硬质聚氨酯泡沫、其制备方法以及应用技术

本发明专利技术提供了一种硬质聚氨酯泡沫、其制备方法以及应用，本发明专利技术的硬质聚氨酯泡沫含有１－３０ｗｔ％的、粒径为２０－３２５目的可膨胀石墨，其在拥有理想的阻燃性能的同时具有低导热系数和高闭孔率。其烟密度为１０－４０％（ＳＤＲ），水平燃烧速率为０．１０－０．３５ｍｍ／ｓ，导热系数为０．０１８０－０．０２５０ｗ／ｍ.ｋ（２５℃），泡沫闭孔率在８５％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高分子复合保温材料领域，尤其涉及一种含有可膨胀石 墨的硬质聚氨酯泡沫、其制备方法以及在保温领域的应用。
技术介绍
硬质聚氨酯泡沫具有很好的保温性能，25毫米厚的聚氨酯石更质泡沫 塑料的保温效果相当于40毫米厚的EPS、 45毫米的矿棉、380毫米厚的 混凝土或860毫米的普通砖。在同样保温效果下，保温厚度约相当于EPS 的一半。根据热工计算，在华北地区要达到我国建筑节能65%的目标，PU 厚度只需3厘米，而EPS板厚度需7厘米以上，XPS板厚度需5厘米以上。 所以硬质聚氨酯泡沫板材广泛应用在需要保温的各种领域，特别是在通 风管道、建筑外墙保温和钢结构等领域。但是未经阻燃处理的硬质聚氨酯泡沫阻燃性能、发烟性能均不能较 好的满足应用的需要，影响了硬质聚氨酯泡沫板材的使用。在添加反应 性阻燃剂代价昂贵的情况下，采用各种液体、固体添加型阻燃剂来改善 硬质聚氨酯泡沫的阻燃能力与燃烧发烟量具有很高的应用价值。现阶段硬质聚氨酯泡沫板材阻燃剂大多采用液体添加性阻燃剂如 Tcpp、 Tc印、Dmmp等。液体阻燃剂具有对泡沫导热系数影响不大，与原 料相溶性好、不会沉降、对设备工艺没有影响的优点。但是相比而言， 泡沫发烟量改善不大，成本优势也不是特别明显。 一般的固体阻燃剂阻 燃能力好，泡沫发烟量小，不会或者较少释放有毒气体、成本优势也很 明显，但是与原料相溶性不好、不能长期存放、容易沉降、堵塞设备， 最重要的是，会大幅度降低泡沫材料的保温性能，在硬质聚氨酯泡沫中 使用和研究较少。可膨胀石墨作为固体阻燃剂具有质地软、重量轻、阻燃性能好的优点，在下述专利申请CN1724577A、 CN2003611A、 CN1495213A、 CN1756794A、 CN1343226A、 CN1212971A和CN101088435中均有涉及。但是可膨月长石墨 的加入，不可避免的造成了聚氨酯硬泡沫泡孔结构的破坏，使得所制得 的制品普遍存在导热系数增高的问题。而导热系数远远低于其它材料是 聚氨酯硬泡产品在保温领域应用的基础。怎样制得拥有优良的阻燃性能， 特别是降低烟密度、提高水平燃烧性能的同时保持低导热系数的产品， 是一个关键。Dow公司的专利申请CN13 4 3 2 2 6 A公开了 一种使用开孔剂制得显示低 热导率的含片状脱落石墨的开孔聚氨酯泡沫塑料，但是其制得到的聚氨 酯泡沫为开孔泡沫，导致了其泡沫的导热系数较高(0. 0280-0. 0350w/m*k)。Basf公司的专利申请CN1212971A公开了生产具有低导热性的硬质 聚氨酯泡沫的方法，其中涉及到了在泡沫中添加石墨来降低辐射引起的 热损失。但在相同的情况下，添加相同质量石墨(通常所说石墨指鳞片 石墨，又叫片状石墨)的泡沫阻燃效果是远远不及可膨胀石墨的。这是 因为可膨胀石墨在约200。C时，体积开始膨胀，并在约IIO(TC时达到最 大体积，体积可膨胀约100-400倍。膨胀后得到的膨胀石墨在泡沫表面 形成一层覆盖层，隔断火焰。而普通石墨是没有这种阻燃效果的。由此可见，目前需要寻找一种拥有理想的阻燃性能的同时具有低导 热系数和高闭孔率，用于建筑物外墙等保温领域的^f更质聚氨酯泡沫材料。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于，提供一种拥有理想的阻燃性能的同时具有 低导热系数和高闭孔率，且能方便地用于建筑物外墙等保温领域的硬质 聚氨酯泡沫。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案为一种硬质聚氨酯泡沫，其含有l-30w"/。的、粒径为20-325目的可膨 胀石墨，所述可膨胀石墨的含量优选为5-10wt%，粒径优选为20-60目和 /或200-325目。众所周知，泡沫的导热性能受三方面的制约气相导热性、基体导 热性和辐射导热性。硬质聚氨酯泡沫塑料的低导热系数主要是因为泡沫 的封闭泡孔内存在导热系数很低的发泡剂气体的原因。可膨胀石墨等固 体填料的加入可以提高泡沫的阻燃性能，但是不可避免地会造成聚氨酯 硬泡产品导热系数升高，从而减小甚至摧毁聚氨酯硬泡产品的保温优势。 对应于制约泡沫导热性能的三方面，原因如下1、 填料的加入，破坏了泡沫中均匀的泡孔结构，导致泡沫开孔率变 大，导热系数也随之变大，这是泡沫导热系数升高的主要原因；2、 填料本身传热性比较大，如果泡沫中填料较多，互相接触形成通 路的话，将形成泡沫新的导热基体，如果泡沫中填料适量，分散在基体 之中，对泡沫导热系数影响很小。3、 辐射，在没有大量反辐射材料的情况下，对导热系数影响较小。 本专利技术研究了可膨胀石墨的粒径、添加量等因素对泡孔闭孔结构的可膨胀石墨颗粒在泡孔结构中以三种形式存在的1) 粒径较大颗粒的贯穿相邻几个泡孔，其边缘会破坏接触到的泡孔壁；2) 粒径适中的颗粒存在于泡孔之中，由于其不可能悬浮在泡孔中， 部分边缘与泡孔壁接触，不可避免的破坏共用泡孔壁的周围泡孔；3) 颗粒较小的则镶嵌在泡孔壁上。可以看出，可膨胀石墨的前两种存在形式对泡沫的闭孔结构破坏最 大。这就需要对泡沫中含有的可膨胀石墨的粒径与泡孔尺寸之间的比例 进行优化。但是比较特殊的现象是在相同的添加量的情况下，颗粒较大的可 膨胀石墨阻燃能力越强，同时颗粒数目也较少。泡沫得到同样的阻燃能 力，颗粒较大的可膨胀石墨添加质量少，数目更少，破坏的闭孔结构远 少于第二种情况，得到的泡沫闭孔率高、导热系数低。第三种情况破坏 的闭孔结构也较少，但是小颗粒可膨胀石墨较差的阻燃效果导致添加量 会大大增加。通过研究发现，即使在添加量相同的情况下，随着可膨胀石墨粒径 的逐步减小，导热系数的降低和泡沫闭孔率的提高趋势不但相同，而且 接近同步。这证明了泡沫中添加可膨胀石墨粒径的不同，确实会影响泡 沫的闭孔率，进而影响到泡沫的导热系数。并且因为在相同的添加量的 情况下，颗粒较大的可膨胀石墨阻燃能力越强，如果考察变量从相同添 加量转变成相同阻燃效果的时候，这种趋势就会变得更加明显。但是令人没有想到的是，如果可膨胀石墨粒径过大，添加量过多， 反而可能会导致测试样品水平燃烧性能很好，烟密度很高的情况。这可 能是因为试样不易燃烧，在整个测试时间内不能充分燃烧，保持发烟状 态，使烟密度增高。本专利技术通过在泡沫中添加l-30wt。/。，优选5-10wt。/。的、粒径为20-325 目，优选为20-60目和/或200-325目的可膨胀石墨，使所述可膨胀石墨 的粒径与泡沫泡孔的直径之比为0.1-0.5和/或1.5-9.0,优选为 0. 15-0. 40和/或1.5-4.5,调节泡沫的闭孔率，生产出了拥有理想的阻 燃和其它物理性能的同时保持低导热系数高闭孔率的泡沫。本专利技术的另一目的在于，提供一种制备上述硬质聚氨酯泡沫的方法。本专利技术的生产上述硬质聚氨酯泡沫的方法包括以下步骤(a)多元 醇成分与(b)异氰酸酯成分在(c)可膨胀石墨、(d)发泡剂、(e)催 化剂和(f )泡沫稳定剂，以及任选的(g )填料和/或助剂的存在下混合。其中，所述(a)多元醇成分包括两官能度以上，优选3-6官能度的 聚醚多元醇和/或聚酯多元醇，羟值为150-700mgKOH/g。例如，上海高桥 GR-4110G、 GR-635G、天津三石化TSU-450L、 TSU-464、 TAE-300、山东东 大NT403A、 St印an P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质聚氨酯泡沫，其特征在于，其含有１－３０ｗｔ％的、粒径为２０－３２５目的可膨胀石墨。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，韩怀强，张龙跃，李鹏敏，
申请(专利权)人：北京科聚化工新材料有限公司，烟台万华聚氨酯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]