CN113563557B - 一种聚氨酯硬泡保温材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚氨酯硬泡保温材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及保温材料技术领域，具体公开了一种聚氨酯硬泡保温材料及其制备方法。一种聚氨酯硬泡保温材料，由包括以下重量份的原料制备而成：A组分：聚醚多元醇95‑140份、N,N‑2‑羟乙基氨甲基膦酸二乙酯48‑55份、均泡剂2‑6份、发泡剂20‑50份、催化剂0.5‑2.2份、硅烷偶联剂0.5‑2份、抗氧化剂0.3‑0.8份；B组分：异氰酸酯180‑220份；C组分：碳酸钙粉体5‑15份，碳酸钙粉体的平均粒径为1‑2μm，碳酸钙粉体的活化度为95.0‑99.9%。本申请的聚氨酯硬泡保温材料，具有保温性能优越、抗压强度高、阻燃性能好、使用寿命长的优点。

Description

一种聚氨酯硬泡保温材料及其制备方法
技术领域
本申请涉及保温材料技术领域，更具体地说，它涉及一种聚氨酯硬泡保温材料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯硬泡保温材料是常用的一种保温材料，它的应用范围十分广泛，几乎被应用到国民经济各部门，目前涵盖家具、汽车内饰、建筑保温、家电等诸多工程领域，特别是在建筑保温方面，在建筑方面不但被广泛地应用于工业建筑设施，而且还越来越多地应用在民用建筑设施的墙体和屋面保温隔热及建筑空调管道系统上。
聚氨酯硬泡保温材料在建筑保温方面的应用，对保温材料的强度、保温性能有较高的要求，一般聚氨酯硬泡保温材料是采用黑白组合料混合发泡形成，黑料一般为异氰酸酯，白料为多元醇与发泡剂等外加剂的混合物，一般可以达到240kPa左右的抗压强度。
针对上述相关技术，发明人认为聚氨酯硬泡保温材料的强度相对较低，容易发生损坏，使得聚氨酯硬泡保温材料的使用寿命较短。
发明内容
为了提高聚氨酯硬泡保温材料的强度，本申请提供一种聚氨酯硬泡保温材料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种聚氨酯硬泡保温材料，采用如下的技术方案：
一种聚氨酯硬泡保温材料，由包括以下重量份的原料制备而成：
A组分：聚醚多元醇95-140份、N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯48-55份、均泡剂2-6份、发泡剂20-50份、催化剂0.5-2.2份、硅烷偶联剂0.5-2份、抗氧化剂0.3-0.8份；
B组分：异氰酸酯180-220份；
C组分：碳酸钙粉体5-15份，碳酸钙粉体的平均粒径为1-2μm，碳酸钙粉体的活化度为95.0-99.9％。
通过采用上述技术方案，异氰酸酯与聚醚多元醇在催化剂作用下通过缩聚反应得到聚氨酯，聚氨酯在发泡剂作用下进行发泡，形成聚氨酯硬泡，在此反应中加入碳酸钙粉体，在硅烷偶联剂的作用下，有机的聚氨酯材料和无机的粉体能有效的连接在一起，使得碳酸钙粉体在聚氨酯发泡过程中的泡孔结构形成时起到了成核点的作用，泡孔结构以碳酸钙粉颗粒为中心形成；将碳酸钙粉体的平均粒径控制在1-2μm，活化度控制在95.0-99.9％，使得碳酸钙粉体充分的分散在聚氨酯基体内，使得碳酸钙颗粒与聚氨酯可以更好的结合，使得泡孔直径变小，泡孔密度增大，硬泡材料的泡壁变厚，从而使得聚氨酯硬泡保温材料的抗压强度提高，还可以提高聚氨酯硬泡保温材料的保温性能，提高聚氨酯硬泡保温材料的耐久性，延长使用寿命，减少保温材料应性能下降而更换的几率，有利于节省成本。
另外，N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯有一定的阻燃性能，其与碳酸钙粉体配合，碳酸钙粉体作为N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯的辅剂，将可燃物在进行燃烧的时候能量大大的进行削减，使得聚氨酯硬泡保温材料在受热后，耐热性提高，不易变形，而且碳酸钙在受热分解后，产生二氧化碳气体，有助于隔绝氧气，延缓燃烧时间，有效提高聚氨酯硬泡保温材料的阻燃性能。
优选的，一种聚氨酯硬泡保温材料，由包括以下重量份的原料制备而成：A组分：聚醚多元醇110-130份、N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯50-54份、均泡剂3-5份、发泡剂25-45份、催化剂1.0-1.6份、硅烷偶联剂0.8-1.8份、抗氧化剂0.5-0.7份；
B组分：二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)与多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)的混合物190-210份；
C组分：碳酸钙粉体8-12份，碳酸钙粉体的平均粒径为1-2μm，碳酸钙粉体的活化度为95.0-99.9％。
通过采用上述技术方案，进一步优化原料间的配比，提升聚氨酯硬泡保温材料的整体性能。
优选的，所述碳酸钙粉体中粒径小于2μm的粉体重量比为68-88％，粒径小于5μm的粉体重量比为92-99％。
通过采用上述技术方案，将碳酸钙粉体的粒径控制在较小的范围内，使得碳酸钙粉体颗粒较为均匀，使泡孔结构以碳酸钙粉颗粒为中心形成的过程中，泡孔结构的“核点”更为均匀，形成的泡孔结构更为均匀，提高泡孔结构的致密性与均匀性，使硬泡材料的泡壁变厚，提高聚氨酯硬泡保温材料的抗压强度。
优选的，所述碳酸钙粉体按重量百分数包括以下成分：CaCO397.1-97.7％，MgO0.04-0.10％，余量为杂质。
通过采用上述技术方案，将碳酸钙粉体中的CaCO3的含量控制在较高水平，即提高碳酸钙粉体的纯度，可以提高碳酸钙粉体的有效作用量；另外MgO也具有一定的阻燃性能，可以保证聚氨酯硬泡保温材料的阻燃性能。
优选的，所述催化剂包括重量比为(2-10)：(12-3)的三乙胺与二丁基二异辛酸锡。
通过采用上述技术方案，锡类催化剂是聚氨酯硬泡中比较常用的催化剂，但是一般的锡类催化剂进入发泡体系后容易发生团聚、沉淀,本申请中采用三乙胺与二丁基二异辛酸锡复配作为催化剂，三乙胺带动二丁基二异辛酸锡，提高二丁基二异辛酸锡的流动性，使得二丁基二异辛酸锡可以更加均匀的分散在发泡体系中，提高催化效果。
优选的，所述碳酸钙粉体的含水率小于0.2％。
通过采用上述技术方案，将碳酸钙粉体的含水率控制在较低的水平，降低碳酸钙粉体向发泡体系中引入水分，从而降低发泡体系发生分层的几率，保证发泡反应的正常进行，从而保证聚氨酯硬泡保温材料的性能。
优选的，所述异氰酸酯包括重量比为(1.5-2.2)：1的二苯基甲烷二异氰酸酯与多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯。
第二方面，本申请提供一种聚氨酯硬泡保温材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种聚氨酯硬泡保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按重量份将A组分与C组分混合均匀，得到初混料；
S2.按重量份将初混料与B组分混合均匀，得到混合料，将混合料打入模具中，制得保温材料。
通过采用上述技术方案，先将碳酸钙粉体与聚醚多元醇混合，然后再与异氰酸酯混合，使得碳酸钙粉体可以在发泡体系中分散的更加均匀，有利于提高以碳酸钙粉体为核心泡孔结构的均匀性，从而提高聚氨酯硬泡保温材料的强度与耐久性。
优选的，所述初混料与B组分在0.4-0.7MPa的压强下进行混合。
通过采用上述技术方案，因为碳酸钙粉体的加入，使得发泡体系变粘稠，密度变大，适当提高压强有利于发泡体系中原料的充分混合。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用平均粒径为1-2μm、活化度为95.0-99.9％碳酸钙粉体与硅烷偶联剂配合加入聚氨酯发泡体系中，制得的保温材料的导热系数在0.0237-0.0196W/m·k之间，密度在35.1-38.7kg/m3之间，抗压强度在251-279Kpa之间，极限氧指数在32.4-35.7％之间；提高了保温材料的保温性能、阻燃性能及抗压强度，延长了保温材料的使用寿命。
2、本申请的制备方法，在较高压强下进行物料的混合，克服碳酸钙粉体加入导致物料密度变大而造成物料混合不均匀的缺陷。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
均泡剂为DC-201型均泡剂；
发泡剂为环戊烷发泡剂；
抗氧化剂为2,6-二叔基-4-甲酚；
聚醚多元醇为4410聚醚多元醇，羟值440，分子量550。
实施例
实施例1
一种聚氨酯硬泡保温材料，其采用如下方法制备得到：
S1.将95kg聚醚多元醇、55kg N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯、均泡剂2kg、发泡剂50kg、催化剂0.5kg、硅烷偶联剂2kg、抗氧化剂0.3kg、碳酸钙粉体15kg混合均匀，得到初混料；催化剂为辛酸亚锡；
碳酸钙粉体的平均粒径为1μm，碳酸钙粉体的活化度为99.9％；碳酸钙粉体中粒径小于2μm的粉体重量比为50％，粒径小于5μm的粉体重量比为80％；碳酸钙粉体的成分为：CaCO3 97.1％，MgO 0.10％，余量为杂质；碳酸钙粉体的含水率为0.5％。
S2.将S1得到的初混料与180kg二苯基甲烷二异氰酸酯在常压下混合均匀，得到混合料，将混合料打入模具中，制得保温材料。
实施例2
与实施例1不同的原料配比的不同，详见表1。
表1实施例1-5原料配比表(kg)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
聚醚多元醇 95 110 120 130 140
N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯 55 54 52 50 48
均泡剂 2 3 4 5 6
发泡剂 50 45 30 25 20
催化剂 0.5 1.0 1.4 1.6 2.2
硅烷偶联剂 2 1.8 1.3 0.8 0.5
抗氧化剂 0.3 0.5 0.6 0.7 0.8
二苯基甲烷二异氰酸酯 180 190 200 210 220
碳酸钙粉体 15 12 10 8 5
实施例6
与实施例3不同的是，步骤S2中，将S1得到的初混料与180kg二苯基甲烷二异氰酸酯在0.4MPa的压强下混合均匀，得到混合料。
实施例7
与实施例3不同的是，步骤S2中，将S1得到的初混料与180kg二苯基甲烷二异氰酸酯在0.5MPa的压强下混合均匀，得到混合料。
实施例8
与实施例3不同的是，步骤S2中，将S1得到的初混料与180kg二苯基甲烷二异氰酸酯在0.7MPa的压强下混合均匀，得到混合料。
实施例9
与实施例7不同的是，碳酸钙粉体的平均粒径为1.5μm，碳酸钙粉体中粒径小于2μm的粉体重量比为50％，粒径小于5μm的粉体重量比为80％。
实施例10
与实施例7不同的是，碳酸钙粉体的平均粒径为2μm,碳酸钙粉体中粒径小于2μm的粉体重量比为50％，粒径小于5μm的粉体重量比为80％。
实施例11
与实施例9不同的是，碳酸钙粉体的活化度为97.5％。
实施例12
与实施例9不同的是，碳酸钙粉体的活化度为95.0％。
实施例13
与实施例11不同的是，碳酸钙粉体中粒径小于2μm的粉体重量比为68％，粒径小于5μm的粉体重量比为99％。
实施例14
与实施例11不同的是，碳酸钙粉体中粒径小于2μm的粉体重量比为78％，粒径小于5μm的粉体重量比为95％。
实施例15
与实施例11不同的是，碳酸钙粉体中粒径小于2μm的粉体重量比为88％，粒径小于5μm的粉体重量比为92％。
实施例16
与实施例14不同的是，碳酸钙粉体的含水率为0.1％。
实施例17-20
与实施例16不同的是，异氰酸酯的不同，详见表2。
表2实施例16-20(kg)
实施例16 实施例17 实施例18 实施例19 实施例20
二苯基甲烷二异氰酸酯 200 0 120 130 137.5
多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯 0 200 80 70 62.5
实施例21-24
与实施例19不同的是，催化剂的不同，详见表3。
表3实施例21-24中催化剂配比表(kg)
实施例21 实施例22 实施例23 实施例24
三乙胺 0.2 0.6 1.0 0.1
二丁基二异辛酸锡 1.2 0.8 0.3 1.3
对比例
对比例1
与实施例3不同的是，原料中不含碳酸钙粉体。
对比例2
与实施例3不同的是，碳酸钙粉体的平均粒径为0.2μm,碳酸钙粉体中粒径小于2μm的粉体重量比为50％，粒径小于5μm的粉体重量比为80％。
对比例3
与实施例3不同的是，碳酸钙粉体的平均粒径为25μm,碳酸钙粉体中粒径小于2μm的粉体重量比为50％，粒径小于5μm的粉体重量比为80％。
对比例4
与实施例3不同的是，碳酸钙粉体的活化度为60％。
对比例5
与实施例3不同的是，原料中不含N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯。
性能检测试验
检测方法
按照《塑料导热系数实验方法护热平板法》(GB/T3399-1982)在25℃对实施例1-24与对比例1-5中聚氨酯硬泡保温材料的保温性能进行检测。
按照《泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》(GB/T6343-2009)对实施例1-24与对比例1-5中聚氨酯硬泡保温材料的密度进行检测。
按照《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》(GB/T8813-2020)对实施例1-24与对比例1-5中聚氨酯硬泡保温材料的抗压强度进行检测。
按照《塑料用氧指数法测定燃烧行为》(GB/T2406.1-2008)对实施例1-24与对比例1-5中聚氨酯硬泡保温材料的阻燃性能进行检测。
性能检测结果见表4。
表4性能检测结果
Figure BDA0003200292440000071
Figure BDA0003200292440000081
结合实施例1-24和对比例1-5并结合表4可以看出，实施例1-24中制得的保温材料的导热系数低于对比例1-5，密度、抗压强度、极限氧指数均高于对比例1-5，说明本申请制得的保温材料的保温性能、强度、阻燃性能均更优。
结合实施例3与对比例1，并结合表4可以看出，实施例3中制得的保温材料的保温性能、强度、阻燃性能明显优于对比例1，说明本申请中碳酸钙粉体的加入对提升保温材料的保温性能、强度、阻燃性能有明显正向作用，这可能是因为有机的聚氨酯材料和无机的粉体连接在一起，使得碳酸钙粉体在聚氨酯发泡过程中的泡孔结构形成时起到了成核点的作用，泡孔结构以碳酸钙粉颗粒为中心形成，使得泡孔直径变小，泡孔密度增大，硬泡材料的泡壁变厚，从而使得聚氨酯硬泡保温材料的抗压强度提高，还可以提高聚氨酯硬泡保温材料的保温性能。
结合实施例3、实施例9-12与对比例2-4，并结合表4可以看出，实施例3中制得的保温材料的保温性能、强度、阻燃性能明显优于对比例1，而且对比例2-4中制得的保温材料之间的保温性能、强度、阻燃性能也有较大差别，实施例9-12中制得的保温材料之间的保温性能、强度、阻燃性能也有较大差别；这说明碳酸钙粉体的粒径与活化度对保温材料的性能有较大的影响，而且二者之间存在一定的配合关系，如对比例2的碳酸钙粉体的粒径小于实施例3，但实施例3中保温材料的性能仍优于对比例2，实施例11中碳酸钙粉体的活化度低于实施例9，但实施例11中保温材料的性能仍优于实施例9。
结合实施例3与对比例5，并结合表4可以看出，对比例5中保温材料的保温性能、强度较实施例3较差，但劣势不明显，而对比例5中的保温材料的阻燃性能较实施例3大幅度降低，这可能是因为N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯有一定的阻燃性能，其与碳酸钙粉体配合，碳酸钙粉体作为N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯的辅剂，可以提升保温材料的阻燃性能。
结合实施例3与6-8，并结合表4可以看出，实施例6-8中的保温材料的保温性能、强度、阻燃性能优于实施例3，这可能是因为适当提高压强有利于发泡体系中原料的充分混合，从而提高保温材料的性能。
结合实施例11与实施例13-15，并结合表4可以看出，实施例13-15中的保温材料的保温性能、强度、阻燃性能优于实施例11，这可能是因为将碳酸钙粉体的粒径控制较小的范围内，使得碳酸钙粉体颗粒较为均匀，从而使得形成的泡孔结构更为均匀，提高泡孔结构的致密性与均匀性，使得硬泡材料的泡壁变厚；如实施例13中粒径小于5μm的粉体重量比为99％，而实施例14中粒径小于5μm的粉体重量比仅为95％，实施例14中保温材料的性能略优于实施例13，可能是因为相对于实施例13而言，实施例14中粉体粒径之间的差别可能更小。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于：由包括以下重量份的原料制备而成：
A组分：聚醚多元醇95-140份、N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯48-55份、均泡剂2-6份、发泡剂20-50份、催化剂0.5-2.2份、硅烷偶联剂0.5-2份、抗氧化剂0.3-0.8份；
B组分：异氰酸酯180-220份；
C组分：碳酸钙粉体5-15份，碳酸钙粉体的平均粒径为1-2μm，碳酸钙粉体的活化度为95.0-99.9%。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于：由包括以下重量份的原料制备而成：
A组分：聚醚多元醇110-130份、N,N-2-羟乙基氨甲基膦酸二乙酯50-54份、均泡剂3-5份、发泡剂25-45份、催化剂1.0-1.6份、硅烷偶联剂0.8-1.8份、抗氧化剂0.5-0.7份；
B组分：异氰酸酯190-210份；
C组分：碳酸钙粉体8-12份。
3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于：所述碳酸钙粉体中粒径小于2μm的粉体重量百分比为68-88%，粒径小于5μm的粉体重量百分比为92-99%。
4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于：所述碳酸钙粉体包括以下重量百分含量的成分：CaCO397.1-97.7%，MgO0.04-0.10% ，余量为杂质。
5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于：所述催化剂包括重量比为（2-10）：（12-3）的三乙胺与二丁基二异辛酸锡。
6.根据权利要求1所述的一种聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于：所述碳酸钙粉体的含水率小于0.2%。
7.根据权利要求1所述的一种聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于：所述异氰酸酯包括重量比为（1.5-2.2）：1的二苯基甲烷二异氰酸酯与多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯。
8.一种权利要求1-7任一所述的聚氨酯硬泡保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将A组分与C组分混合均匀，得到初混料；
S2.将初混料与B组分混合均匀，得到混合料，将混合料打入模具中，制得保温材料。
9.根据权利要求8所述的聚氨酯硬泡保温材料的制备方法，其特征在于：所述初混料与B组分在0.4-0.7MPa的压强下进行混合。
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