CN107602813B - 一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫及其制备方法，该泡沫制备方法为将聚醚多元醇、阻燃剂、发泡剂、催化剂、匀泡剂、多亚甲基多苯基异氰酸酯按一定比例混合均匀后，经喷涂发泡机高压雾化喷涂成型，泡沫层总厚度可通过分层喷涂进行控制，本发明突破了高密度聚氨酯泡沫浇注成型的限制，实现了高密度聚氨酯泡沫的喷涂成型，克服了随着泡沫密度增大，泡沫内部易出现烧芯、开裂、分层的技术难点，使得短周期内大面积形面上泡沫层便捷连续施工成为可能，本发明聚氨酯泡沫密度为60～250kg/m3，且泡沫质地均匀、厚度可调控，具有优异的保温性能与力学性能。

Description

一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫及其制备方法，属于夹层填充、缓冲层、箱体及管路保温等领域，
背景技术
高密度聚氨酯泡沫制备通常采用浇注法成型，密度的提高可以通过闭模增压来实现。目前，浇注法制备高密度聚氨酯泡沫工艺成熟，能够批量生产。但该方法在模具方面投入成本高，泡沫能覆盖的形面十分受限，一般为连续平整的平面或弧面，一旦形面变化，即使同一配方浇注的泡沫也需要重新设计模具。在批量生产时，需投入多套模具，模具的的人工拆装耗时耗力，且后续还需进行加工、拼接装配、粘接等工序，施工周期较长，难以满足短周期内完成大面积复杂形面覆盖泡沫层的施工。
喷涂成型是一种快速成型的泡沫制备方法，便于连续施工，能够高效地实现异型面的大面积泡沫层覆盖，且喷涂成型所用发泡机与喷涂设备为一次性设备投入，喷涂过程通过编辑程序调控，与浇注法相比大大减少了时间成本与人力成本。但喷涂法一般用于成型密度小于60kg/m3的聚氨酯泡沫，密度在60kg/m3以上甚至100kg/m3以上泡沫的喷涂成型鲜有报道。高密度聚氨酯泡沫喷涂成型的难点在于，随着密度增大，发泡料粘度增加，反应热聚集快转移慢，喷涂压力难以控制，使得最终成型的泡沫易出现烧芯、开裂、分层等缺陷；且由于泡沫内部散热困难，难以成型较厚的泡沫层。目前，市场上出现的喷涂成型聚氨酯泡沫密度基本在40kg/m3左右。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫，该聚氨酯泡沫密度为60～250kg/m3，且该泡沫层质地均匀、厚度可调控，具有优异的保温性能与力学性能。
本发明的另外一个目的在于提供一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫，包括A、B两中组份，其中A组份包括如下质量份数的组份：
Figure GDA0001473962230000021
所述B组份为多亚甲基多苯基异氰酸酯，质量份数为280～395份。
在上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫中，所述聚醚多元醇Ⅰ为TAE-300；所述聚醚多元醇Ⅱ为ZS-4110。
在上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫中，所述聚醚多元醇Ⅰ起始剂为乙二胺，羟值为745～775mgKOH/g，水分≤0.1％；所述聚醚多元醇Ⅱ起始剂为蔗糖，羟值为410～450mgKOH/g，水分≤0.15％。
在上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫中，所述阻燃剂为三氯乙基磷酸酯。
在上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫中，所述发泡剂为一氟二氯乙烷。
在上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫中，所述催化剂Ⅰ为有机锡类催化剂；所述催化剂Ⅱ为三乙烯二胺催化剂。
在上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫中，所述有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡。
在上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫中，所述匀泡剂为硅油类匀泡剂；所述硅油类匀泡剂为JSY-2000。
在上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫中，所述多亚甲基多苯基异氰酸酯为PM-2010。
上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法，包括：
将A组份和B组份采用喷涂发泡机进行泡沫喷涂成型，A组份和B组份进料体积比为A：B＝1.0：1.0～1.3，设置提料泵压力为0.3±0.02MPa，电机频率为20～50Hz，进料温度为40～50℃，喷涂压力为7～15MPa。
在上述上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法中，所述喷涂环境温度25～35℃，相对湿度≤70％。
在上述上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法中，在待喷涂物件表面进行喷涂时，喷涂角度为60～80°，喷涂高度为800～1500mm。
在上述上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法中，采用喷涂发泡机进行泡沫喷涂成型之前，首先将A组份中的各个组份混合后搅拌20～30min，将B组份采用纱网过滤。
在上述上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法中，聚氨酯泡沫的喷涂厚度为20～40mm时，一次完成喷涂，若聚氨酯泡沫的喷涂厚度超过40mm，则在完成第一层泡沫喷涂后，间隔5～8min后，在第一层泡沫表面直接喷涂第二层泡沫，如此重复，直至达到泡沫层总厚度要求。
本发明与现有的技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明通过对聚氨酯泡沫的组份及配比的选择和优化设计，突破了高密度聚氨酯泡沫浇注成型的限制，实现了高密度聚氨酯泡沫的喷涂成型，使得短周期内大面积形面上泡沫层便捷连续施工成为可能；本发明喷涂法得到的聚氨酯泡沫密度可以达到60～250kg/m3，远远超过了传统喷涂成型泡沫的密度；
(2)、本发明在泡沫喷涂成型过程中克服了随着泡沫密度增大，泡沫内部易出现烧芯、开裂、分层的技术难点，所制备泡沫层质地均匀、密度及总厚度可调控，且具有优异的保温性能和力学强度。
(3)、本发明通过喷涂成型工艺制备目标密度60～250kg/m3的聚氨酯泡沫，从配方调试、喷涂环境控制、工艺参数选择等方面着手，克服了高密度喷涂成型过程的工艺难点，制备出的高密度聚氨酯泡沫质地均匀、绝热性能良好、承压性能强，能够满足高强度绝热材料的应用需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明密度60～250kg/m3的聚氨酯泡沫包含A、B两组份，其中所述A组份包括如下质量份数的组份：
Figure GDA0001473962230000041
B组份为多亚甲基多苯基异氰酸酯，质量份数为280～395份。本实施例中两组份混合后经Evolution VR喷涂发泡机高压雾化喷涂成型。
聚醚多元醇Ⅰ为TEA300，起始剂为乙二胺，羟值745～775mgKOH/g，水分≤0.1％，购自江苏金栖聚氨酯有限公司(本实施例)；聚醚多元醇Ⅱ为ZS4110，起始剂为蔗糖，羟值410～450mgKOH/g，水分≤0.15％，购自江苏钟山化工有限公司(本实施例)。
阻燃剂为三氯乙基磷酸酯，购自杭州蓝湖化工有限公司(本实施例)。
发泡剂为一氟二氯乙烷，购自常熟三爱富氟化工有限责任公司(本实施例)。
催化剂Ⅰ为有机锡类催化剂，具体为二月桂酸二丁基锡，购自天津市化学试剂一厂(本实施例)；催化剂Ⅱ为三乙烯二胺，购自天津市津科精细化工研究所(本实施例)。
匀泡剂为硅油类匀泡剂，具体为JSY2000，购自南京鸿鹄精细化工有限公司(本实施例)。
多亚甲基多苯基异氰酸酯为PM-2010(本实施例)。
上述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制A组份 取100份聚醚多元醇Ⅰ、100份聚醚多元醇Ⅱ、40份阻燃剂、15～50份发泡剂、0.8～2.0份催化剂Ⅰ、1.5～4.0份催化剂Ⅱ、6～10份匀泡剂，置于机械搅拌桶内搅拌20～30min，倒入喷涂用A组份料桶内，A组份提料泵没入料内。
(2)B组份分料 在喷涂用B组份料桶口上铺放塑料纱网，取280～395份多亚甲基多苯基异氰酸酯，经塑料纱网过滤，去除其中可能存在的结晶粒，倒入料桶内，B组份提料泵没入料内。
(3)喷房温湿度控制 用温、湿度表测量喷房内温、湿度，根据测量结果开启温控系统和除湿系统，直至实际测量值满足温度25～35℃，相对湿度≤70％，稳定0.5～1h。。
(4)发泡机参数设定 进料体积比设定为A：B＝1.0：1.0～1.3，提料泵压0.3±0.02MPa，电机频率20～50Hz，进料温度40～50℃。
(5)喷前准备 使用脱模纸或塑料布保护非喷涂区域和喷房地面，将待喷涂物件放置在喷房内，测量底板温度≥25℃时，可以开始进行喷涂。
(6)喷涂成型 开启发泡机，在待喷涂物件表面上喷涂成型，喷涂角度60～80°，喷涂高度800～1500mm，喷涂泡沫层厚度20～40mm，喷涂过程中监测A、B组分喷中压力，要求7～15MPa；若喷涂泡沫层厚度要求在40mm以上，在完成第一层泡沫喷涂后，间隔5～8min后，在第一层表面直接喷涂第二层，如此重复，直至达到泡沫层总厚度要求。
如上述所述喷涂成型高密度聚氨酯泡沫，密度范围60～250kg/m3，泡沫层总厚度可根据实际需求调节，热导率按GB/T3399-1982进行测试，压缩强度按GB/T1453-2005进行测试，剪切强度按GB/T1455-2005进行测试。泡沫压缩强度和剪切强度随着泡沫密度的增大而增大。
实施例1
一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫及其制备方法，包括如下步骤：
(1)取10kg聚醚多元醇Ⅰ、10kg聚醚多元醇Ⅱ、4kg阻燃剂、4kg发泡剂、0.15kg催化剂Ⅰ、0.35kg份催化剂Ⅱ、0.8kg匀泡剂，置于机械搅拌桶内搅拌20～30min，倒入喷涂用A组份料桶内，A组份提料泵没入料内。
(2)在喷涂用B组份料桶口上铺放塑料纱网，取30kg多亚甲基多苯基异氰酸酯，经塑料纱网过滤，倒入料桶内，B组份提料泵没入料内。
(3)喷房温度26℃，相对湿度≤57％。
(4)设定进料体积比A：B＝1.0：1.0，提料泵压0.3MPa，电机频率36Hz，进料温度45℃。
(5)保护非喷涂区域和喷房地面，将喷涂底板放置在喷房内，底板温度30℃。
(6)开启Evolution VR喷涂发泡机，在底板上喷涂，喷涂角度75°，喷涂高度1000mm，喷涂过程A组份压力10～11MPa，B组份压力9.6～10.2MPa。
所制备泡沫的泡沫层有效厚度为35mm，密度65kg/m3，闭孔率97％，热导率0.038W/m·k，压缩强度0.487MPa，剪切强度0.453MPa。
实施例2
一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫及其制备方法，包括如下步骤：
(1)取10kg聚醚多元醇Ⅰ、10kg聚醚多元醇Ⅱ、4kg阻燃剂、3kg发泡剂、0.15kg催化剂Ⅰ、0.35kg份催化剂Ⅱ、0.8kg匀泡剂，置于机械搅拌桶内搅拌20～30min，倒入喷涂用A组份料桶内，A组份提料泵没入料内。
(2)在喷涂用B组份料桶口上铺放塑料纱网，取30kg多亚甲基多苯基异氰酸酯，经塑料纱网过滤，倒入料桶内，B组份提料泵没入料内。
(3)喷房温度25.3℃，相对湿度≤45％。
(4)设定进料体积比A：B＝1.0：1.0，提料泵压0.3MPa，电机频率40Hz，进料温度45℃。
(5)保护非喷涂区域和喷房地面，将喷涂底板放置在喷房内，底板温度30℃。
(6)开启发泡机，在底板上喷涂，喷涂角度75°，喷涂高度1000mm，喷涂过程A组份压力9.5～11MPa，B组份压力9.7～10.5MPa。
所制备泡沫的泡沫层有效厚度为30mm，密度105kg/m3，闭孔率99.3％，热导率0.035W/m·k，压缩强度1.27MPa，剪切强度0.834MPa。
实施例3
一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫及其制备方法，包括如下步骤：
(1)取10kg聚醚多元醇Ⅰ、10kg聚醚多元醇Ⅱ、4kg阻燃剂、2kg发泡剂、0.1kg催化剂Ⅰ、0.2kg份催化剂Ⅱ、1kg匀泡剂，置于机械搅拌桶内搅拌20～30min，倒入喷涂用A组份料桶内，A组份提料泵没入料内。
(2)在喷涂用B组份料桶口上铺放塑料纱网，取30kg多亚甲基多苯基异氰酸酯，经塑料纱网过滤，倒入料桶内，B组份提料泵没入料内。
(3)喷房温度27℃，相对湿度≤49％。
(4)设定进料体积比A：B＝1.0：1.0，提料泵压0.3MPa，电机频率38Hz，进料温度45℃。
(5)保护非喷涂区域和喷房地面，将喷涂底板放置在喷房内，底板温度30.3℃。
(6)开启发泡机，在底板上喷涂，喷涂角度80°，喷涂高度1000mm，喷涂厚度控制在35mm左右，第一层喷涂长定后，间隔5min，在第一层表面喷涂第二层；喷涂过程中A组份压力11.6～12MPa，B组份压力11.6～12MPa。
所制备泡沫的泡沫层有效厚度为70mm，密度148kg/m3，闭孔率98.3％，热导率0.031W/m·k，压缩强度1.73MPa，剪切强度1.10MPa。
实施例4
一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫及其制备方法，包括如下步骤：
(1)取10kg聚醚多元醇Ⅰ、10kg聚醚多元醇Ⅱ、4kg阻燃剂、1.5kg发泡剂、0.1kg催化剂Ⅰ、0.2kg份催化剂Ⅱ、1kg匀泡剂，置于机械搅拌桶内搅拌20～30min，倒入喷涂用A组份料桶内，A组份提料泵没入料内。
(2)在喷涂用B组份料桶口上铺放塑料纱网，取30kg多亚甲基多苯基异氰酸酯，经塑料纱网过滤，倒入料桶内，B组份提料泵没入料内。
(3)喷房温度28℃，相对湿度≤29％。
(4)设定进料体积比A：B＝1.0：1.0，提料泵压0.3MPa，电机频率40Hz，进料温度45℃。
(5)保护非喷涂区域和喷房地面，将喷涂底板放置在喷房内，底板温度30℃。
(6)开启发泡机，在底板上喷涂，喷涂角度80°，喷涂高度1000mm，喷涂厚度控制在30mm左右，第一层喷涂长定后，间隔5min，在第一层表面喷涂第二层；喷涂过程中A组份压力11.5～13MPa，B组份压力11～12.5MPa。
所制备泡沫的泡沫层有效厚度为60mm，密度224kg/m3，闭孔率99.8％，热导率0.032W/m·k，压缩强度4.45MPa，剪切强度2.60MPa。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种喷涂成型高密度聚氨酯泡沫，其特征在于：包括A、B两种组份，其中A组份包括如下质量份数的组份：
Figure FDA0002615778980000011
所述B组份为多亚甲基多苯基异氰酸酯，质量份数为280～395份；
所述聚醚多元醇Ⅰ为TAE-300；所述聚醚多元醇Ⅱ为ZS-4110；
所述聚醚多元醇Ⅰ起始剂为乙二胺，羟值为745～775mgKOH/g，水分≤0.1％；所述聚醚多元醇Ⅱ起始剂为蔗糖，羟值为410～450mgKOH/g，水分≤0.15％；
所述发泡剂为一氟二氯乙烷；
所述催化剂Ⅰ为有机锡类催化剂；所述催化剂Ⅱ为三乙烯二胺催化剂；
所述匀泡剂为硅油类匀泡剂；所述硅油类匀泡剂为JSY-2000；
所述聚氨酯泡沫的制备方法包括：
将A组份和B组份采用喷涂发泡机进行泡沫喷涂成型，A组份和B组份进料体积比为A：B＝1.0：1.0～1.3，设置提料泵压力为0.3±0.02MPa，电机频率为20～50Hz，进料温度为40～50℃，喷涂压力为7～15MPa；
其中，聚氨酯泡沫的喷涂厚度为20～40mm时，一次完成喷涂，若聚氨酯泡沫的喷涂厚度超过40mm，则在完成第一层泡沫喷涂后，间隔5～8min后，在第一层泡沫表面直接喷涂第二层泡沫，如此重复，直至达到泡沫层总厚度要求。
2.根据权利要求1所述的喷涂成型高密度聚氨酯泡沫，其特征在于：所述阻燃剂为三氯乙基磷酸酯。
3.根据权利要求1所述的喷涂成型高密度聚氨酯泡沫，其特征在于：所述有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡。
4.根据权利要求1所述的喷涂成型高密度聚氨酯泡沫，其特征在于：所述多亚甲基多苯基异氰酸酯为PM-2010。
5.根据权利要求1～4之一所述的喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括：
将A组份和B组份采用喷涂发泡机进行泡沫喷涂成型，A组份和B组份进料体积比为A：B＝1.0：1.0～1.3，设置提料泵压力为0.3±0.02MPa，电机频率为20～50Hz，进料温度为40～50℃，喷涂压力为7～15MPa；
其中，聚氨酯泡沫的喷涂厚度为20～40mm时，一次完成喷涂，若聚氨酯泡沫的喷涂厚度超过40mm，则在完成第一层泡沫喷涂后，间隔5～8min后，在第一层泡沫表面直接喷涂第二层泡沫，如此重复，直至达到泡沫层总厚度要求。
6.根据权利要求5所述的喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：所述喷涂环境温度25～35℃，相对湿度≤70％。
7.根据权利要求5所述的喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：在待喷涂物件表面进行喷涂时，喷涂角度为60～80°，喷涂高度为800～1500mm。
8.根据权利要求5所述的喷涂成型高密度聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：采用喷涂发泡机进行泡沫喷涂成型之前，首先将A组份中的各个组份混合后搅拌20～30min，将B组份采用纱网过滤。
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