CN110054751A - 一种自控温阻燃聚氨酯保温材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自控温阻燃聚氨酯保温材料及其制备方法，由A组分和B组分组成，其含有三种不同温度阶梯的相变材料微胶囊，能在聚氨酯保温材料制备时通过相变吸热的作用有效的降低反应温度，从而能提高聚氨酯保温材料的力学性能；A组分中含有的水玻璃能与B组分中的多异氰酸酯反应，从而使聚氨酯保温材料从内部结构上进行阻燃；采用的可膨胀石墨微胶囊避免了可膨胀石墨在改善阻燃性能的同时减低材料力学性能的弊病；同时三种不同温度阶梯的相变材料微胶囊能使聚氨酯保温材料在使用过程中高温吸热、低温放热，从而实现自控温阻燃聚氨酯保温材料在建筑上应用后，使建筑具有安全、绿色、节能与环保的优点。

Description

一种自控温阻燃聚氨酯保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种保温材料及其制备方法，特别是一种自控温阻燃聚氨酯保温材料及其制备方法。
背景技术
随着经济和社会的发展，能源问题越来越成为制约我国经济和社会发展的一大考验。为了提升建筑工程的生态效益、社会效益以及经济效益，全国范围内的绿色建筑以及节能建筑的推广力度也在不断增大。建筑能耗约占社会总能耗的30％，成为节能减排中的一个重要组成部分。在建筑能耗中，建筑围护结构约占70％～80％。因此，提高建筑围护结构的保温隔热性能极为关键。建筑保温材料一方面可减少室内热量向室外扩散，起到保温的作用；另一方面，也可阻止室外的高温向室内热传导，起到隔热作用，从而有效降低空调负荷和空调能耗，成为建筑节能的关键环节。聚氨酯保温材料是目前保温行业中隔热性能最好的保温材料之一，并且聚氨酯本身具有质量轻、导热系数低、耐热性好、耐老化、容易与其他材料黏结、燃烧时不产生熔滴等优异性能，目前已广泛用于建筑物的屋顶、墙体、天花板等的保温隔热。然而，聚氨酯材料的缺点是易燃，且在燃烧过程中生成大量烟气，烟气会对环境造成污染并对人员安全造成严重威胁。此外，聚氨酯保温材料尚不具有自控温的能力，在制备过程中固化会放出热量，使其蓄热温度过高，严重影响聚氨酯保温材料的力学性能；同时，现有聚氨酯保温材料还不具有高温时吸收热量，低温时放出热量的功能。如专利号为：ZL201210123159.3的发明专利公开了一种自限温聚氨酯注浆材料及其制备方法，该方法在材料中引入了沸点在66℃～130℃之间可调的自限温添加剂减低蓄热温度。虽然该方法解决了固化反应时聚氨酯保温材料的蓄热高温问题，但是由于自限温添加剂的吸热气化，无法在保温材料中继续实现高温吸热、低温放热的功效。因此，急需开发一种能重复自控温、阻燃的聚氨酯保温材料，从而实现建筑的绿色节能要求。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种自控温阻燃聚氨酯保温材料及其制备方法，降低固化反应时蓄热温度，从而使制备的聚氨酯保温材料力学性能提高且高效阻燃，另外具有高温吸热、低温放热的自控温特性，从而实现建筑的绿色节能环保。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，由A组分和B组分组成；
其中A组分按照质量百分比的配料如下：甲醛8％～34％、苯酚5％～16％、水玻璃18％～25％、二异丙醇胺0.1％～2％、聚醚多元醇50％～75％、发泡剂1％～3％、泡沫稳定剂0.5％～4％、催化剂1％～4％、消烟剂2％～6％和去离子水1％～5％；
B组分按照质量百分比的配料如下：多异氰酸酯65％～90％、相变温度为20～30℃的相变微胶囊10％～20％、相变温度为45～55℃的相变微胶囊5％～15％、相变温度为65～75℃的相变微胶囊5％～15％、可膨胀石墨微胶囊5％～10％和有机阻燃剂3％～10％；
所述A组分和B组分的质量配比为1：1.4～1.8。
进一步，所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃、钠钾水玻璃中的一种或几种的混合物，且模数为2.0～2.6。
进一步，所述发泡剂为一氟二氯乙烷、五氟丁烷、正戊烷中的一种或多种混合物。
进一步，所述催化剂为三(二甲氨丙基)胺、三亚乙基二胺、二丁基锡二月桂酸酯、羟乙基亚丙基二胺中的一种或几种混合物。
进一步，所述多异氰酸酯的-NCO含量为32％～55％，多异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种混合物。
进一步，所述相变温度为25～40℃的相变微胶囊，其囊壁材料为密胺树脂或脲醛树脂、囊芯材料为正十八烷与石蜡按1～2.5的比例混合而成。
进一步，所述相变温度为45～55℃的相变微胶囊，其囊壁材料为密胺树脂或脲醛树脂、囊芯材料为正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷和正二十六烷中的两种或两种以上混合而成。
进一步，所述相变温度为65～75℃的相变微胶囊，其囊壁材料为密胺树脂或脲醛树脂、囊芯材料为正三十烷、正三十二烷、正三十三烷和正三十四烷中的两种或两种以上混合而成。
进一步，所述有机阻燃剂为甲基膦酸二甲酯、四(2-氯乙基)二亚乙基醚二磷酸酯、三(2-羧乙基)膦、三(1,3-二氯异丙基)磷酸酯中的两种或两种以上混合而成。
一种根据权利要求1所述自控温阻燃聚氨酯保温材料的制备方法，具体步骤为：
第一步：在PH值为7～7.2的弱碱性条件下，将甲醛与苯酚依次加入反应釜，升温至60℃保温0.9h～1.1h，然后升温至75℃加入二异丙醇胺，保温反应2h后继续升温至90℃至反应终点，抽真空1h，解除真空后降温至60℃后，得到多羟基酚醛树脂；
第二步：将多羟基酚醛树脂和聚醚多元醇加入反应釜，在60℃下搅拌0.5h，得到多羟基酚醛树脂改性聚醚；然后将水玻璃、发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂、消烟剂和去离子水，加入多羟基酚醛树脂改性聚醚中，充分搅拌后得到A组分；
第三步：将相变温度为20～30℃的相变微胶囊、相变温度为45～55℃的相变微胶囊、相变温度为65～75℃的相变微胶囊、可膨胀石墨微胶囊与有机阻燃剂按比例加入多异氰酸酯中，充分搅拌后得到B组分；
第四步：将A组分与B组分按1：1.4～1.8进行混合，然后高速搅拌均匀并在常温下进行反应，最终得到自控温阻燃聚氨酯保温材料。
与现有技术相比，本发明的自控温阻燃聚氨酯保温材料含有三种不同温度阶梯的相变材料微胶囊，能在聚氨酯保温材料制备时通过相变吸热的作用有效的降低反应温度，从而能提高聚氨酯保温材料的力学性能。A组分中含有的水玻璃能与B组分中的多异氰酸酯反应，从而使聚氨酯保温材料从内部结构上进行阻燃；采用的可膨胀石墨微胶囊避免了可膨胀石墨在改善阻燃性能的同时减低材料力学性能的弊病；同时在三种不同温度阶梯的相变材料微胶囊的吸热功能下，外加有机阻燃剂的作用，实现聚氨酯保温材料的高效阻燃。此外，三种不同温度阶梯的相变材料微胶囊能使聚氨酯保温材料在使用过程中由于相变作用具有高温吸热、低温放热，从而实现自控温阻燃聚氨酯保温材料在建筑上应用后，使建筑具有安全、绿色、节能与环保的优点。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步说明。
一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，由A组分和B组分组成；
其中A组分按照质量百分比的配料如下：甲醛8％～34％、苯酚5％～16％、水玻璃18％～25％、二异丙醇胺0.1％～2％、聚醚多元醇50％～75％、发泡剂1％～3％、泡沫稳定剂0.5％～4％、催化剂1％～4％、消烟剂2％～6％和去离子水1％～5％；
B组分按照质量百分比的配料如下：多异氰酸酯65％～90％、相变温度为20～30℃的相变微胶囊10％～20％、相变温度为45～55℃的相变微胶囊5％～15％、相变温度为65～75℃的相变微胶囊5％～15％、可膨胀石墨微胶囊5％～10％和有机阻燃剂3％～10％；
所述A组分和B组分的质量配比为1：1.4～1.8。
进一步，所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃、钠钾水玻璃中的一种或几种的混合物，且模数为2.0～2.6。
进一步，所述发泡剂为一氟二氯乙烷、五氟丁烷、正戊烷中的一种或多种混合物。
进一步，所述催化剂为三(二甲氨丙基)胺、三亚乙基二胺、二丁基锡二月桂酸酯、羟乙基亚丙基二胺中的一种或几种混合物。
进一步，所述多异氰酸酯的-NCO含量为32％～55％，多异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种混合物。
进一步，所述相变温度为25～40℃的相变微胶囊，其囊壁材料为密胺树脂或脲醛树脂、囊芯材料为正十八烷与石蜡按1～2.5的比例混合而成。
进一步，所述相变温度为45～55℃的相变微胶囊，其囊壁材料为密胺树脂或脲醛树脂、囊芯材料为正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷和正二十六烷中的两种或两种以上混合而成。
进一步，所述相变温度为65～75℃的相变微胶囊，其囊壁材料为密胺树脂或脲醛树脂、囊芯材料为正三十烷、正三十二烷、正三十三烷和正三十四烷中的两种或两种以上混合而成。
进一步，所述有机阻燃剂为甲基膦酸二甲酯、四(2-氯乙基)二亚乙基醚二磷酸酯、三(2-羧乙基)膦、三(1,3-二氯异丙基)磷酸酯中的两种或两种以上混合而成。
一种根据权利要求1所述自控温阻燃聚氨酯保温材料的制备方法，具体步骤为：
第一步：在PH值为7～7.2的弱碱性条件下，将甲醛与苯酚依次加入反应釜，升温至60℃保温0.9h～1.1h，然后升温至75℃加入二异丙醇胺，保温反应2h后继续升温至90℃至反应终点，抽真空1h，解除真空后降温至60℃后，得到多羟基酚醛树脂；
第二步：将多羟基酚醛树脂和聚醚多元醇加入反应釜，在60℃下搅拌0.5h，得到多羟基酚醛树脂改性聚醚；然后将水玻璃、发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂、消烟剂和去离子水，加入多羟基酚醛树脂改性聚醚中，充分搅拌后得到A组分；
第三步：将相变温度为20～30℃的相变微胶囊、相变温度为45～55℃的相变微胶囊、相变温度为65～75℃的相变微胶囊、可膨胀石墨微胶囊与有机阻燃剂按比例加入多异氰酸酯中，充分搅拌后得到B组分；
第四步：将A组分与B组分按1：1.4～1.8进行混合，然后高速搅拌均匀并在常温下进行反应，最终得到自控温阻燃聚氨酯保温材料。
上述的泡沫稳定剂为AK-8805硅油、AK-8806硅油、AK-8807硅油中的一种或几种混合物。上述的消烟剂为Reogard STG消烟剂。

Claims (10)

1.一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，其特征在于，由A组分和B组分组成；
其中A组分按照质量百分比的配料如下：甲醛8％～34％、苯酚5％～16％、水玻璃18％～25％、二异丙醇胺0.1％～2％、聚醚多元醇50％～75％、发泡剂1％～3％、泡沫稳定剂0.5％～4％、催化剂1％～4％、消烟剂2％～6％和去离子水1％～5％；
B组分按照质量百分比的配料如下：多异氰酸酯65％～90％、相变温度为20～30℃的相变微胶囊10％～20％、相变温度为45～55℃的相变微胶囊5％～15％、相变温度为65～75℃的相变微胶囊5％～15％、可膨胀石墨微胶囊5％～10％和有机阻燃剂3％～10％；
所述A组分和B组分的质量配比为1：1.4～1.8。
2.根据权利要求1所述的一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，其特征在于，所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃、钠钾水玻璃中的一种或几种的混合物，且模数为2.0～2.6。
3.根据权利要求1所述的一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，其特征在于，所述发泡剂为一氟二氯乙烷、五氟丁烷、正戊烷中的一种或多种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，其特征在于，所述催化剂为三(二甲氨丙基)胺、三亚乙基二胺、二丁基锡二月桂酸酯、羟乙基亚丙基二胺中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，其特征在于，所述多异氰酸酯的-NCO含量为32％～55％，多异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，其特征在于，所述相变温度为25～40℃的相变微胶囊，其囊壁材料为密胺树脂或脲醛树脂、囊芯材料为正十八烷与石蜡按1～2.5的比例混合而成。
7.根据权利要求1所述的一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，其特征在于，所述相变温度为45～55℃的相变微胶囊，其囊壁材料为密胺树脂或脲醛树脂、囊芯材料为正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷和正二十六烷中的两种或两种以上混合而成。
8.根据权利要求1所述的一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，其特征在于，所述相变温度为65～75℃的相变微胶囊，其囊壁材料为密胺树脂或脲醛树脂、囊芯材料为正三十烷、正三十二烷、正三十三烷和正三十四烷中的两种或两种以上混合而成。
9.根据权利要求1所述的一种自控温阻燃聚氨酯保温材料，其特征在于，所述有机阻燃剂为甲基膦酸二甲酯、四(2-氯乙基)二亚乙基醚二磷酸酯、三(2-羧乙基)膦、三(1,3-二氯异丙基)磷酸酯中的两种或两种以上混合而成。
10.一种根据权利要求1所述自控温阻燃聚氨酯保温材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：在PH值为7～7.2的弱碱性条件下，将甲醛与苯酚依次加入反应釜，升温至60℃保温0.9h～1.1h，然后升温至75℃加入二异丙醇胺，保温反应2h后继续升温至90℃至反应终点，抽真空1h，解除真空后降温至60℃后，得到多羟基酚醛树脂；
第二步：将多羟基酚醛树脂和聚醚多元醇加入反应釜，在60℃下搅拌0.5h，得到多羟基酚醛树脂改性聚醚；然后将水玻璃、发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂、消烟剂和去离子水，加入多羟基酚醛树脂改性聚醚中，充分搅拌后得到A组分；
第三步：将相变温度为20～30℃的相变微胶囊、相变温度为45～55℃的相变微胶囊、相变温度为65～75℃的相变微胶囊、可膨胀石墨微胶囊与有机阻燃剂按比例加入多异氰酸酯中，充分搅拌后得到B组分；
第四步：将A组分与B组分按1：1.4～1.8进行混合，然后高速搅拌均匀并在常温下进行反应，最终得到自控温阻燃聚氨酯保温材料。
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