CN117209705A - 一种改性聚氨酯硬泡保温材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，本发明公开了一种改性聚氨酯硬泡保温材料及其制备方法与应用。本发明所述改性聚氨酯硬泡保温材料包括如下质量份数的原料：聚酯多元醇50～70份、聚4,4’‑二苯甲烷二异氰酸酯45～70份、催化剂2～4份、阻燃剂2～5份、发泡剂1.5～3份、泡沫稳定剂1～3份、玻璃微珠30～45份、陶瓷废料15～25份、硅烷偶联剂0.2～1.5份。本发明将玻璃微珠和陶瓷废料引入聚氨酯发泡体系，玻璃微珠和陶瓷废料可以改善聚氨酯发泡体系的孔径比，减小孔径，提高聚氨酯发泡体系的抗压强度，同时提高聚氨酯发泡体系的阻燃性能。本发明所得改性聚氨酯硬泡保温材料具有优异的保温性能、阻燃性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种改性聚氨酯硬泡保温材料及其制备方法与应用。
背景技术
建筑业用聚氨酯硬泡体保温材料是聚氨酯工业的一个重要分支，其特点是一材多用，同时具备保温、防水等功能。作为建筑保温防水一体化材料，聚氨酯硬泡打破了传统建材功能单一，防水和保温不能同时满足，防水层一旦出现渗漏保温层随即失去保温功能的通病。与其他单功能保温或防水材料相比，聚氨酯硬泡具有明显的优势。
然而随着建筑用聚氨酯硬泡保温材料的发展，对聚氨酯硬泡保温材料性能的要求也越来越高。为满足建筑领域更高要求的应用，需要提高聚氨酯硬泡保温材料的保温性、阻燃性、耐热性、稳定性及力学性能等。由于聚氨酯硬泡保温材料为孔隙丰富的保温材料，这就使得其强度较低，无法满足高强度材料的应用，使得聚氨酯硬泡保温材料的寿命降低。现有技术为了提高聚氨酯硬泡保温材料的强度通常采用加入碳酸钙等无机粉体，以减小泡孔尺寸，增大聚氨酯硬泡保温材料的强度。但是由于无机粉体与聚氨酯体系的相容性差，该方法存在无机粉体在聚氨酯发泡体系中分散不均匀，聚氨酯发泡体系的性能下降，即使添加偶联剂也不能完全避免上述情况的发生。且其所述的聚氨酯硬泡保温材料的强度也不能满足更高保温材料性能的要求。因此，发展一种强度高、阻燃性能高、防水性好、保温性优异的改性聚氨酯硬泡保温材料成为本领域的发展方向。
发明内容
本发明的目的为提供一种改性聚氨酯硬泡保温材料及其制备方法与应用，以解决现有的聚氨酯硬泡保温材料的力学性能无法满足更高要求的应用的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种改性聚氨酯硬泡保温材料，包括如下质量份数的原料：
聚酯多元醇50～70份、聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯45～70份、催化剂2～4份、阻燃剂2～5份、发泡剂1.5～3份、泡沫稳定剂1～3份、玻璃微珠30～45份、陶瓷废料15～25份、硅烷偶联剂0.2～1.5份。
作为优选，所述催化剂为五甲基三乙烯二胺。
作为优选，所述阻燃剂为三氯丙基磷酸酯、三氯乙基磷酸酯和甲基磷酸二甲酯中的一种或多种。
作为优选，所述发泡剂为氟氯代烷烃。
作为优选，所述泡沫稳定剂为聚氧乙烯脂肪酰醇胺和/或聚丙烯酰胺。
作为优选，所述玻璃微珠的粒径为150～200μm；所述陶瓷废料的粒径≤20mm。
本发明还提供了所述改性聚氨酯硬泡保温材料的制备方法，包括如下步骤：
将聚酯多元醇、催化剂、阻燃剂、玻璃微珠、陶瓷废料和硅烷偶联剂混合，得到混合物；将混合物、发泡剂和发泡稳定剂预混合，得到预混物；将预混物和聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯进行聚合反应，得到改性聚氨酯硬泡保温材料。
作为优选，所述混合的温度为35～45℃，混合的搅拌速度为2000～3000r/min，混合的时间为20～40min；所述预混合的温度为15～25℃，预混合的时间为10～15min。
作为优选，所述聚合反应的温度为60～80℃，聚合反应的时间为20～35min。
本发明还提供了所述改性聚氨酯硬泡保温材料在建筑材料中的应用。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：
本发明将玻璃微珠和陶瓷废料引入聚氨酯发泡体系中，其中，玻璃微珠和陶瓷废料均可以改善聚氨酯发泡体系的孔径比，减小孔径，提高聚氨酯发泡体系的抗压强度；另外，陶瓷废料作为含大量硅酸盐矿物的多孔结构，可以使得多元醇和异氰酸酯在孔隙结构间进行聚合反应，既可以减少聚氨酯发泡体系的氧化面，提高聚氨酯发泡体系的阻燃性能，陶瓷废料的特有结构还可以显著提高聚氨酯发泡体系的强度；本发明制备得到的改性聚氨酯硬泡保温材料的导热系数为0.175～0.204W/m·k，密度为39.51～40.2kg/m3，抗压强度为280～291KPa，极限氧指数为35.4～36.8％；本发明所得改性聚氨酯硬泡保温材料具有优异的保温性能、阻燃性能和力学性能。
具体实施方式
本发明提供了一种改性聚氨酯硬泡保温材料，包括如下质量份数的原料：
聚酯多元醇50～70份、聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯45～70份、催化剂2～4份、阻燃剂2～5份、发泡剂1.5～3份、泡沫稳定剂1～3份、玻璃微珠30～45份、陶瓷废料15～25份、硅烷偶联剂0.2～1.5份。
在本发明中，所述聚酯多元醇的用量优选为55～65份，进一步优选为58～62份；所述聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯的用量优选为50～65份，进一步优选为55～60份；所述催化剂的用量优选为2.5～3.5份，进一步优选为2.8～3.2份；所述阻燃剂的用量优选为3～4份，进一步优选为3.5～3.8份；所述发泡剂的用量优选为2～2.5份，进一步优选为2.2～2.4份；所述泡沫稳定剂的用量优选为1.2～2.5份，进一步优选为1.5～2份；所述玻璃微珠的用量优选为32～40份，进一步优选为35～38份；所述陶瓷废料的用量优选为18～24份，进一步优选为20～22份；所述硅烷偶联剂的用量优选为0.5～1.2份，进一步优选为0.8～1份。
在本发明中，所述催化剂优选为五甲基三乙烯二胺。
在本发明中，所述阻燃剂优选为三氯丙基磷酸酯、三氯乙基磷酸酯和甲基磷酸二甲酯中的一种或多种。
在本发明中，所述发泡剂优选为氟氯代烷烃。
在本发明中，所述泡沫稳定剂优选为聚氧乙烯脂肪酰醇胺和/或聚丙烯酰胺。
在本发明中，所述玻璃微珠的粒径优选为150～200μm，进一步优选为160～180μm；所述陶瓷废料的粒径优选为≤20mm，进一步优选为≤18mm。
本发明还提供了所述改性聚氨酯硬泡保温材料的制备方法，包括如下步骤：
将聚酯多元醇、催化剂、阻燃剂、玻璃微珠、陶瓷废料和硅烷偶联剂混合，得到混合物；将混合物、发泡剂和发泡稳定剂预混合，得到预混物；将预混物和聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯进行聚合反应，得到改性聚氨酯硬泡保温材料。
在本发明中，所述混合的温度优选为35～45℃，进一步优选为38～42℃；混合的搅拌速度优选为2000～3000r/min，进一步优选为2500～2600r/min；混合的时间优选为20～40min，进一步优选为25～35min；所述预混合的温度优选为15～25℃，进一步优选为18～20℃；预混合的时间优选为10～15min，进一步优选为12～14min。
在本发明中，所述聚合反应的温度优选为60～80℃，进一步优选为65～75℃；聚合反应的时间优选为20～35min，进一步优选为25～30min。
本发明还提供了所述改性聚氨酯硬泡保温材料在建筑材料中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
改性聚氨酯硬泡保温材料的原料及其用量如下：
聚酯多元醇SKR-450D 50份、聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯50份、五甲基三乙烯二胺2份、三氯丙基磷酸酯4份、氟氯代烷烃1.5份、聚丙烯酰胺1份、粒径为160μm的玻璃微珠32份、粒径为20mm的陶瓷废料15份、硅烷偶联剂KH-5500.2份；
制备方法如下：
将聚酯多元醇SKR-450D、五甲基三乙烯二胺、三氯丙基磷酸酯、玻璃微珠、陶瓷废料和硅烷偶联剂KH-550在35℃、搅拌速率为2500r/min的条件下混合20min，得到混合物；将混合物、氟氯代烷烃和聚丙烯酰胺在15℃下预混合10min，得到预混物；将预混物和聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯在60℃下进行聚合反应25min，得到改性聚氨酯硬泡保温材料。
实施例2
改性聚氨酯硬泡保温材料的原料及其用量如下：
聚酯多元醇SKR-450D 55份、聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯45份、五甲基三乙烯二胺2.5份、三氯乙基磷酸酯3份、氟氯代烷烃2份、聚丙烯酰胺1.2份、粒径为180μm的玻璃微珠35份、粒径为18mm的陶瓷废料24份、硅烷偶联剂KH-5500.5份；
制备方法如下：
将聚酯多元醇SKR-450D、五甲基三乙烯二胺、三氯乙基磷酸酯、玻璃微珠、陶瓷废料和硅烷偶联剂KH-550在42℃、搅拌速率为2600r/min的条件下混合35min，得到混合物；将混合物、氟氯代烷烃和聚丙烯酰胺在15℃下预混合15min，得到预混物；将预混物和聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯在75℃下进行聚合反应20min，得到改性聚氨酯硬泡保温材料。
实施例3
改性聚氨酯硬泡保温材料的原料及其用量如下：
聚酯多元醇SKR-450D 65份、聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯65份、五甲基三乙烯二胺3.2份、三氯乙基磷酸酯3.8份、氟氯代烷烃2.4份、聚氧乙烯脂肪酰醇胺2份、粒径为150μm的玻璃微珠38份、粒径为20mm的陶瓷废料22份、硅烷偶联剂KH-5501份；
制备方法如下：
将聚酯多元醇SKR-450D、五甲基三乙烯二胺、三氯乙基磷酸酯、玻璃微珠、陶瓷废料和硅烷偶联剂KH-550在45℃、搅拌速率为2000r/min的条件下混合35min，得到混合物；将混合物、氟氯代烷烃和聚氧乙烯脂肪酰醇胺在18℃下预混合12min，得到预混物；将预混物和聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯在65℃下进行聚合反应30min，得到改性聚氨酯硬泡保温材料。
对比例1
与实施例1的区别为：不添加玻璃微珠，其它同实施例1。
对比例2
与实施例1的区别为：不添加陶瓷废料，其它同实施例1。
对比例3
与实施例1的区别为：不添加玻璃微珠和陶瓷废料，其它同实施例1。
对实施例1～3和对比例1～3所得改性聚氨酯硬泡保温材料进行性能测试，测试所依据的标准和测试结果如下：
测试所依据的标准：
1.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1～3和对比例1～3所得改性聚氨酯硬泡保温材料的保温性能进行检测。
2.按照《泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》(GB/T6343-2009)对实施例1～3和对比例1～3所得改性聚氨酯硬泡保温材料的密度进行检测。
3.按照《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》(GB/T8813-2020)对实施例1～3和对比例1～3所得改性聚氨酯硬泡保温材料的抗压强度进行检测。
4.按照《塑料用氧指数法测定燃烧行为》(GB/T2406.1-2008)对实施例1～3和对比例1～3所得改性聚氨酯硬泡保温材料的阻燃性能进行检测。
上述测试所得结果如表1所示。
表1实施例1～3和对比例1～3所得改性聚氨酯硬泡保温材料的性能测试结果
由表1可知，本发明制备得到的改性聚氨酯硬泡保温材料的导热系数为0.175～0.204W/m·k，密度为39.51～40.2kg/m3，抗压强度为280～291KPa，极限氧指数为35.4～36.8％；本发明所得改性聚氨酯硬泡保温材料具有优异的保温性能、阻燃性能和力学性能。
以上所述仅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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种改性聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于，包括如下质量份数的原料：
聚酯多元醇50～70份、聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯45～70份、催化剂2～4份、阻燃剂2～5份、发泡剂1.5～3份、泡沫稳定剂1～3份、玻璃微珠30～45份、陶瓷废料15～25份、硅烷偶联剂0.2～1.5份。
2.根据权利要求1所述改性聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于，所述催化剂为五甲基三乙烯二胺。
3.根据权利要求2所述改性聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于，所述阻燃剂为三氯丙基磷酸酯、三氯乙基磷酸酯和甲基磷酸二甲酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1～3任一项所述改性聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于，所述发泡剂为氟氯代烷烃。
5.根据权利要求4所述改性聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于，所述泡沫稳定剂为聚氧乙烯脂肪酰醇胺和/或聚丙烯酰胺。
6.根据权利要求5所述改性聚氨酯硬泡保温材料，其特征在于，所述玻璃微珠的粒径为150～200μm；所述陶瓷废料的粒径≤20mm。
7.权利要求1～6任一项所述改性聚氨酯硬泡保温材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚酯多元醇、催化剂、阻燃剂、玻璃微珠、陶瓷废料和硅烷偶联剂混合，得到混合物；将混合物、发泡剂和发泡稳定剂预混合，得到预混物；将预混物和聚4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯进行聚合反应，得到改性聚氨酯硬泡保温材料。
8.根据权利要求7所述改性聚氨酯硬泡保温材料的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为35～45℃，混合的搅拌速度为2000～3000r/min，混合的时间为20～40min；所述预混合的温度为15～25℃，预混合的时间为10～15min。
9.根据权利要求8所述改性聚氨酯硬泡保温材料的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为60～80℃，聚合反应的时间为20～35min。
10.权利要求1～6任一项所述改性聚氨酯硬泡保温材料在建筑材料中的应用。
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