一种硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种硬质聚氨酯泡沫塑料，由以下原料制备而成：异氰酸酯、高官能度的聚酯多元醇、纳米微球增强剂、发泡剂、有机硅泡沫稳定剂、交联剂、催化剂、复配填充剂。本发明专利技术工艺简单，易于工业化生产，整个过程无三废产生，符合环保要求，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法
本专利技术涉及聚氨酯材料
，具体涉及一种硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，是由多元醇和多异氰酸酯反应制得的一类主链上带有重复-NHCOO-基团的聚合物的总称。聚氨酯制品中最重要的是聚氨酯泡沫，它具有优良的物理力学性能、声学性能、电学性能和耐化学性能，可直接从单体原料一次加工成聚合物制品，而且可通过改变原料化学结构、规格、品种等调节配方组合，制出各种性能和用途的终端制品，因此应用十分广泛。硬质聚氨酯泡沫塑料最大优点是质轻、隔热保温性好、吸音及缓冲抗震性优良，具有较高的压缩强度和较好的尺寸稳定性，因而广泛应用于国防、建筑及交通等国民经济各部门。现有技术中，硬质聚氨酯泡沫塑料的制备方法主要分聚酯多元醇型和聚醚多元醇型两种。聚酯多元醇官能度普遍在2.0-2.4左右。若单纯采用聚酯多元醇生产硬质聚氨酯泡沫塑料，由于其官能度较低，将导致泡沫内部交联程度不足而影响泡沫塑料的机械强度，并最终影响泡沫塑料的尺寸稳定性，使其在应用于建筑保温领域时易出现严重的收缩现象，导致泡沫板材极易从建筑粘结面脱落。而聚醚多元醇的官能度虽然较高(通常≥4)，但单纯采用4官能度的聚醚多元醇(例如牌号为4110，其官能度为4)来发泡，由于聚醚多元醇的主链结构为醚键，其较强的分子内柔性将降低由聚醚所发聚氨酯硬泡的机械强度，而单纯采用更高官能度的聚醚多元醇(如牌号为N-635，其官能度为6)，一方面因其官能度较高，发泡工艺不易控制，极易导致泡沫交联密度过大；另一方面该种型号的聚醚多元醇羟值较高(通常≥450mgKOH/g)，与相同份数的聚酯多元醇相比较，使用该类聚醚多元醇将消耗更多的异氰酸酯，不仅增加成本，更大幅提高了泡沫中硬段的含量，致使板材发酥、发脆。为解决上述问题，现有的发泡技术一般采用聚醚多元醇和聚酯多元醇混合使用的方法来提高多元醇混合物的平均官能度，并利用聚酯多元醇内部的酯键来增加材料的刚性，但此方法一方面，由于聚醚多元醇与聚酯多元醇的主链结构并不一致，二者的混溶性较差，在高速混合搅拌后常出现分层现象，这将破坏泡孔结构的规整性，并影响泡沫的刚性及其热导率，另一方面此方法工艺较为繁琐，且成本较高。中国专利申请公开号CN104262596A公开了一种高官能度聚酯多元醇及其制备方法，系采用高官能度聚酯多元醇、并通过现有技术方法进行发泡制备硬质泡沫塑料，虽然所制得的硬质聚氨酯泡沫塑料的机械强度有了一定的提高，但也只是勉强达到建筑行业标准《JG/T314—2012》中对于聚氨酯硬泡复合保温板的强度要求(压缩强度≥150KPa)，而实际应用中绝大多数行业对于泡沫塑料的机械强度及尺寸稳定性有更高要求(一般要求≥200KPa)，这也使得上述泡沫塑料在实际应用中具有很大的局限性。中国专利申请号200610019610.1提供一种用聚醚多元醇制备高强度的聚氨酯泡沫塑料，该方法主要通过在配方中增加无机材料的方式来提高泡沫的强度，然而上述无机材料在混合过程中很难均匀地分布于聚醚多元醇体系中，导致其在发泡时形成的泡孔密度不均匀、容易开口甚至塌陷，直接影响到泡沫塑料制品的尺寸稳定性(该方法制备的泡沫塑料制品，在20℃，24小时条件下，尺寸稳定性＞0.6％(而按照本专利技术方法制备的泡沫塑料，其在80℃，48小时条件下，尺寸稳定性＜0.5％)。中国专利申请号200610039944.5利用菜籽油制备一种生物质基多元醇，再与其它聚醚(或聚酯)多元醇混合来发泡制备硬质聚氨酯泡沫，该方法虽对降低成本有一定作用，但利用此方法制备的泡沫塑料的机械强度并不高，模塑密度37.6kg/m3时压缩强度也只达到203KPa，其限制了泡沫塑料的应用领域；其次，用菜籽油制备生物基多元醇，工序过于复杂，产品质量不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法，制备了一种高官能度的聚酯多元醇，只以聚酯多元醇为主料，所发出的泡沫就能达到甚至超过以聚醚多元醇为主料发出的泡沫塑料的机械性能，同时也获得了良好的尺寸稳定性，大大降低了泡沫塑料成本。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供一种硬质聚氨酯泡沫塑料，由以下原料制备而成：异氰酸酯、高官能度的聚酯多元醇、纳米微球增强剂、发泡剂、有机硅泡沫稳定剂、交联剂、催化剂、复配填充剂；所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二异氰酸酯、三氨基壬烷三异氰酸酯；所述有机硅泡沫稳定剂选自B-84803、B-8534、AK8818、AK8811、AK8809、B-84805、B-8545、SILBYK-9231、AK8882中的一种或几种混合，其中：B-84803、B-8534、B-84805、B-8545为德国赢创工业集团泡沫稳定剂产品，SILBYK-9231为德国毕克化学公司泡沫稳定剂产品，AK8818、AK8882、AK8811、AK8809为中国化工市场的泡沫稳定剂产品、产品生产企业有：江苏美思德化学股份有限公司；所述交联剂选自甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷、山梨醇、以及蔗糖中的一种或几种混合；所述催化剂为辛酸亚锡、N，N-二甲基乙醇胺、二月桂酸二丁基锡和1，3，5-三(二甲氨基丙基)-六氢三嗪的组合，质量比为1：(0.1-0.5)：(1-2)：(0.1-0.7)；所述纳米微球增强剂由以下方法制备而成：将聚乙烯醇、水和甲醇混合并超声分散均匀后，通入氮气，加热至50-70℃，第一次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺，搅拌反应1-3h后，升温至75-85℃，反应5-10h，过滤，分离出珠体，水洗后，将珠体加入含有过硫酸铵、聚乙二醇200的水溶液中，并第二次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺，75-85℃，反应20-40min，第三次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺，反应1-3h后得到苯乙烯-N-异丙基丙烯酰胺共聚纳米微球，即为纳米微球增强剂。作为本专利技术的进一步改进，所述纳米微球增强剂由以下原料按重量份制备而成：聚乙烯醇5-10份、苯乙烯75-100份、N-异丙基丙烯酰胺25-50份、过硫酸铵1-2份、聚乙二醇2005-10份、水200-350份和甲醇30-70份；所述第一次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺的量占总量的10-20wt％，所述第二次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺的量占总量的5-10wt％，所述第三次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺的量为余量。作为本专利技术的进一步改进，所述高官能度的聚酯多元醇由以下方法制备而成：用5-10重量份己二酸、5-10重量份乙二醇、7-12重量份二乙二醇、2-5重量份丁二醇、0.5-1.5重量份分散剂、50-100重量份甲苯、5-12重量份二乙二醇、0.1-0.5重量份偶氮二(2-甲基丁腈)在通氮气条件下搅拌溶解，加入10-20重量份苯乙烯，搅拌升温至60-70℃，再搅拌10-30min，升温到110-120℃，制得反应液；将2-5重量份重量份己二酸、1-5重量份乙二醇、2-5重量份二乙二醇、1-5重量份丁二醇、0.1-0.5重量份分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，由以下原料制备而成：异氰酸酯、高官能度的聚酯多元醇、纳米微球增强剂、发泡剂、有机硅泡沫稳定剂、交联剂、催化剂、复配填充剂；/n所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二异氰酸酯、三氨基壬烷三异氰酸酯；/n所述有机硅泡沫稳定剂选自B-84803、B-8534、AK8818、AK8811、AK8809、B-84805、B-8545、SILBYK-9231、AK8882中的一种或几种混合，其中：B-84803、B-8534、B-84805、B-8545为德国赢创工业集团泡沫稳定剂产品，SILBYK-9231为德国毕克化学公司泡沫稳定剂产品，AK8818、AK8882、AK8811、AK8809为中国化工市场的泡沫稳定剂产品、产品生产企业有：江苏美思德化学股份有限公司；/n所述交联剂选自甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷、山梨醇、以及蔗糖中的一种或几种混合；/n所述催化剂为辛酸亚锡、N，N-二甲基乙醇胺、二月桂酸二丁基锡和1，3，5-三(二甲氨基丙基)-六氢三嗪的组合，质量比为1：（0.1-0.5）：（1-2）：（0.1-0.7）；/n所述纳米微球增强剂由以下方法制备而成：将聚乙烯醇、水和甲醇混合并超声分散均匀后，通入氮气，加热至50-70℃，第一次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺，搅拌反应1-3h后，升温至75-85℃，反应5-10h，过滤，分离出珠体，水洗后，将珠体加入含有过硫酸铵、聚乙二醇200的水溶液中，并第二次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺，75-85℃，反应20-40min，第三次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺，反应1-3h后得到苯乙烯-N-异丙基丙烯酰胺共聚纳米微球，即为纳米微球增强剂。/n...

【技术特征摘要】
1.一种硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，由以下原料制备而成：异氰酸酯、高官能度的聚酯多元醇、纳米微球增强剂、发泡剂、有机硅泡沫稳定剂、交联剂、催化剂、复配填充剂；
所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二异氰酸酯、三氨基壬烷三异氰酸酯；
所述有机硅泡沫稳定剂选自B-84803、B-8534、AK8818、AK8811、AK8809、B-84805、B-8545、SILBYK-9231、AK8882中的一种或几种混合，其中：B-84803、B-8534、B-84805、B-8545为德国赢创工业集团泡沫稳定剂产品，SILBYK-9231为德国毕克化学公司泡沫稳定剂产品，AK8818、AK8882、AK8811、AK8809为中国化工市场的泡沫稳定剂产品、产品生产企业有：江苏美思德化学股份有限公司；
所述交联剂选自甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷、山梨醇、以及蔗糖中的一种或几种混合；
所述催化剂为辛酸亚锡、N，N-二甲基乙醇胺、二月桂酸二丁基锡和1，3，5-三(二甲氨基丙基)-六氢三嗪的组合，质量比为1：（0.1-0.5）：（1-2）：（0.1-0.7）；
所述纳米微球增强剂由以下方法制备而成：将聚乙烯醇、水和甲醇混合并超声分散均匀后，通入氮气，加热至50-70℃，第一次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺，搅拌反应1-3h后，升温至75-85℃，反应5-10h，过滤，分离出珠体，水洗后，将珠体加入含有过硫酸铵、聚乙二醇200的水溶液中，并第二次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺，75-85℃，反应20-40min，第三次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺，反应1-3h后得到苯乙烯-N-异丙基丙烯酰胺共聚纳米微球，即为纳米微球增强剂。


2.根据权利要求1所述硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，所述纳米微球增强剂由以下原料按重量份制备而成：聚乙烯醇5-10份、苯乙烯75-100份、N-异丙基丙烯酰胺25-50份、过硫酸铵1-2份、聚乙二醇2005-10份、水200-350份和甲醇30-70份；所述第一次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺的量占总量的10-20wt%，所述第二次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺的量占总量的5-10wt%，所述第三次加入苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺的量为余量。


3.根据权利要求1所述硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，所述高官能度的聚酯多元醇由以下方法制备而成：用5-10重量份己二酸、5-10重量份乙二醇、7-12重量份二乙二醇、2-5重量份丁二醇、0.5-1.5重量份分散剂、50-100重量份甲苯、5-12重量份二乙二醇、0.1-0.5重量份偶氮二(2-甲基丁腈)在通氮气条件下搅拌溶解，加入10-20重量份苯乙烯，搅拌升温至60-70℃，再搅拌10-30min，升温到110-120℃，制得反应液；将2-5重量份重量份己二酸、1-5重量份乙二醇、2-5重量份二乙二醇、1-5重量份丁二醇、0.1-0.5重量份分散剂、20-5...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞翔，
申请(专利权)人：广州珈鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44