一种低密度、耐低温的聚氨酯泡沫及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低密度、耐低温的聚氨酯泡沫，其原料包括多元醇、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、水和异氰酸酯，其特征在于，发泡剂中含有戊烷和六氟丙烯，戊烷和六氟丙烯的总量在发泡剂中的质量占比≥90％，戊烷与六氟丙烯的质量比为1:0.5～3.2。本申请还公开了三种聚氨酯泡沫的制备方法。利用本申请能够降低发泡剂体系的全球变暖潜值，降低泡沫密度，并保证泡沫稳定性，提高聚氨酯泡沫的耐低温性，优化泡沫的绝热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低密度、耐低温的聚氨酯泡沫及其制备方法
本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种低密度、耐低温的聚氨酯泡沫及其制备方法。
技术介绍
随着环保法规的日趋严格，硬质聚氨酯泡沫发泡剂替代技术的更新迭代从未止步，但现有的发泡剂体系仍然难以满足需求，如HFC类发泡剂，虽然臭氧消耗潜能值(ODP)为零，但是全球变暖潜值(GWP)较高，其对环境仍然具有不利影响，而对于环戊烷发泡体系，虽然其ODP为零、GWP低，但其易燃、导热系数较高，同时由于环戊烷的沸点较高，低温状态下在泡孔中冷凝成液态，进而影响泡沫的尺寸稳定性。虽然聚氨酯发泡剂的替代技术已历经了30年左右的时间，但是至今仍然没有发现一种发泡剂替代物的绝热性、工艺性、经济性、非可燃性等方面可同时达到一氟三氯甲烷(CFC-11)的水平，且符合环保要求的，可见，聚氨酯发泡剂的替代技术较为复杂。对于聚氨酯泡沫体系来说，在进行发泡剂替代时，除了考虑发泡剂本身的性质，如工艺性、绝热性、安全性、价格等，还需要对聚氨酯原料体系进行研究开发，以使其与发泡剂相匹配，并最终获得优化配方。除了环保以外，聚氨酯泡沫配方的流动性、物理性能也是备受关注的指标，其直接影响着生产效率和加工成本。而现有技术中，对聚氨酯泡沫各种性能的兼顾仍存在不足。在绿色环保的大前提下，如何优化聚氨酯泡沫的工艺性，提高生产效率，同时又降低生产成本并保证物理性能等，仍为本领域的研究热点。
技术实现思路
本申请的目标在于，(1)降低发泡剂体系的全球变暖潜值，(2)降低泡沫密度，并保证泡沫稳定性，(3)提高聚氨酯泡沫的耐低温性，(4)优化泡沫的绝热性能。为了达到上述目标，本申请首先提供一种低密度、耐低温的聚氨酯泡沫，其原料包括多元醇、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、水和异氰酸酯，其特征在于，发泡剂中含有戊烷和六氟丙烯，戊烷和六氟丙烯的总量在发泡剂中的质量占比≥90％，戊烷与六氟丙烯的质量比为1:0.5～3.2。本专利技术主要使用戊烷和六氟丙烯作为发泡剂，具有环保和全球变暖潜值低的特性，其中戊烷可以是环戊烷、异戊烷、正戊烷中的一种或几种的混合。对于戊烷体系，泡沫的耐低温性较差，导热系数较高，而对于六氟丙烯体系，会导致聚氨酯发泡原液的流动性较差。实验发现，使用本专利技术的发泡剂组合和相应配比，可提高聚氨酯泡沫的耐低温性和绝热性能，同时，还可改善聚氨酯发泡原液的流动性，使物料易于填充模具，进而可以减少灌注量，并降低泡沫的密度。除了戊烷和六氟丙烯外，还可以在本配方体系中加入少量的其它烷烃类发泡剂，如丁烷等，以改善流动性和耐低温性。进一步的，所述聚氨酯泡沫由如下原料组成，按重量份计：70～110份多元醇、3～6.5份催化剂、2～5份泡沫稳定剂、15～30份发泡剂、1.3～2.1份水、105～150份异氰酸酯。采用上述配方，可提高聚氨酯发泡原液的流动性，且使聚氨酯泡沫达到最低稳定密度。本专利技术中所述的最低稳定密度是指聚氨酯泡沫能够保持其各项性能符合国家标准时的最小芯密度。本专利技术可以在不增加灌注量的前提下，通过物料配方的创新，进而降低泡沫密度。进一步的，所述多元醇包含芳胺聚醚多元醇，羟值为160～600mgKOH/g，所述芳胺聚醚多元醇在所述多元醇中的质量占比为5～50％。所述芳胺聚醚多元醇为使用苯胺、苯二胺、甲苯二胺、烷基苯胺、烷基苯二胺、联苯胺、二苯甲烷二胺等中的一种或多种为起始剂制得，所选用的多元醇与本专利技术配方中其他组分的相容性较好，能够与催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂等原料相匹配，加快固化速度，有助于保温隔热性能的提升和对物料流动性的调控。进一步的，所述催化剂包括发泡型催化剂、凝胶型催化剂和聚合催化剂，其中，发泡型催化剂能够促进发泡反应的进行，优选0～1份，可选自五甲基二乙烯三胺、双-二甲基氨基乙基醚、N-甲基二环己基胺、改性双(二甲氨基乙基)醚和四甲基己二胺中的至少一种；凝胶型催化剂能够促进凝胶反应的进行，优选2～4份，可选自二甲基环已胺、1,2-二甲基咪唑和二甲基苄胺中的至少一种；聚合型催化剂能够促进聚合反应的进行，优选0.5～1.5份，可选自(2-羟基丙基)三甲基甲酸铵、三(二甲氨基丙基)六氢化三嗪、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚中的至少一种。所选用的催化剂具有较好的协同效应，能够有效调节链增长速度和交联速度的平衡，且与本专利技术配方其他组分的协调性较好，能够使发泡反应、凝胶反应和聚合反应在短期内达到平衡，促进均匀致密泡孔的形成，且有助于对聚氨酯发泡原液流动性的调控。进一步的，所述泡沫稳定剂为有机硅氧烷与聚醚的共聚物。可选自L5440、L5512、L6988、AK8810、AK8811、AK8818、AK8860、B8461、B8467和B8469中的一种或多种，本专利技术所选用的泡沫稳定剂能够降低体系的表面张力、促进气泡核的形成和稳定，有利于提高泡孔的稳定性和各向同性，同时，与本专利技术所使用的发泡剂、催化剂等具有较好的协调作用。进一步的，所述异氰酸酯为官能度≥2，NCO含量为15～31.5wt％的多异氰酸酯。多异氰酸酯具体可选自多亚甲基多苯基异氰酸酯和/或改性异氰酸酯，其中，改性异氰酸酯是由聚醚多元醇和/或聚酯多元醇进行改性的，以优化泡沫的强度，与本专利技术配方体系的相容性较好。其次，本申请还公开了上述各项低密度、耐低温的聚氨酯泡沫的三种制备方法。第一种制备方法的步骤如下：将多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、水与含有戊烷和六氟丙烯的发泡剂进行预混合，获得组分A1，将组分A1与异氰酸酯混合，进行发泡反应，获得聚氨酯泡沫。该方法提高了聚氨酯发泡原液的流动性，使混合充分，反应平稳，各原料组分能充分发挥协同作用，有利于均匀细密泡孔的形成。第二种制备方法的步骤如下：将发泡剂分为第一发泡剂和第二发泡剂两部分，其中第一发泡剂含有戊烷、且不含有六氟丙烯，第二发泡剂含有六氟丙烯、且不含有戊烷；将多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、水与第一发泡剂进行预混合，获得组分A2，将异氰酸酯与第二发泡剂进行预混合，获得组分B2，将组分A2与组分B2混合，进行发泡反应，获得聚氨酯泡沫。该方法提高了聚氨酯发泡原液的流动性，且六氟丙烯的成核性较好，有利于形成均匀细密的泡孔结构，提高了保温隔热性能，同时，六氟丙烯与异氰酸酯的相容性较好，该方法可减少六氟丙烯的逸出，从而进一步提高聚氨酯泡沫的耐低温性。第三种制备方法的步骤如下：将发泡剂分为第一发泡剂和第二发泡剂两部分，其中第一发泡剂含有戊烷、且不含有六氟丙烯，第二发泡剂含有六氟丙烯和戊烷；第一发泡剂与多元醇、催化剂、泡沫稳定剂和水进行预混合，获得组分A3，第二发泡剂与异氰酸酯进行预混合，获得组分B3，将组分A3与组分B3混合，进行发泡反应，获得聚氨酯泡沫。该方法提高了聚氨酯发泡原液的流动性，在保证反应充分、平稳进行的前提下，提高了物料在模具中的填充效果，减少了灌注量。同时，六氟丙烯的成核性好、与异氰酸酯的相容性较好，该方法可减少六氟丙烯的逸出，从而进一步提高了聚氨酯泡沫的耐低温性和保温隔热性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低密度、耐低温的聚氨酯泡沫，其原料包括多元醇、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、水和异氰酸酯，其特征在于，发泡剂中含有戊烷和六氟丙烯，戊烷和六氟丙烯的总量在发泡剂中的质量占比≥90％，戊烷与六氟丙烯的质量比为1:0.5～3.2。/n

【技术特征摘要】
1.一种低密度、耐低温的聚氨酯泡沫，其原料包括多元醇、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、水和异氰酸酯，其特征在于，发泡剂中含有戊烷和六氟丙烯，戊烷和六氟丙烯的总量在发泡剂中的质量占比≥90％，戊烷与六氟丙烯的质量比为1:0.5～3.2。


2.根据权利要求1中所述的聚氨酯泡沫，其特征在于，由如下原料组成，按重量份计：





3.根据权利要求1或2中所述的聚氨酯泡沫，其特征在于，所述多元醇包含芳胺聚醚多元醇，羟值为160～600mgKOH/g，芳胺聚醚多元醇在所述多元醇中的质量占比为5～50％。


4.根据权利要求1或2中所述的聚氨酯泡沫，其特征在于，所述催化剂包括发泡型催化剂、凝胶型催化剂和聚合催化剂，其中，发泡型催化剂0～1份，凝胶型催化剂2～4份，聚合型催化剂0.5～1.5份。


5.根据权利要求1或2中所述的聚氨酯泡沫，其特征在于，所述泡沫稳定剂为有机硅氧烷与聚醚的共聚物。


6.根据权利要求1或2中所述的聚氨酯泡沫，其特征在于，所述异氰酸酯为官能度≥2，NCO含量为15～31.5wt％的多异氰酸酯。


7.权利要求1～6中任意一项低密度、耐低温的聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于，步骤为：
将多元...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢益辉，吴一鸣，芮强，张蒙蒙，
申请(专利权)人：南京红宝丽聚氨酯有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32