CN112694592A - 一种聚氨酯夹芯板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚氨酯夹芯板及其制备方法，属于聚氨酯发泡材料技术领域。上述聚氨酯夹芯板包括外层人造板和内层人造板，以及设置在所述外层人造板和内层人造板之间的聚氨酯发泡层；所述聚氨酯发泡层包括木质素改性物100重量份，聚醚多元醇50‑300重量份，胺类催化剂1‑10重量份，发泡剂10‑100重量，表面活性剂2‑18重量份；所述表面活性剂为重量比1:1.5的聚乙烯基吡啶‑聚二甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷的混合物。本申请利用木质素改性物提高与聚氨酯的结合能力，同时采用表面活性剂进一步增强木质素改性物在多异氰酸酯中的分散，提高两者的结合能力，在发泡固化过程中同步粘接，得到生物质替代型高强度的人造板夹芯板。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯节能材料技术领域，具体提供一种聚氨酯夹芯板及其制备方法。
背景技术
在建筑工地、救灾现场以及一些临时场所，经常会使用到临时搭建的板房，搭建板房需要能够快速组装的质量轻、具有一定强度的建材板，同时还要有隔热、隔音和防火功能。现有技术有一种纤维水泥泡沫塑料复合板，由一层泡沫塑料和一层纤维水泥板构成，但抗冲击强度低、耐候性差；目前又兴起了彩钢等复合式板材，较之纤维水泥泡沫塑料复合板，其强度和抗剪力有了一定提高。
复合式板材中包括聚氨酯发泡层，但是现有技术中聚氨酯发泡材料中要用到大量的石油基多元醇，造成环保压力。现有技术中有以木质素磺酸或其部分中和盐的多元醇溶液与多异氰酸酯发生缩聚反应，利用改性木质素成分替代石油基多元醇，但是其与聚氨酯的结合能力较差，导致制备的夹芯板的强度较差。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种聚氨酯夹芯板及其制备方法，本申请利用木质素改性物提高与聚氨酯的结合能力，同时采用表面活性剂进一步增强木质素改性物在多异氰酸酯中的分散，提高两者的结合能力，在发泡固化过程中同步粘接，避免了胶黏剂的使用，并得到高强度的人造板夹芯板。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一方面，本发明提供一种聚氨酯夹芯板，包括外层人造板和内层人造板，以及设置在所述外层人造板和内层人造板之间的聚氨酯发泡层；所述聚氨酯发泡层包括木质素改性物100重量份，聚醚多元醇50-300重量份，胺类催化剂1-10重量份，发泡剂10-100重量，表面活性剂2-18重量份；所述表面活性剂为重量比1:1.5的聚乙烯基吡啶-聚二甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷的混合物。
进一步的，所述木质素改性物包括：秸秆木质素材料100重量份，淀粉100-150重量份，多元醇120-160重量份，酸性催化剂0.5-2重量份。
优选的，所述秸秆木质素材料粒径为10-200目；所述多元醇为乙二醇和/或聚乙二醇；所述酸性催化剂为乙酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸中的一种或几种。
优选的，所述聚醚多元醇为聚乙二醇和甘油的混合物；所述胺类催化剂为三乙烯二胺。
优选的，所述发泡剂为重量比1：1-2的偶氮二异丁腈和偶氮二甲酰胺。
进一步的，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、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多种。
优选的，所述异氰酸酯为重量比1：1：1的六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯。
另一方面，本发明还提供一种上述聚氨酯夹芯板的制备方法，包括：
步骤1：木质素改性物的制备：在100-135℃下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂反应1-4小时，然后加入淀粉60-100℃，反应0.5-1小时，得到木质素改性物；
步骤2：将所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂、发泡剂和表面活性剂均匀混合，置于外层人造板和内层人造板之间，然后按异氰酸酯指数为1-1.4加入异氰酸酯进行反应，反应温度为15-30℃，反应时间为0.5-5分钟，并对该反应得到的产物进行固化，得到聚氨酯发泡层，固化的温度为60-120℃，固化的时间为2-24小时，在发泡固化过程中同步粘接，得到聚氨酯夹芯板。
在本发明中，术语“异氰酸酯指数”指的是异氰酸酯当量数与多元醇当量数的比值，表示聚氨酯配方中异氰酸酯过量的程度，所述异氰酸酯当量数是指异氰酸酯中的异氰酸根的摩尔数，所述多元醇当量数是指多元醇的醇羟基的摩尔数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中木质素改性物具有较高的反应活性，使木质素能够代替石油基多元醇参加聚氨酯的聚合反应，实现生物质成分对石油基反应物的替代。
同时，本发明利用复合表面活性剂提高木质素改性物和多异氰酸酯的分散性能，进一步提高两者的结合能力，在发泡固化过程中同步粘接，避免了胶黏剂的使用，得到高强度和抗剪切能力强的人造板夹芯板。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明中所用的试剂、材料未经具体说明，均可通过市售购买。
本发明提供一种聚氨酯夹芯板及其制备方法，具体实施例如下。
实施例1
一种聚氨酯夹芯板及其制备方法，包括：
步骤1：木质素改性物的制备：在100-135℃下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂反应1小时，然后加入淀粉60-100℃，反应1小时，得到木质素改性物；所述秸秆木质素材料100重量份，淀粉150重量份，多元醇160重量份，酸性催化剂2重量份。所述秸秆木质素材料粒径为10-200目；所述多元醇为乙二醇；所述酸性催化剂为乙酸。
步骤2：将所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂、发泡剂和表面活性剂均匀混合，置于外层人造板和内层人造板之间，然后按异氰酸酯指数为1.1加入异氰酸酯进行反应，反应温度为15-30℃，反应时间为1分钟，并对该反应得到的产物进行固化，得到聚氨酯发泡层，固化的温度为120℃，固化的时间为2小时，在发泡固化过程中同步粘接，得到聚氨酯夹芯板。
所述表面活性剂为重量比1:1.5的聚乙烯基吡啶-聚二甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷的混合物。所述聚醚多元醇为聚乙二醇和甘油的混合物；所述胺类催化剂为三乙烯二胺。所述发泡剂为重量比1：1的偶氮二异丁腈和偶氮二甲酰胺。
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
实施例2
一种聚氨酯夹芯板及其制备方法，包括：
步骤1：木质素改性物的制备：在100-135℃下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂反应4小时，然后加入淀粉60-100℃，反应0.5小时，得到木质素改性物；所述秸秆木质素材料100重量份，淀粉150重量份，多元醇120重量份，酸性催化剂2重量份。所述秸秆木质素材料粒径为10-200目；所述多元醇为乙二醇和聚乙二醇；所述酸性催化剂为乙酸、乙二酸的混合物。
步骤2：将所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂、发泡剂和表面活性剂均匀混合，置于外层人造板和内层人造板之间，然后按异氰酸酯指数为1.4加入异氰酸酯进行反应，反应温度为15-30℃，反应时间为5分钟，并对该反应得到的产物进行固化，得到聚氨酯发泡层，固化的温度为60℃，固化的时间为2小时，在发泡固化过程中同步粘接，得到聚氨酯夹芯板。
所述表面活性剂为重量比1:1.5的聚乙烯基吡啶-聚二甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷的混合物。
所述聚醚多元醇为聚乙二醇和甘油的混合物；所述胺类催化剂为三乙烯二胺。所述发泡剂为重量比1：1的偶氮二异丁腈和偶氮二甲酰胺。
所述异氰酸酯为重量比1：1的多亚甲基多苯基异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯。
实施例3
一种聚氨酯夹芯板及其制备方法，包括：
步骤1：木质素改性物的制备：在100-135℃下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂反应2小时，然后加入淀粉60-100℃，反应1小时，得到木质素改性物；所述秸秆木质素材料100重量份，淀粉120重量份，多元醇140重量份，酸性催化剂1重量份。所述秸秆木质素材料粒径为10-200目；所述多元醇为乙二醇和聚乙二醇；所述酸性催化剂为乙二酸、丙二酸、丁二酸的混合物。
步骤2：将所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂、发泡剂和表面活性剂均匀混合，置于外层人造板和内层人造板之间，然后按异氰酸酯指数为1.2加入异氰酸酯进行反应，反应温度为15-30℃，反应时间为3分钟，并对该反应得到的产物进行固化，得到聚氨酯发泡层，固化的温度为100℃，固化的时间为12小时，在发泡固化过程中同步粘接，得到聚氨酯夹芯板。
所述表面活性剂为重量比1:1.5的聚乙烯基吡啶-聚二甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷的混合物。
所述聚醚多元醇为聚乙二醇和甘油的混合物；所述胺类催化剂为三乙烯二胺。所述发泡剂为重量比1：2的偶氮二异丁腈和偶氮二甲酰胺。
所述异氰酸酯为重量比1：1：1的六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯；
为进一步说明本发明有益效果，因篇幅有限，仅以实施例3为例构建如下对比例。
对比例1
省略步骤1，将步骤2的木质素改性物替换为秸秆木质素材料，其余条件与实施例3相同。
对比例2
省略步骤2中的表面活性剂，其余条件与实施例3相同。
对比例3
将步骤2表面活性剂中的聚乙烯基吡啶-聚二甲基硅氧烷替换为等量的聚二甲基硅氧烷，其余条件与实施例3相同。
对比例4
将步骤2表面活性剂中的聚二甲基硅氧烷替换为等量的聚乙烯基吡啶-聚二甲基硅氧烷，其余条件与实施例3相同。
对比例5
将步骤2表面活性剂替换为等量的硅油，其余条件与实施例3相同。
上述实施例和对比例中外层人造板和内层人造板板厚3cm，聚氨酯发泡层厚度4cm。将上述实施例和对比例制备的人造板夹芯板进行检测，测试结果见表1。
表1
| 序号 | 传热系数W/(m<sup>2</sup>〃K) | 压缩强度MPa |
| 实施例1 | 0.12 | 0.25 |
| 实施例2 | 0.11 | 0.27 |
| 实施例3 | 0.09 | 0.34 |
| 对比例1 | 0.14 | 0.07 |
| 对比例2 | 0.12 | 0.11 |
| 对比例3 | 0.13 | 0.15 |
| 对比例4 | 0.14 | 0.14 |
| 对比例5 | 0.12 | 0.15 |
由表1可知，本发明木质素改性物具有较高的反应活性，使木质素能够代替石油基多元醇参加聚氨酯的聚合反应，实现生物质成分对石油基反应物的替代。同时，本发明利用复合表面活性剂提高木质素改性物和多异氰酸酯的分散性能，进一步提高两者的结合能力，在发泡固化过程中同步粘接，避免了胶黏剂的使用，得到高强度的人造板夹芯板。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种聚氨酯夹芯板，其特征在于，包括外层人造板和内层人造板，以及设置在所述外层人造板和内层人造板之间的聚氨酯发泡层；所述聚氨酯发泡层包括木质素改性物100重量份，聚醚多元醇50-300重量份，胺类催化剂1-10重量份，发泡剂10-100重量，表面活性剂2-18重量份；所述表面活性剂为重量比1:1.5的聚乙烯基吡啶-聚二甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷的混合物。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯夹芯板，其特征在于，所述木质素改性物包括：秸秆木质素材料100重量份，淀粉100-150重量份，多元醇120-160重量份，酸性催化剂0.5-2重量份。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯夹芯板，其特征在于，所述秸秆木质素材料粒径为10-200目；所述多元醇为乙二醇和/或聚乙二醇；所述酸性催化剂为乙酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯夹芯板，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚乙二醇和甘油的混合物；所述胺类催化剂为三乙烯二胺。
5.根据权利要求4所述的聚氨酯夹芯板，其特征在于，所述发泡剂为重量比1：1-2的偶氮二异丁腈和偶氮二甲酰胺。
6.根据权利要求5所述的聚氨酯夹芯板，其特征在于，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、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多种。
7.根据权利要求6所述的聚氨酯夹芯板，其特征在于，所述异氰酸酯为重量比1：1：1的六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯。
8.权利要求1-7任一所述的聚氨酯夹芯板的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：木质素改性物的制备：在100-135℃下，使秸秆木质素材料、多元醇和酸性催化剂反应1-4小时，然后加入淀粉60-100℃，反应0.5-1小时，得到木质素改性物；
步骤2：将所述木质素改性物、聚醚多元醇、胺类催化剂、发泡剂和表面活性剂均匀混合，置于外层人造板和内层人造板之间，然后按异氰酸酯指数为1-1.4加入异氰酸酯进行反应，反应温度为15-30℃，反应时间为0.5-5分钟，并对该反应得到的产物进行固化，得到聚氨酯发泡层，固化的温度为60-120℃，固化的时间为2-24小时，在发泡固化过程中同步粘接，得到聚氨酯夹芯板。
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