50份三(2-氯丙基)磷酸酯、8份120目粉煤灰、8份80目膨胀蛭石置于密封反应容器中充分混合搅拌,搅拌完后密封保存,所得混合物称为A组分。
2)取步骤1)制得的A组分50份,与50份聚合MDI在发泡容器中混合,快速搅拌,待自然发泡成型即得所述矿山用聚氨酯硬质泡沫材料。
将制得的聚氨酯硬质泡沫进行切块制样,按照相应的标准进行性能测试,性能指标见表1。
实施例2
一种聚氨酯硬质泡沫材料的制备方法,包括如下步骤:
1)按重量份计算,将60份聚醚多元醇YNW-5112,20份YNW-6001A,20份YNW-3001,20份二氯氟乙烷和水的混合物,2份聚醚改性有机硅表面活性剂,2份二甲基乙醇胺和二甲基环己胺的混合物,10份甲基磷酸二甲酯、10份200目粉煤灰、10份200目膨胀蛭石置于密封反应容器中充分混合搅拌,搅拌完后密封保存,所得混合物称为A组分。
2)取步骤1)制得的A组分50份,与50份聚合MDI在发泡容器中混合,快速搅拌,待自然发泡成型即得所述矿山用聚氨酯硬质泡沫材料。
将制得的聚氨酯硬质泡沫进行切块制样,按照相应的标准进行性能测试,性能指标见表1。
实施例3
一种聚氨酯硬质泡沫材料的制备方法,包括如下步骤:
1)按重量份计算,将60份聚醚多元醇YNW-5112,30份YNW-6001A,10份YNW-3001,20份五氟丙烷和水的混合物,2份聚醚改性有机硅表面活性剂,2份33%质量百分含量的三乙烯二胺醇溶液和二甲基苄胺的混合物,40份三(2-氯乙基)磷酸酯和三(2-氯丙基)磷酸酯的混合物、10份120目粉煤灰、10份200目膨胀蛭石置于密封反应容器中充分混合搅拌,搅拌完后密封保存,所得混合物称为A组分。
2)取步骤1)制得的A组分50份,与50份聚合MDI在发泡容器中混合,快速搅拌,待自然发泡成型即得所述矿山用聚氨酯硬质泡沫材料。
将制得的聚氨酯硬质泡沫进行切块制样,按照相应的标准进行性能测试,性能指标见表1。
实施例4
一种聚氨酯硬质泡沫材料的制备方法,包括如下步骤:
1)按重量份计算,将50份聚醚多元醇YNW-5112,50份YNW-6001A,20份YNW-3001,30份正戊烷和水的混合物,5份聚醚改性有机硅表面活性剂,2份N-甲基二环己胺和五甲基二乙烯三胺的混合物,15份三(2-氯乙基)磷酸酯和甲基磷酸二甲酯的混合物、5份120目粉煤灰、5份325目膨胀蛭石置于密封反应容器中充分混合搅拌,搅拌完后密封保存,所得混合物称为A组分。
2)取步骤1)制得的A组分50份,与50份聚合MDI在发泡容器中混合,快速搅拌,待自然发泡成型即得所述矿山用聚氨酯硬质泡沫材料。
将制得的聚氨酯硬质泡沫进行切块制样,按照相应的标准进行性能测试,性能指标见表1。
实施例5
一种聚氨酯硬质泡沫材料的制备方法,包括如下步骤:
1)按重量份计算,将40份聚醚多元醇YNW-5112,30份YNW-6001A,30份YNW-3001,20份五氟丁烷和水的混合物,0.5份聚醚改性有机硅表面活性剂,2份二甲基环己胺、二甲基苄胺和五甲基二乙烯三胺的混合物,12份三(二氯丙基)磷酸酯、20份180目粉煤灰、20份120目膨胀蛭石置于密封反应容器中充分混合搅拌,搅拌完后密封保存,所得混合物称为A组分。
2)取步骤1)制得的A组分50份,与50份聚合MDI在发泡容器中混合,快速搅拌,待自然发泡成型即得所述矿山用聚氨酯硬质泡沫材料。
将制得的聚氨酯硬质泡沫进行切块制样,按照相应的标准进行性能测试,性能指标见表1。
对比例1
将实施例1中的8份粉煤灰完全用8份膨胀蛭石代替,将制得的聚氨酯硬质泡沫进行切块制样,按照相应的标准进行性能测试,性能指标见表1。
对比例2
将实施例1中的10份聚醚多元醇YNW-6001A,30份YNW-3001完全用40份聚醚多元醇YNW-5112代替,将制得的聚氨酯硬质泡沫进行切块制样,按照相应的标准进行性能测试,性能指标见表1。
表1聚氨酯硬质泡沫性能指标
表1可以看出,本发明制备的聚氨酯硬质泡沫材料,反应温度低,最高反应温度低于100℃,在压缩强度和抗拉强度方面都有很好的性能,阻燃性能好,尤其是粉煤灰的加入能够显著提高材料的物理性能,因此本发明制备的聚氨酯硬质泡沫材料能够很好的应用于矿山安全生产。
最后说明的是:以上实施例并非限制本发明所描述的技术和应用方案,本领域的技术人员可以根据本发明的权利要求作等同替换。
Claims (10)
1.一种聚氨酯硬质泡沫材料,其特征在于,其原料是由质量比为1:1的A组分和聚合MDI构成的,其中A组分是由如下质量份的原料构成的,
40~60份的聚醚多元醇YNW-5112 ,10~30份的聚醚多元醇YNW-6001A,10~30份的聚醚多元醇YNW-3001,10~30份的发泡剂,0.5~5份的匀泡剂,0.2~5份的催化剂,5~60份的液体阻燃剂,5~20份的粉煤灰,5~20份的膨胀蛭石;
所述发泡剂是发泡剂原料与水的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯硬质泡沫材料,其特征在于,所述发泡剂原料是二氯氟乙烷、环戊烷、正戊烷、异戊烷、五氟丙烷或五氟丁烷。
3.根据权利要求2所述的一种聚氨酯硬质泡沫材料,其特征在于,所述匀泡剂为聚醚改性有机硅表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的一种聚氨酯硬质泡沫材料,其特征在于,所述催化剂为33%质量百分含量的三乙烯二胺醇溶液、二甲基环己胺、N-甲基二环己胺、DMP-30、三嗪、二甲基乙醇胺、二甲基苄胺、五甲基二乙烯三胺中的两种或两种以上任意配比的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种聚氨酯硬质泡沫材料,其特征在于,所述液体阻燃剂为三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2-氯丙基)磷酸酯、三(二氯丙基)磷酸酯、甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、丙基磷酸二甲酯中的一种或两种以上任意配比的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种聚氨酯硬质泡沫材料,其特征在于,所述粉煤灰为120目及以上目数的细粉煤灰。
7.根据权利要求6所述的一种聚氨酯硬质泡沫材料,其特征在于,所述膨胀蛭石为80目及以上目数的细膨胀蛭石。
8.根据权利要求7所述的一种聚氨酯硬质泡沫材料,其特征在于,所述聚合MDI的异氰酸根含量为30%~32%。
9.一种聚氨酯硬质泡沫材料的制备方法,其特征在于,采用的是权利要求1至8任一权利要求所述的原料,所述制备方法的步骤包括:
1)将聚醚多元醇YNW-5112、YNW-6001A、YNW-3001、发泡剂、匀泡剂、催化剂、液体阻燃剂、粉煤灰、膨胀蛭石置于密封反应容器中充分混合搅拌,搅拌完后密封保存,所得混合物称为A组分;
2)将步骤1)中制得的A组分与聚合MDI在发泡容器中混合,快速搅拌,待自然发泡成型即得聚氨酯硬质泡沫材料。
10.权利要求9所述聚氨酯硬质泡沫材料的制备方法制备获得的聚氨酯硬质泡沫材料在矿山安全生产中的应用。
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