CN110016119B - 一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新型功能材料技术领域，公开了一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，在聚氨酯塑料泡沫合成过程中，向聚氨酯塑料泡沫合成原料中添加质量分数占0.45‑0.50%的钙基功能有机复合材料进行改性得到改性聚氨酯塑料泡沫材质，通过结构改性，制备得到的改性聚氨酯塑料泡沫材质无论在保温隔热效果、阻燃防火性还是强度方法都具有更高的水平，同时泡沫材料的隔音、耐温差、耐候性能显著提升，导热系数在{0.012‑0.014w/（m·k）}范围，使用寿命延长十年以上。

Description

一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法
技术领域
本发明属于新型功能材料技术领域，具体涉及一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法。
背景技术
聚氨酯是一种高分子材料。在日常生活中的应用广泛如家具中的油漆和涂料，家用电器中的冰箱和冷柜，建筑业中的屋顶防水保温层和内外墙涂料等。还可以做成各种聚氨酯材料如聚氨酯鞋底，聚氨酯纤维，聚氨酯密封胶等。总体来说聚氨酯制品性能可调范围宽、适应性强、耐生物老化、价格适中。
聚氨酯保温管是以高功能聚醚多元醇组合料和多次甲基多苯基多异氰酸酯为原料经化学反应发泡而成。聚氨酯保温管用于室内外各种管道，集中供热管道，中央空调管道、化工、医药等工业管道的保温、保冷工程。概述聚氨酯发泡保温管自三十年代聚氨酯合成材料诞生以来，一直作为一种优良的绝热保温材料而得到迅速发展，其应用范围也越来越广泛，更由于其施工简便、节能防腐效果显著而被大量地用于各种供热、制冷、输油、输汽等各种管道。由于聚氨酯泡沫材质强度较小，耐老化性能一般，在较为恶劣的环境中使用会出现保温性能急剧下降的问题。现有的解决方法多采用添加抗紫外线剂以及各种增效填料来提高聚氨酯保温管的性能，而并不能够根本的解决由于基体结构和分子性能上造成的功能缺点，达到的增强效果不佳，维持时间短，并且制备成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，通过结构改性，制备得到的改性聚氨酯塑料泡沫材质无论在保温隔热效果、阻燃防火性还是强度方法都具有更高的水平，同时泡沫材料的隔音、耐温差、耐候性能显著提升。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，在聚氨酯塑料泡沫合成过程中，向聚氨酯塑料泡沫合成原料中添加质量分数占0.45-0.50%的钙基功能有机复合材料进行改性得到改性聚氨酯塑料泡沫材质；所述钙基功能有机复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）按照质量比为5-6:2-3的比例称取氧化铝和羟基磷灰石共20-22克，研磨成粉后混合加入到烧杯中，在搅拌下向烧杯中加入100-110毫升浓硫酸，持续搅拌50-60分钟，冷却至20-25℃后，添加饱和碳酸钠溶液中和至pH值在3.6-3.8之间，然后向烧杯中加入4.5-5.0克偏铝酸钾，在55-60℃水浴加热下持续搅拌反应30-40分钟，静置2-3小时得到白色沉淀，进行过滤，使用去离子水洗涤3-5次，置于80-90℃烘箱中干燥3-4小时，得到复盐，研磨成80-100目大小的粉状备用；
（2）称取7.8-8.0克硫酸锆，溶解于60-65毫升去离子水中，在搅拌下加入步骤（1）制备得到的粉末状复盐，同时加入15-18毫升二甲基甲酰胺和4.1-4.3克2-硝基咪唑，持续搅拌20-30分钟后将混合物置于反应釜中，控制反应温度为270-300℃，反应时间为18-20小时，反应结束后自然冷却至室温，得到产物进行过滤，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤3-4次，然后置于干燥箱中，在90-100℃下干燥12-15小时，得到粉状产物即为所述钙基功能有机复合材料；
所述聚氨酯塑料泡沫合成原料按照重量份计由以下成分制成：聚醚多元醇130-135份、聚乙二醇75-78份、多亚甲基多苯基异氰酸酯195-200份、硅烷偶联剂1.7-2.0份、双氧水5.0-5.5份、二月桂酸二丁基锡3.6-4.0份、硅油2.7-3.0份、正己烷18-20份、蒸馏水3.5-4.0份。
作为对上述方案的进一步描述，所述改性聚氨酯塑料泡沫材质的制备方法为：称取所述重量份的原料，将聚乙二醇加热至70-75℃，搅拌熔融至液体，加入钙基功能有机复合材料，连续超声分散30-40分钟，与聚醚多元醇、硅烷偶联剂、二月桂酸二丁基锡、硅油、蒸馏水一同置于烧杯中，使用电动搅拌器高速搅拌15-20分钟，然后加入正己烷和双氧水，继续高速搅拌3-5分钟，最后加入多亚甲基多苯基异氰酸酯，快速搅拌5-6秒，将得到的混合物倒入模具中，在140-150℃下熟化2-3小时，即得所述改性聚氨酯塑料泡沫材质。
作为对上述方案的进一步描述，所述双氧水质量浓度为7.5-8.0%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述饱和碳酸钠溶液是在温度为25℃下配置得到的，pH值在9.8-10.2之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述浓硫酸质量浓度为96-98%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述制备得到的钙基功能有机复合材料粒径大小在0.5-1.0微米之间。
所述聚醚多元醇型号为LY-4110。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有的聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能不佳的问题，本发明提供了一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，在聚氨酯塑料泡沫合成过程中，向聚氨酯塑料泡沫合成原料中添加质量分数占0.45-0.50%的钙基功能有机复合材料进行改性得到改性聚氨酯塑料泡沫材质，将多功能键以“键合反应”形式引入到聚氨酯链体系中，达到结构改性，通过结构改性，制备得到的改性聚氨酯塑料泡沫材质无论在保温隔热效果、阻燃防火性还是强度方法都具有更高的水平，同时泡沫材料的隔音、耐温差、耐候性能显著提升，导热系数在{0.012-0.014w/（m·k）}范围，本发明采用的提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法解决了现有的聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能不佳，针对的解决方法起不到本质作用的问题，提高了聚氨酯塑料泡沫保温管的保温隔热性能，延长了保温管的使用寿命，为聚氨酯塑料泡沫材料的开发提供了新的思路和方向，提高了硬质聚氨酯材料的开发利用，能够实现促进保温管技术行业的发展，提高在建筑、生物、节能环保等领域的应用价值的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，在聚氨酯塑料泡沫合成过程中，向聚氨酯塑料泡沫合成原料中添加质量分数占0.45%的钙基功能有机复合材料进行改性得到改性聚氨酯塑料泡沫材质；所述钙基功能有机复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）按照质量比为5:2的比例称取氧化铝和羟基磷灰石共20克，研磨成粉后混合加入到烧杯中，在搅拌下向烧杯中加入100毫升浓硫酸，持续搅拌50分钟，冷却至20℃后，添加饱和碳酸钠溶液中和至pH值在3.6-3.8之间，然后向烧杯中加入4.5克偏铝酸钾，在55℃水浴加热下持续搅拌反应30分钟，静置2小时得到白色沉淀，进行过滤，使用去离子水洗涤3次，置于80℃烘箱中干燥3小时，得到复盐，研磨成80目大小的粉状备用；
（2）称取7.8克硫酸锆，溶解于60毫升去离子水中，在搅拌下加入步骤（1）制备得到的粉末状复盐，同时加入15毫升二甲基甲酰胺和4.1克2-硝基咪唑，持续搅拌20分钟后将混合物置于反应釜中，控制反应温度为270℃，反应时间为18小时，反应结束后自然冷却至室温，得到产物进行过滤，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤3次，然后置于干燥箱中，在90℃下干燥12小时，得到粉状产物即为所述钙基功能有机复合材料；
所述聚氨酯塑料泡沫合成原料按照重量份计由以下成分制成：聚醚多元醇130份、聚乙二醇75份、多亚甲基多苯基异氰酸酯195份、硅烷偶联剂1.7份、双氧水5.0份、二月桂酸二丁基锡3.6份、硅油2.7份、正己烷18份、蒸馏水3.5份。
作为对上述方案的进一步描述，所述改性聚氨酯塑料泡沫材质的制备方法为：称取所述重量份的原料，将聚乙二醇加热至70℃，搅拌熔融至液体，加入钙基功能有机复合材料，连续超声分散30分钟，与聚醚多元醇、硅烷偶联剂、二月桂酸二丁基锡、硅油、蒸馏水一同置于烧杯中，使用电动搅拌器高速搅拌15分钟，然后加入正己烷和双氧水，继续高速搅拌3分钟，最后加入多亚甲基多苯基异氰酸酯，快速搅拌5秒，将得到的混合物倒入模具中，在140℃下熟化2小时，即得所述改性聚氨酯塑料泡沫材质。
作为对上述方案的进一步描述，所述双氧水质量浓度为7.5%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述饱和碳酸钠溶液是在温度为25℃下配置得到的，pH值在9.8-10.2之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述浓硫酸质量浓度为96%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述制备得到的钙基功能有机复合材料粒径大小在0.5-1.0微米之间。
所述聚醚多元醇型号为LY-4110。
实施例2
一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，在聚氨酯塑料泡沫合成过程中，向聚氨酯塑料泡沫合成原料中添加质量分数占0.47%的钙基功能有机复合材料进行改性得到改性聚氨酯塑料泡沫材质；所述钙基功能有机复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）按照质量比为5.5:2.5的比例称取氧化铝和羟基磷灰石共21克，研磨成粉后混合加入到烧杯中，在搅拌下向烧杯中加入105毫升浓硫酸，持续搅拌55分钟，冷却至23℃后，添加饱和碳酸钠溶液中和至pH值在3.6-3.8之间，然后向烧杯中加入4.8克偏铝酸钾，在58℃水浴加热下持续搅拌反应35分钟，静置2.5小时得到白色沉淀，进行过滤，使用去离子水洗涤4次，置于85℃烘箱中干燥3.5小时，得到复盐，研磨成90目大小的粉状备用；
（2）称取7.9克硫酸锆，溶解于62毫升去离子水中，在搅拌下加入步骤（1）制备得到的粉末状复盐，同时加入16毫升二甲基甲酰胺和4.2克2-硝基咪唑，持续搅拌25分钟后将混合物置于反应釜中，控制反应温度为285℃，反应时间为19小时，反应结束后自然冷却至室温，得到产物进行过滤，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤3次，然后置于干燥箱中，在95℃下干燥13小时，得到粉状产物即为所述钙基功能有机复合材料；
所述聚氨酯塑料泡沫合成原料按照重量份计由以下成分制成：聚醚多元醇133份、聚乙二醇76份、多亚甲基多苯基异氰酸酯198份、硅烷偶联剂1.8份、双氧水5.2份、二月桂酸二丁基锡3.8份、硅油2.8份、正己烷19份、蒸馏水3.8份。
作为对上述方案的进一步描述，所述改性聚氨酯塑料泡沫材质的制备方法为：称取所述重量份的原料，将聚乙二醇加热至73℃，搅拌熔融至液体，加入钙基功能有机复合材料，连续超声分散35分钟，与聚醚多元醇、硅烷偶联剂、二月桂酸二丁基锡、硅油、蒸馏水一同置于烧杯中，使用电动搅拌器高速搅拌18分钟，然后加入正己烷和双氧水，继续高速搅拌4分钟，最后加入多亚甲基多苯基异氰酸酯，快速搅拌5.5秒，将得到的混合物倒入模具中，在145℃下熟化2.5小时，即得所述改性聚氨酯塑料泡沫材质。
作为对上述方案的进一步描述，所述双氧水质量浓度为7.8%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述饱和碳酸钠溶液是在温度为25℃下配置得到的，pH值在9.8-10.2之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述浓硫酸质量浓度为97%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述制备得到的钙基功能有机复合材料粒径大小在0.5-1.0微米之间。
所述聚醚多元醇型号为LY-4110。
实施例3
一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，在聚氨酯塑料泡沫合成过程中，向聚氨酯塑料泡沫合成原料中添加质量分数占0.50%的钙基功能有机复合材料进行改性得到改性聚氨酯塑料泡沫材质；所述钙基功能有机复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）按照质量比为6:3的比例称取氧化铝和羟基磷灰石共22克，研磨成粉后混合加入到烧杯中，在搅拌下向烧杯中加入110毫升浓硫酸，持续搅拌60分钟，冷却至25℃后，添加饱和碳酸钠溶液中和至pH值在3.6-3.8之间，然后向烧杯中加入5.0克偏铝酸钾，在60℃水浴加热下持续搅拌反应40分钟，静置2-3小时得到白色沉淀，进行过滤，使用去离子水洗涤5次，置于90℃烘箱中干燥4小时，得到复盐，研磨成100目大小的粉状备用；
（2）称取8.0克硫酸锆，溶解于65毫升去离子水中，在搅拌下加入步骤（1）制备得到的粉末状复盐，同时加入18毫升二甲基甲酰胺和4.3克2-硝基咪唑，持续搅拌30分钟后将混合物置于反应釜中，控制反应温度为300℃，反应时间为20小时，反应结束后自然冷却至室温，得到产物进行过滤，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤4次，然后置于干燥箱中，在100℃下干燥15小时，得到粉状产物即为所述钙基功能有机复合材料；
所述聚氨酯塑料泡沫合成原料按照重量份计由以下成分制成：聚醚多元醇135份、聚乙二醇78份、多亚甲基多苯基异氰酸酯200份、硅烷偶联剂2.0份、双氧水5.5份、二月桂酸二丁基锡4.0份、硅油3.0份、正己烷20份、蒸馏水4.0份。
作为对上述方案的进一步描述，所述改性聚氨酯塑料泡沫材质的制备方法为：称取所述重量份的原料，将聚乙二醇加热至75℃，搅拌熔融至液体，加入钙基功能有机复合材料，连续超声分散40分钟，与聚醚多元醇、硅烷偶联剂、二月桂酸二丁基锡、硅油、蒸馏水一同置于烧杯中，使用电动搅拌器高速搅拌20分钟，然后加入正己烷和双氧水，继续高速搅拌5分钟，最后加入多亚甲基多苯基异氰酸酯，快速搅拌6秒，将得到的混合物倒入模具中，在150℃下熟化3小时，即得所述改性聚氨酯塑料泡沫材质。
作为对上述方案的进一步描述，所述双氧水质量浓度为8.0%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述饱和碳酸钠溶液是在温度为25℃下配置得到的，pH值在9.8-10.2之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述浓硫酸质量浓度为98%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述制备得到的钙基功能有机复合材料粒径大小在0.5-1.0微米之间。
所述聚醚多元醇型号为LY-4110。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，省略所述钙基功能有机复合材料的制备添加，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，所述钙基功能有机复合材料制备中，省略所述氧化铝的添加，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，所述钙基功能有机复合材料制备中，使用氢氧化钙本发明中羟基磷灰石，其余保持一致。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，所述钙基功能有机复合材料制备中，省略步骤（1）所述偏铝酸钾的添加，其余保持一致。
对比例5
与实施例3的区别仅在于，所述钙基功能有机复合材料制备中，省略步骤（2）中硫酸锆的添加，其余保持一致。
对比例6
与实施例3的区别仅在于，所述钙基功能有机复合材料制备中，步骤（2）中反应温度为320℃，反应时间为15小时，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-6的方法提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能，以专利公开号为CN108409255A，发明名称为基于无机改性聚氨酯颗粒的防火保温板及其制备方法的涉及方法作为对照组，将各组制备得到的塑料泡沫剪切成尺寸为120毫米×60毫米×20毫米的试样，在相同的试验条件下对各组试样进行保温效果以及强度性能测试，数据达到稳定时，采集具有代表性的数据，所得实验数据为5组样品的平均值，保持试验中无关变量一致，统计有效平均值，结果如下表所示：
项目 导热系数（w/（m·k）） 耐火极限（小时） 断裂伸长率（%） 抗拉强度（MPa）
实施例1 0.013 4.2 67.6 15.8
实施例2 0.012 4.5 68.0 16.1
实施例3 0.014 4.0 67.8 15.9
对比例1 0.050 2.0 55.3 12.5
对比例2 0.038 3.1 61.0 13.7
对比例3 0.036 3.3 61.4 13.9
对比例4 0.033 3.5 62.7 14.3
对比例5 0.037 3.2 61.2 13.8
对比例6 0.022 3.9 65.8 15.4
对照组 0.048 1.5 49.2 8.6
（测试方法：导热系数的测定使用非接触式红外测温仪测定试样在不同时间的温度进行计算；耐火极限的测定：根据国家标准GB/T2408-1996规定的技术条件进行水平垂直燃烧测定）
本发明采用的提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法解决了现有的聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能不佳，针对的解决方法起不到本质作用的问题，提高了聚氨酯塑料泡沫保温管的保温隔热性能，延长了保温管的使用寿命，为聚氨酯塑料泡沫材料的开发提供了新的思路和方向，提高了硬质聚氨酯材料的开发利用，能够实现促进保温管技术行业的发展，提高在建筑、生物、节能环保等领域的应用价值的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。

Claims (6)

1.一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，其特征在于，在聚氨酯塑料泡沫合成过程中，向聚氨酯塑料泡沫合成原料中添加质量分数占0.45-0.50%的钙基功能有机复合材料进行改性得到改性聚氨酯塑料泡沫材质；所述钙基功能有机复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）按照质量比为5-6:2-3的比例称取氧化铝和羟基磷灰石共20-22克，研磨成粉后混合加入到烧杯中，在搅拌下向烧杯中加入100-110毫升浓硫酸，持续搅拌50-60分钟，冷却至20-25℃后，添加饱和碳酸钠溶液中和至pH值在3.6-3.8之间，然后向烧杯中加入4.5-5.0克偏铝酸钾，在55-60℃水浴加热下持续搅拌反应30-40分钟，静置2-3小时得到白色沉淀，进行过滤，使用去离子水洗涤3-5次，置于80-90℃烘箱中干燥3-4小时，得到复盐，研磨成80-100目大小的粉状备用；
（2）称取7.8-8.0克硫酸锆，溶解于60-65毫升去离子水中，在搅拌下加入步骤（1）制备得到的粉末状复盐，同时加入15-18毫升二甲基甲酰胺和4.1-4.3克2-硝基咪唑，持续搅拌20-30分钟后将混合物置于反应釜中，控制反应温度为270-300℃，反应时间为18-20小时，反应结束后自然冷却至室温，得到产物进行过滤，依次使用去离子水和无水乙醇洗涤3-4次，然后置于干燥箱中，在90-100℃下干燥12-15小时，得到粉状产物即为所述钙基功能有机复合材料；
所述聚氨酯塑料泡沫合成原料按照重量份计由以下成分制成：聚醚多元醇130-135份、聚乙二醇75-78份、多亚甲基多苯基异氰酸酯195-200份、硅烷偶联剂1.7-2.0份、双氧水5.0-5.5份、二月桂酸二丁基锡3.6-4.0份、硅油2.7-3.0份、正己烷18-20份、蒸馏水3.5-4.0份；所述聚醚多元醇型号为LY-4110。
2.如权利要求1所述一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，其特征在于，所述改性聚氨酯塑料泡沫材质的制备方法为：称取所述重量份的原料，将聚乙二醇加热至70-75℃，搅拌熔融至液体，加入钙基功能有机复合材料，连续超声分散30-40分钟，与聚醚多元醇、硅烷偶联剂、二月桂酸二丁基锡、硅油、蒸馏水一同置于烧杯中，使用电动搅拌器高速搅拌15-20分钟，然后加入正己烷和双氧水，继续高速搅拌3-5分钟，最后加入多亚甲基多苯基异氰酸酯，快速搅拌5-6秒，将得到的混合物倒入模具中，在140-150℃下熟化2-3小时，即得所述改性聚氨酯塑料泡沫材质。
3.如权利要求1所述一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，其特征在于，所述双氧水质量浓度为7.5-8.0%。
4.如权利要求1所述一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，其特征在于，步骤（1）所述饱和碳酸钠溶液是在温度为25℃下配置得到的，pH值在9.8-10.2之间。
5.如权利要求1所述一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，其特征在于，步骤（1）所述浓硫酸质量浓度为96-98%。
6.如权利要求1所述一种提高聚氨酯塑料泡沫保温管保温隔热性能的方法，其特征在于，步骤（2）所述制备得到的钙基功能有机复合材料粒径大小在0.5-1.0微米之间。
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