CN110591037A - 全水软质阻燃低密度组合聚醚、聚氨酯泡沫、断桥铝及其制备方法 - Google Patents

全水软质阻燃低密度组合聚醚、聚氨酯泡沫、断桥铝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种全水软质阻燃低密度组合聚醚，其由下述原料组分制成：聚合物多元醇；阻燃聚醚多元醇；泡沫稳定剂；开孔剂；催化剂；以及化学发泡剂；所述聚合物多元醇的官能度为3，羟值为20‑30mgKOH/g，其25℃下的粘度≤6500mPa·s；所述阻燃聚醚多元醇的羟值为160‑220mgKOH/g，其25℃下的粘度为4000‑8000mPa·s。本申请还涉及一种全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫及其制备方法。本申请还涉及一种阻燃隔音断桥铝及其制备方法。使用本文所述的组合聚醚制备的聚氨酯泡沫模塑密度低于15kg/m3，且具有优异的阻燃和隔音性能。

Description

全水软质阻燃低密度组合聚醚、聚氨酯泡沫、断桥铝及其制备 方法
技术领域
本申请涉及聚氨酯技术领域。具体来说，本申请涉及一种全水软质阻燃低密度组合聚醚，源自该组合聚醚的全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫及其制备方法，以及包括该聚氨酯泡沫的阻燃隔音断桥铝及其制备方法。
背景技术
随着社会对节能环保的要求不断提高，建筑结构的保温技术也在日益改进，建筑主体结构保温已经成为我国重要的建筑节能技术。窗户是建筑主体必不可少的一部分，给室内带来光明、生机。在寒冷的冬季，窗户也是居室的保温屏障，为了提高门窗保温性能，断桥铝合金窗正在取代传统铝合金窗成为受追捧的新型建筑材料。
断桥铝门窗型材由铝合金型材和热塑性混合材料隔热条组合而成，包括滚压式隔热铝合金型材和发泡式隔热铝型材。发泡式隔热铝型材利用隔热条把内、外层铝型材连接嵌装成一体，在形成的隔热腔内填充聚氨酯泡沫，成为隔热铝合金型材"冷桥"，达到保温，节能的功效。但现在市场上传统的发泡式断桥铝型材存在一些不足。首先，传统的门窗填充用发泡材料基本使用HFC-141b为发泡剂，这对臭氧层仍有破坏作用，而且其在建筑行业即将面临淘汰急需开发新的体系进行替代。另外，传统门窗用发泡材料密度均比较高(30-500kg/m3)，根据现有按重量计算价格的方式，不仅增加消费者的购买成本，同时还增加运输和安装成本。最后，普通聚氨酯泡沫塑料在不做阻燃的情况下极易燃烧，发泡式隔热铝型材作为建筑材料又要求其必须有更高的阻燃性，因此必须要对泡沫进行阻燃改性。
为此，本领域迫切需要开发一种全水发泡体系阻燃低密度开孔聚氨酯。
发明内容
本申请之目的在于提供一种全水软质阻燃低密度组合聚醚，从而解决上述现有技术中的技术问题。本申请通过选用特定聚合物多元醇和阻燃聚醚多元醇来制备阻燃组合聚醚，且对由该阻燃组合聚醚制备的聚氨酯泡沫进行开孔处理，同时使用开孔硅油进一步增加开孔率，使得填充了发泡材料的断桥铝材具有更好的隔音性能。
本申请之目的还在于提供一种聚氨酯泡沫，其由异氰酸酯类化合物和上述全水软质阻燃低密度组合聚醚制成。
本申请之目的还在于提供一种如上所述的聚氨酯泡沫的制备方法。
本申请之目的还在于提供一种制备阻燃隔音断桥铝的方法，所述方法包括将如上所述的全水软质阻燃组合聚醚和聚合异氰酸酯混合均匀，然后通过穿条方式注射在断桥铝空腔内，熟化预定时间段，得到所述阻燃隔音断桥铝。
本申请之目的还在于提供一种通过如上所述方法制备的阻燃隔音断桥铝。
为了解决上述技术问题，本申请提供下述技术方案。
在第一方面中，本申请提供一种全水软质阻燃低密度组合聚醚，其特征在于，所述全水软质阻燃低密度组合聚醚由下述原料组分制成：聚合物多元醇；阻燃聚醚多元醇；泡沫稳定剂；开孔剂；催化剂；以及化学发泡剂；
其中，所述聚合物多元醇的官能度为3，羟值为20-30mgKOH/g，其25℃下的粘度≤6500mPa·s；
其中，所述阻燃聚醚多元醇的羟值为160-220mgKOH/g，其25℃下的粘度为4000-8000mPa·s。
在第一方面的一种实施方式中，以重量份数为基准计，所述全水软质阻燃低密度组合聚醚的原料组分包括：聚合物多元醇组分30-60份，阻燃聚醚多元醇组分40-70份，催化剂3-5份，泡沫稳定剂0.5-3份，开孔剂1-3份，水15-30份。
在第一方面的一种实施方式中，所述聚合物多元醇通过苯乙烯或者丙烯腈与聚醚多元醇接枝共聚来制备；
所述阻燃聚醚多元醇为磷卤协同的芳香族阻燃多元醇；
所述泡沫稳定剂为聚氨酯硬泡用硅油类泡沫稳定剂；
所述开孔剂为聚氨酯软泡用硅油类泡沫稳定剂；
所述催化剂为胺类催化剂和/或有机金属催化剂；
所述化学发泡剂为水。
在第一方面的一种实施方式中，所述聚合物多元醇为为山东蓝星东大化工有限责任公司生产的POP93/28,POP36/28和句容宁武新材料股份有限公司生产的NJ-3648,NJ-3728,NJ-9328中的一种或几种；
所述阻燃聚醚多元醇为万华化学集团股份有限公司生产的FR1830和/或FR2026；
所述泡沫稳定剂为江苏美思德化学股份有限公司生产的泡沫稳定剂AK8872和/或AK8839A和迈图有机硅材料有限公司生产的L6863和BL8545中的一种或几种；
所述开孔剂为江苏美思德化学股份有限公司生产的泡沫稳定剂AK6688,和/或AK6688LV；
所述胺类催化剂为叔胺类催化剂。
在第一方面的一种实施方式中，所述催化剂为双(二甲氨基乙基)醚A1，PMDETA,DABCO-T,K-15中的一种或几种。
在第二方面中，本申请提供一种全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫由异氰酸酯类化合物以及如第一方面所述的全水软质阻燃低密度组合聚醚制成。
在第二方面的一种实施方式中，所述全水软质阻燃低密度组合聚醚与所述的异氰酸酯类化合物的质量比为1:1-1:1.05。
在第三方面中，本申请提供一种制备如第二方面所述的全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫的方法，其特征在于，所述方法包括将所述异氰酸酯类化合物与全水软质阻燃组合聚醚混合均匀，然后熟化预定时间段，得到所述全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫。
在第四方面中，本申请提供一种制备阻燃隔音断桥铝的方法，其特征在于，所述方法包括将如第一方面所述的全水软质阻燃组合聚醚和聚合异氰酸酯混合均匀，然后通过穿条方式注射在断桥铝空腔内，熟化预定时间段，得到所述阻燃隔音断桥铝。
在第五方面中，本申请提供一种通过如第四方面所述的方法制备的阻燃隔音断桥铝。
与现有技术相比，本发明的积极效果在于：
(1)本申请使用水作为发泡剂，环保，避免了HCFC-141b发泡体系对臭氧层的破坏；
(2)本申请的断桥铝门窗用发泡材料具有较低的密度，模塑密度低于15kg/m3；
(3)本申请制备的断桥铝门窗用发泡材料具有较好的阻燃性,氧指数大于24％；以及
(4)本申请制备的断桥铝门窗用发泡材料具有良好的隔音效果，开孔率高达90％以上。
具体实施方式
除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，否则本申请中所有的份数和百分比都基于重量，且所用的测试和表征方法都是与本申请的提交日期同步的。在适用的情况下，本申请中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计、聚合物、共聚单体、引发剂或催化剂等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。
本申请中的数字范围是近似值，因此除非另有说明，否则其可包括范围以外的数值。数值范围包括以1个单位增加的从下限值到上限值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果记载组分、物理或其它性质(如分子量，熔体指数等)是100至1000，意味着明确列举了所有的单个数值，例如100，101,102等，以及所有的子范围，例如100到166,155到170,198到200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1，1.5等)的范围，则适当地将1个单位看作0.0001，0.001，0.01或者0.1。对于包含小于10(例如1到5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是想要表达的内容的具体示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合都被认为清楚记载在本申请中。还应指出，本文中的术语“第一”、“第二”等不限定先后顺序，只是为了区分不同结构的物质。
关于化学化合物使用时，除非明确地说明，否则单数包括所有的异构形式，反之亦然(例如，“己烷”单独地或共同地包括己烷的全部异构体)。另外，除非明确地说明，否则用“一个”，“一种”或“该”形容的名词也包括其复数形式。
术语“包含”，“包括”，“具有”以及它们的派生词不排除任何其它的组分、步骤或过程的存在，且与这些其它的组分、步骤或过程是否在本申请中披露无关。为消除任何疑问，除非明确说明，否则本申请中所有使用术语“包含”，“包括”，或“具有”的组合物可以包含任何附加的添加剂、辅料或化合物。相反，除了对操作性能所必要的那些，术语“基本上由……组成”将任何其他组分、步骤或过程排除在任何该术语下文叙述的范围之外。术语“由……组成”不包括未具体描述或列出的任何组分、步骤或过程。除非明确说明，否则术语“或”指列出的单独成员或其任何组合。
在第一方面中，本申请提供一种全水软质阻燃低密度组合聚醚，其由下述原料组分制成：聚合物多元醇；阻燃聚醚多元醇；泡沫稳定剂；开孔剂；催化剂；化学发泡剂。
在一种具体实施方式中，所述聚合物多元醇为苯乙烯和丙烯腈在聚醚中接枝聚合而成。较佳地，所述聚合物多元醇为山东蓝星东大化工有限责任公司生产的POP93/28,POP36/28,HPO40，官能度为3，羟值为20-30mgKOH/g，其25℃下的粘度均为≤6500mPa·s，水分小于0.05wt％。
在本文中，术语“聚合物多元醇(POP)”指一种具有特殊性能的改性聚醚多元醇，其以聚醚多元醇(PPG)为母体，与丙烯腈(An)、苯乙烯(St)等乙烯基单体接枝共聚制得，是聚醚多元醇、接枝聚醚多元醇、苯乙烯与丙烯腈等乙烯基单体的共聚物或自聚物组成的共混体系。
在一种具体实施方式中，所述阻燃聚醚多元醇为磷卤协同的芳香族阻燃聚醚多元醇。较佳地，所述阻燃聚醚多元醇为万华化学集团股份有限公司生产的FR1830,FR2026,其羟值为160-220mgKOH/g，其2 5℃下的粘度为4000-8000mPa·s，水分小于0.15wt％。
在一种具体实施方式中，所述泡沫稳定剂为硅油类泡沫稳定剂，较佳地为江苏美思德化学股份有限公司生产的聚氨酯硬泡用泡沫稳定剂AK8872和AK8839A。
在一种具体实施方式中，所述开孔剂为硅油类泡沫稳定剂，较佳地为江苏美思德化学股份有限公司生产的聚氨酯软泡用泡沫稳定剂AK6688和AK6688LV。
在一种具体实施方式中，所述催化剂为胺类催化剂和/或有机金属催化剂。较佳地，所述胺类催化剂为叔胺类催化剂。更佳地，所述催化剂为双(二甲氨基乙基)醚A1，PMDETA,DABCO-T,K-15中的一种或几种。
在一种具体实施方式中，所述化学发泡剂为水。
在一种具体实施方式中，所述组合聚醚的各组分的重量份数为：聚合物多元醇组分30-60份，阻燃聚醚多元醇组分40-70份，催化剂3-5份，泡沫稳定剂0.5-3份，开孔剂1-3份，水15-30份。
在第二方面中，本申请提供一种全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫由异氰酸酯类化合物以及如上所述的全水软质阻燃低密度组合聚醚制成。
在一种具体实施方式中，所述全水软质阻燃低密度组合聚醚与所述的异氰酸酯类化合物的质量比为1:1-1:1.05。
在第三方面中，本申请提供一种制备如第二方面所述的全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫的方法，其特征在于，所述方法包括将所述异氰酸酯类化合物与全水软质阻燃组合聚醚混合均匀，然后熟化预定时间段，得到所述全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫。
在第四方面中，本申请提供一种制备阻燃隔音断桥铝的方法，所述方法包括将如第一方面所述的全水软质阻燃组合聚醚、聚合异氰酸酯混合均匀后通过穿条方式注射在断桥铝空腔内，经过预定熟化时间，即可得到所述隔音型断桥铝材料。
所述的聚合异氰酸酯可为本领域常规使用的异氰酸酯类化合物。考虑到实际使用效果，优选为多苯基多亚甲基多异氰酸酯，购于拜耳材料科技(中国)有限公司。
所述的组合聚醚与所述的异氰酸酯类化合物的质量比较佳地为1:1-1:1.05。
所述混合的方法和条件可以是本领域常规的方法和条件，所述混合的温度为本领域常规，优选为10-35℃。所述混合的操作较佳地按下述步骤进行：在转速1500-2500转/秒(r/s)下搅拌3-5s。
在第五方面中，本申请提供一种通过如第四方面所述的方法制备的断桥铝。
在不违背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。
本发明中的百分比为各成分占原料总量的质量百分比。
实施例
下面将结合本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。如无特别说明，所用的试剂和原材料都可通过商业途径购买。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。
实施例一
将聚合物多元醇POP93/28(30份)和阻燃聚醚多元醇FR8130(70份)置于反应釜中，依次加入硅油AK8872(1份)、开孔剂AK6688(1份)、催化剂A1(0.1份)、K15(1份)和水(20份)，搅拌均匀制得组合聚醚。然后使组合聚醚与PAPI以质量比1:1使用低压发泡机混合，通过穿条发泡方式注入断桥铝型材中，室温下发泡3分钟成型后即得根据实施例1的门窗型材。
实施例二
将聚合物多元醇POP36/28(40份)、阻燃聚醚多元醇FR2026(60份)、硅油AK8836A(2份)、开孔剂AK6688LV(1.2份)、催化剂DABCO-T(0.5份)、PMDETA(0.5份)和水(30份)，搅拌均匀制得组合聚醚。然后使组合聚醚与PAPI以质量比1:1使用低压发泡机混合，通过穿条发泡方式注入断桥铝型材中，室温下发泡3分钟成型后即得根据实施例2的门窗型材。
实施例三
将聚合物多元醇POP93/28(30份)、HPO40(20份)、阻燃聚醚多元醇FR8130(25份)和FR2026(25份)置于反应釜中，依次加入硅油AK8872(0.5份)、开孔剂AK6688LV(2份)、催化剂A1(0.02份)、DABCO-T(1份)、K15(1份)和水(23份)搅拌均匀制得组合聚醚。然后使组合聚醚与PAPI以质量比1:1.05使用低压发泡机混合，通过穿条发泡方式注入断桥铝型材中，室温下发泡3分钟成型后即得根据实施例3的门窗型材。
实施例四
将聚合物多元醇HPO40(70份)、阻燃聚醚多元醇FR8130(10份)、FR2026(20份)置于反应釜中，依次加入硅油AK8872(0.5份)、AK8836A(0.5份)、开孔剂AK6688(1.5份)、催化剂DABCO-T(1份)、K15(2份)和水(15份)，搅拌均匀制得组合聚醚。然后使组合聚醚与PAPI以质量比1:1.05使用低压发泡机混合，通过穿条发泡方式注入断桥铝型材中，室温下发泡成型后即得根据实施例4的门窗型材。
对实施例1～4制得的门窗型材中的聚氨酯泡沫进行效果测试。在效果测试中，各项效果根据以下标准测定：
模塑密度：GB6343-1995；
导热系数：GB/T 10295-2008；
开孔率：GB10799-2008；
氧指数：GB/T 2406-1993
测试结果如下表1所示：
表1实施例1-4的门窗型材的效果数据。
性能 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
模塑密度kg/m3 12.3 10.7 11.1 13.6
导热系数(mW/m.k) 22.2 22.5 22.2 21.9
开孔率(％) 91 92.3 93 92.5
氧指数(％) 25.6 25.1 25 24.4
从上述效果数据可知，通过本申请的组合聚醚制备的聚氨酯泡沫具有低于15kg/m3的模塑密度，且同时具有大于90％的开孔率和大于24％的氧指数。这表明本文所述的低密度聚氨酯泡沫同时具有优异的隔音和阻燃性能。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (10)

1.一种全水软质阻燃低密度组合聚醚，其特征在于，所述全水软质阻燃低密度组合聚醚由下述原料组分制成：聚合物多元醇；阻燃聚醚多元醇；泡沫稳定剂；开孔剂；催化剂；以及化学发泡剂；
其中，所述聚合物多元醇的官能度为3，羟值为20-30mgKOH/g，其25℃下的粘度≤6500mPa·s；
其中，所述阻燃聚醚多元醇的羟值为160-220mgKOH/g，其25℃下的粘度为4000-8000mPa·s。
2.如权利要求1所述的全水软质阻燃低密度组合聚醚，其特征在于，以重量份数为基准计，所述全水软质阻燃低密度组合聚醚的原料组分包括：聚合物多元醇组分30-60份，阻燃聚醚多元醇组分40-70份，催化剂3-5份，泡沫稳定剂0.5-3份，开孔剂1-3份，水15-30份。
3.如权利要求1或2所述的全水软质阻燃低密度组合聚醚，其特征在于，所述聚合物多元醇通过苯乙烯或者丙烯腈与聚醚多元醇接枝共聚来制备；
所述阻燃聚醚多元醇为磷卤协同的芳香族阻燃多元醇；
所述泡沫稳定剂为聚氨酯硬泡用硅油类泡沫稳定剂；
所述开孔剂为聚氨酯软泡用硅油类泡沫稳定剂；
所述催化剂为胺类催化剂和/或有机金属催化剂；
所述化学发泡剂为水。
4.如权利要求3所述的全水软质阻燃低密度组合聚醚，其特征在于，所述聚合物多元醇为POP93/28,POP36/28，HPO40(山东蓝星东大化工有限责任公司)和NJ-3648,NJ-3728,NJ-9328(句容宁武新材料股份有限公司)中的一种或几种；
所述阻燃聚醚多元醇为万华化学集团股份有限公司生产的FR1830和/或FR2026；
所述泡沫稳定剂为江苏美思德化学股份有限公司生产的泡沫稳定剂AK8872和/或AK8839A；
所述开孔剂为江苏美思德化学股份有限公司生产的泡沫稳定剂AK6688和/或AK6688和迈图有机硅材料有限公司生产的L6863和BL8545中的一种或几种；
所述胺类催化剂为叔胺类催化剂。
5.如权利要求4所述的全水软质阻燃低密度组合聚醚，其特征在于，所述催化剂为双(二甲氨基乙基)醚A1，PMDETA,DABCO-T,K-15中的一种或几种。
6.一种全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫由异氰酸酯类化合物以及如权利要求1-5中任一项所述的全水软质阻燃低密度组合聚醚制成。
7.如权利要求6所述的全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述全水软质阻燃低密度组合聚醚与所述的异氰酸酯类化合物的质量比为1:1-1:1.05。
8.一种制备如权利要求6所述的全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫的方法，其特征在于，所述方法包括将所述异氰酸酯类化合物与全水软质阻燃组合聚醚混合均匀，然后熟化预定时间段，得到所述全水软质阻燃低密度聚氨酯泡沫。
9.一种制备阻燃隔音断桥铝的方法，其特征在于，所述方法包括将如权利要求1-5中任一项所述的全水软质阻燃组合聚醚和聚合异氰酸酯混合均匀，然后通过穿条方式注射在断桥铝空腔内，熟化预定时间段，得到所述阻燃隔音断桥铝。
10.一种通过如权利要求9所述的方法制备的阻燃隔音断桥铝。
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