CN112661932A - 一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，由组分A和组分B组成，组分A为聚醚多元醇a、聚醚多元醇b、有机硅表面活性剂、催化剂、交联剂、水混合而成；组分B为多苯基多亚甲基多异氰酸酯；组分A和组分B质量比例为100：145‑160。本发明采用水作为化学发泡剂，水与异氰酸酯反应生成二氧化碳(CO2)起到发泡作用，达到真正环保；并通过合理设计配方得到的硬质聚氨酯泡沫具有良好的保温性能和机械性能。

Description

一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物
技术领域
本发明涉及一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯原料组合物及其使用方法，属于化学合成技术领域。
背景技术
聚氨酯保温管道以其优异的保温性能被广泛用于蒸汽热力管道和石油、天然气输送管道；随着国家城镇化发展及国家石油、天然气陆地管道运输战略推进，聚氨酯保温管道的需求量越来越大。目前，聚氨酯保温管道制造以“浇注法”成型工艺为主，生产过程中发泡原料延轴向长距离流动，存在管道保温泡沫密度梯度大、泡沫体中有空洞和泡沫延轴向拉伸等问题；造成泡沫的原料用量多、保温性能差和抗压强度低、收缩等问题。
近两年国内大型的管道生产企业相继引进喷涂缠绕管道生产线，该生产方式成功的解决了浇注法生产工艺存在的问题，然而原材料选择面临局限，相对成熟的的喷涂型原料技术主要由科思创、亨斯迈等外企企业掌握，产品的相对价格高。国内企业也有相应研究，专利CN103694435A公开了喷涂型管道专用环保型组合聚醚及其制备方法，而其采用HFC-245fa作为物理发泡剂，HFC-245fa为高温室气体物质，温室效应值为1030；其为过渡性第三代物理发泡剂，目前在欧美发达国家开始禁止使用，全球范围内截至2035年；245的价格昂贵，成本高。但是如不使用物理发泡剂，产品的物理指标会有较大变化，其工艺使用性会变差，而且硬质聚氨酯泡沫的性能不易达到国家标准要求的技术性能。因此，发展环保、成本低、性能好的喷涂缠绕管道技术才能有好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，采用水作为化学发泡剂，水与异氰酸酯反应生成二氧化碳(CO2)起到发泡作用，达到真正环保；并通过合理设计配方得到的硬质聚氨酯泡沫具有良好的保温性能和机械性能。
本发明采取的技术方案为：
一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，由组分A和组分B组成，组分A重量份比组成为：聚醚多元醇a 60-80份、聚醚多元醇b 20-40份、有机硅表面活性剂1-4份、催化剂4-8份、交联剂1-5份、水2.0-3.0份；所述的催化剂为低气味反应性型催化剂三甲基羟乙基乙二胺Dabco T、PT303，凝胶型催化剂PC77、三乙烯二胺，三聚型催化剂N,N’N”-三(二甲胺基丙基)-六氢化三嗪、JXP508、季铵盐中的一种或多种；
组分B为多苯基多亚甲基多异氰酸酯；
组分A和组分B质量比例为100：145-160。
所述的催化剂优选发泡型催化剂Dabco T、凝胶型催化剂PC77、三聚型催化剂JXP-508三者复合；进一步优选发泡型催化剂Dabco T、凝胶型催化剂PC77、三聚型催化剂JXP-508质量比1：2：2。
所述的聚醚多元醇a是以蔗糖、山梨醇、季戊四醇、乙二胺、甲苯二胺、甘油、乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇等活性基团至少为2的小分子多元醇中的一种或几种复配物为起始剂，与环氧丙烷或环氧乙烷聚合而成，并以环氧丙烷封端；优选山梨醇与环氧丙烷聚合而成。
所述的聚醚多元醇a其粘度为1000-5000mPa.s(25℃)，羟值为300-500mgKOH/g，官能为4.0-6.0；进一步优选粘度为1500-3500mPa.s(25℃)，羟值为320-400mgKOH/g，官能为4.0-5.0。
所述的聚醚多元醇b，其为以甘油、乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇等活性基团至少为2的小分子多元醇中的一种或几种复配物为起始剂，与环氧丙烷或环氧乙烷聚合而成，以环氧丙烷封端；优选甘油与环氧丙烷聚合而成。
所述的聚醚多元醇b粘度为200-400mPa.s(25℃)，羟值为160-500mgKOH/g；进一步优选220-350mgKOH/g。
所述的有机硅表面活性剂，可以选用上海麦豪化工科技有限公司的S系列产品、赢创集团的B系列产品、迈图高新材料的L系列产品或江苏美思德化学股份有限公司的AK系列产品，进一步优选上海麦豪化工科技有限公司的S-198。
所述的交联剂为甘油、醇胺类物质中的一种或几种的混合物，进一步优选TEA。
所述的水优选为去离子水。
所述的组分A的粘度为500-1000mPa.s(25℃)。
用上述组合物制备管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫的方法：
将组分A的各原料在具有安全装置的搅拌速度为500rpm的混合釜中均匀混合，混合时间0.5-1小时，静置0.5-1小时消泡后，放出即得组分A；
将组分A和组分B经聚氨酯喷涂机喷涂制备，即制得硬质聚氨酯泡沫；喷涂机控制参数：控制管路加热温度50±10℃，机器压力1200-1500psi，机器组分A和组分B质量比例为100：150-160。
管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫常温熟化48小时后测试各项性能。
本发明优势在于：
1)采用了水作为化学发泡剂，不仅实现真正环保，且相对于物理发泡降低成本15-20％；
2)采用低气味、反应型催化剂，改善工作环境气味和安全问题；采用延迟三聚催化剂JXP-508，解决泡沫烧心、开裂问题；采用发泡、凝胶和三聚复合催化剂平衡化学反应，使泡沫成型过程更加平稳，满足复杂的生产工艺状况；
3)通过配方设计提高组分B的比例，制得抗压强度和耐高温性能更优异的硬质聚氨酯泡沫；
4)本发明产品可满足管道喷涂施工工艺，解决了浇注成型工艺中存在的密度分布大、泡沫体中空洞及径向抗压强强度低的问题。
具体实施方式
为了能够详细地理解本发明的技术特征和内容，以下结合实施例对本发明做进一步说明。
以下实施例中所用到的原料来源如下：
聚醚多元醇a：NJ-8268，羟值320mgKOH/g，粘度1500mPa.s，购于句容宁武新材料有限公司；
聚醚多元醇b：NJ-307，羟值250mgKOH/g，粘度300mPa.s，购于句容宁武新材料有限公司；
泡沫稳定剂S-198购于上海麦豪化工科技有限公司；
催化剂Dabco T、PC77和JXP-508购于EVONIK；
交联剂TEA购于佳化化学有限公司；
去离子水自制；
多苯基多亚甲基多异氰酸酯：PM200，购于万华化学。
实施例1-3
制备硬质聚氨酯泡沫实施例1-3的重量份比例配方如下表1：
表1
Figure BDA0002852383990000031
Figure BDA0002852383990000041
制备方法为：将组分A的各原料在具有安全装置的搅拌速度为500rpm的混合釜中均匀混合，混合时间0.8小时，静置1小时消泡后，放出即得组分A；
将组分A和组分B经聚氨酯喷涂机喷涂制备，即制得硬质聚氨酯泡沫；喷涂机控制参数：控制管路加热温度50±10℃，机器压力1300psi，机器组分A和组分B质量比例为100：145-160。
对比例1
将聚醚多元醇4110 45份，聚醚多元醇6205 15份，聚醚多元醇MN-1000 7份，聚酯多元醇PS-3152 5份，有机硅表面活性剂L-6920 1.5份，催化剂PT303 1.5份、A-33 2.7份、PT304 2.0份、T-12 0.3份，发泡剂HFC-245fa 18份，按照实施例的方法制备组分A；
其中，聚醚多元醇4110的官能度4.5，羟值430mgKOH/g，粘度3500mPa.s；
聚醚多元醇6205的官能度4.0，羟值380mgKOH/g，粘度2500mPa.s；
聚醚多元醇MN-1000的官能度3.0，羟值240mgKOH/g，粘度300mPa.s；
聚酯多元醇PS-3152的官能度2.0，羟值315mgKOH/g，粘度2500mPa.s。
将组分A和组分B经聚氨酯喷涂机喷涂制备，即制得硬质聚氨酯泡沫；喷涂机控制参数：控制管路加热温度50±10℃，机器压力1300psi，机器组分A和组分B质量比例为100：100。
常温熟化48小时后测试各项性能，实施例和对比例制得硬质聚氨酯泡沫的性能如下表2：
表2
项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
泡沫密度，kg/m<sup>3</sup> 63.7 62.5 62.6 63.7
径向抗压强度，kPa 426 483 448 439
闭孔率，％ 95.3 94.7 94.5 92.1
导热系数，mW/m.k 24.72 25.65 25.07 26.93
吸水率，％ 0.93 0.85 1.02 3.85
泡沫体空洞 无 无 无 无
硬质聚氨酯泡沫的性能达到《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》CJ/T114-2000标准技术要求：密度≥60kg/m3，径向抗压强度≥300kPa，导热系数≤0.030mW/m.k，吸水率≤10％，泡沫体空洞≤1/3。
经测试，本发明所制备的硬质聚氨酯泡沫材料能够满足直埋管技术要求要求。而对比例组分A添加了18％的物理发泡剂HFC-245fa，HFC-245fa具有较高的温室气体效应，且价格昂贵约50元/kg，其成本较实施例增加了40％。即便用水发泡在通常的A、B组分100:100比例下制备泡沫性能不能达标。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，其特征是，由组分A和组分B组成，组分A重量份比组成为：聚醚多元醇a 60-80份、聚醚多元醇b 20-40份、有机硅表面活性剂1-4份、催化剂4-8份、交联剂1-5份、水2.0-3.0份；所述的催化剂为低气味反应性型催化剂三甲基羟乙基乙二胺Dabco T、PT303，凝胶型催化剂PC77、三乙烯二胺，三聚型催化剂N,N’N”-三(二甲胺基丙基)-六氢化三嗪、JXP508、季铵盐中的一种或多种；
组分B为多苯基多亚甲基多异氰酸酯；
组分A和组分B质量比例为100：145-160。
2.根据权利要求1所述的一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，其特征是，所述的催化剂为发泡型催化剂Dabco T、凝胶型催化剂PC77、三聚型催化剂JXP-508三者复合。
3.根据权利要求1所述的一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，其特征是，所述的聚醚多元醇a是以活性基团至少为2的小分子多元醇中的一种或几种复配物为起始剂，与环氧丙烷或环氧乙烷聚合而成，并以环氧丙烷封端。
4.根据权利要求3所述的一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，其特征是，所述的聚醚多元醇a是山梨醇与环氧丙烷聚合而成，并以环氧丙烷封端。
5.根据权利要求1所述的一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，其特征是，所述的聚醚多元醇a其粘度为25℃时1000-5000mPa.s，羟值为300-500mgKOH/g，官能为4.0-6.0。
6.根据权利要求1所述的一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，其特征是，所述的聚醚多元醇b，其为以活性基团至少为2的小分子多元醇中的一种或几种复配物为起始剂，与环氧丙烷或环氧乙烷聚合而成，以环氧丙烷封端。
7.根据权利要求1所述的一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，其特征是，所述的聚醚多元醇b粘度为25℃时200-400mPa.s，羟值为160-500mgKOH/g。
8.根据权利要求1所述的一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，其特征是，所述的交联剂为甘油、醇胺类物质中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫原料组合物，其特征是，所述的组分A的粘度为25℃时500-1000mPa.s。
10.用权利要求1所述组合物制备管道用喷涂型环保硬质聚氨酯泡沫的方法，其特征是，将组分A的各原料在具有安全装置的搅拌速度为500rpm的混合釜中均匀混合，混合时间0.5-1小时，静置0.5-1小时消泡后，放出即得组分A；
将组分A和组分B经聚氨酯喷涂机喷涂制备，即制得硬质聚氨酯泡沫；喷涂机控制参数：控制管路加热温度50±10℃，机器压力1200-1500psi，机器组分A和组分B质量比例为100：145-160。
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