CN101343375B - 发泡剂和采用此发泡剂的硬质泡沫塑料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种成本较低、ODP值较低的发泡剂以及采用此发泡剂的硬质泡沫塑料的制备方法。所述发泡剂由5～95wt％的一氟二氯乙烷和5～95wt％的二甲醚组成。由于二甲醚的ODP值为零，它的加入，减少了HCFC-141b用量，明显降低了发泡剂的ODP值，对保护环境有利。此外，将两种化合物按一定的比例混合用作发泡剂，综合性能有明显的改善，可燃性降低甚至不燃，混合气体导热系数适宜，制得泡沫尺寸稳定性获得改善。所述硬质泡沫塑料的制备方法，原料包括多异氰酸酯和多元醇，采用的发泡剂由5～95wt％的HCFC-141b和5～95wt％的二甲醚组成。
Description
发明领域
本发明涉及一种发泡剂和采用此发泡剂的硬质泡沫塑料的制备方法。
背景技术
在发泡剂的存在下将适当的多异氰酸酯与多元醇组分进行反应可以得到硬质泡沫塑料。多异氰酸酯和多元醇组分比例不同时，可以得到聚氨酯硬质泡沫塑料或氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料。这种材料可用作绝热材料，如建筑板材、管道保温、冰箱冷柜的结构材料。氟利昂(简称CFC)作为发泡剂被广泛应用，但是其对大气臭氧层有破坏作用。目前，人们越来越重视环保，意识到保护地球环境、保护臭氧层的重要性，而淘汰臭氧破坏物质CFC通常采用三类发泡剂进行替代，即氢化氟氯烃(简称HCFC)过渡性替代物、烃类和氢化氟烷烃(简称HFC)类替代物。烃类和HFC类替代物臭氧损耗(简称ODP)值为零，但存在下述问题：当采用烃类发泡剂时，需要对生产设备进行改造，前期投资较大，另外它也不能用于喷涂发泡，应用受到了限制；当采用HFC类化合物作发泡剂时，原料成本太高也是众所周知的，应用也受到限制。HCFC类过渡性替代物分子中含有氢，化学特性不稳定，比较容易分解，其ODP值要远远小于CFC，所以HCFC被当作CFC发泡剂第一代替代产品，在过渡时期内暂时使用。其中一氟二氯乙烷(简称HCFC-141b)为替代CFC最成熟的产品，它与多元醇和异氰酸酯的相容性好，在不增加设备的条件下可以直接用HCFC-141b代替CFC，在达到同样密度和相近的物理特性泡沫体时用量要少于CFC。HCFC-141b的缺陷在于原料价格较高，其对于环境仍有一定程度的危害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发泡剂，用于硬质泡沫塑料制备，成本较低，且ODP值较低。
本发明的目的还在于提供采用上述发泡剂的硬质泡沫塑料的制备方法。
本发明所述发泡剂由5～95wt％的-氟二氯乙烷和5～95wt％的二甲醚组成。
由于二甲醚价格较低，且ODP值为零，它的加入，减少了HCFC-141b用量，明显降低了发泡剂的成本和ODP值，对保护环境有利。此外，由于二甲醚具有可燃、沸点较低、化学性质稳定、气体导热系数较高等特性；相比之下，HCFC-141b是强极性化合物，对泡沫有增塑性，气体导热系数较低。将两种化合物按一定的比例混合用作发泡剂，综合性能有明显的改善，可燃性降低甚至不燃，混合气体导热系数适宜。另外，制得泡沫尺寸稳定性获得改善，可以获得较低密度的稳定泡沫体。这是由于一方面，二甲醚沸点较低，泡孔内的气体在较低的温度下具有较高的蒸汽压，使泡孔内的压力较大，抵消了部分大气对泡沫的外压，减小了泡柱所需的支撑力，从而改善了泡沫尺寸稳定性；另一方面，由于HCFC-141b的增塑性，对泡壁与泡柱都有一定的溶解作用，使得泡沫易被大气压缩变形，使尺寸稳定性变差，降低它的用量，相当于减少了增塑性，从而改善了泡沫的尺寸稳定性。泡沫尺寸稳定性好，减小了泡柱所需的支撑力，由于该支撑力对应于一定的泡沫体密度，密度越高，获得的压缩强度越高，泡柱支撑力也就越高，反之亦然。从而可以获得较低密度的稳定泡沫体。
上述发泡剂根据不同的要求选择不同的比例，如绝热性能要求较高，混合物由50～95wt％的HCFC-141b和5～50wt％的二甲醚组成较佳。如绝热性能要求不高，混合物由5～50wt％的HCFC-141b和50～95wt％的二甲醚组成较佳。
本发明所述硬质泡沫塑料的制备方法，原料包括多异氰酸酯和多元醇，采用的发泡剂由5～95wt％的HCFC-141b和5～95wt％的二甲醚组成。
所述发泡剂的用量，由本领域的技术人员很容易做出决定，一般占反应原料多异氰酸酯和多元醇组分总重量的3～25％。
在上述制备方法中所采用的多元醇组分是公知的，其平均羟基数为280～1000、优选300～700mgKOH/g，且其羟基官能度为2～8、优先3～8。它包括三类多元醇：第一类为起始剂与环氧烷烃的反应产物，环氧烷烃可以是环氧乙烷和/或环氧丙烷，起始剂包括：醇类如乙二醇、二甘醇、丙二醇、丁二醇、甘油、三羟甲基丙烷、三乙醇胺、三异丙醇胺、季戊四醇、山梨醇和蔗糖，多胺类如乙二胺、甲苯二胺、二氨基二苯甲烷和多亚甲基多亚苯基多胺和氨基醇类如乙醇胺、异丙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺和烷基醇胺，以及此类起始剂制备的多元醇混合物；第二类是聚酯多元醇，它包括由适当比例的乙二醇和或其它多元醇与二羧酸或多羧酸缩合而制得的聚酯多元醇；第三类是聚合多元醇，它包括羟基封端的聚硫醚、聚酰胺、聚酰胺酯、聚碳酸酯、聚缩醛、聚烯烃和聚硅氧烷。
在上述制备方法中采用的有机多异氰酸酯选自本领域中通常采用的物质，它的平均官能度大于2。如芳香族多异氰酸酯及二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)与其低聚物的混合物，该低聚物在本领域中称之为“粗MDI”或聚合的MDI。
有机多异氰酸酯和多元醇用量取决于所要制造的硬质泡沫塑料的性质，而这一点对于本领域的技术人员来说是容易作出决定的。
可以将水作为化学助发泡剂和上述发泡剂一起使用，其重量一般为多元醇组分重量的0.2％～5.5％，优选为0.5～3.2％。
除了多异氰酸酯和多元醇组分及发泡剂之外，制造硬质泡沫塑料的反应混合物中一般还包含一种或多种在制造硬质泡沫塑料配方中常用的助剂或添加剂。助剂包括：硅碳类泡沫稳定剂、催化剂如二月桂酸二丁基锡之类的有机锡类、二甲基环己基胺或三亚乙基二胺之类的叔胺、异氰酸酯催化剂。任选的添加剂包括交联剂如三乙醇胺、三异丙醇胺和甘油之类的低分子量多元醇、阻燃剂如磷酸三氯丙基酯之类的磷酸卤代烷基酯以及碳黑之类的填料。
上述发泡剂可事先与多元醇组分进行预混，再与多异氰酸酯进行混合反应；或发泡剂、多元醇组分及多异氰酸酯三组分在发泡枪头上一步混合而成。所述发泡剂可直接代替HCFC-141b，工艺参数与使用HCFC-141b作为发泡剂时基本相同，可按公知技术进行确定。
据环境要求和经济性要求，采用二甲醚与HCFC-141b的组合物作发泡剂，由此制备的聚氨酯或氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料目前尚无国内外文献报道。
本发明具有以下优点：
1)原料成本降低；
2)由于灌注量减少，成型密度较低，制备泡沫体的成本降低；
3)减少了HCFC-141b的用量，降低了ODP值，对环境友好；
4)二甲醚来源相当丰富，有推广价值。
具体实施方式
本发明用以下实施例加以说明，但不受下列实施例的限制。
多元醇A：由三种聚醚多元醇H5822(南京红宝丽股份有限公司产)、H4027(南京红宝丽股份有限公司产)、H3210(南京红宝丽股份有限公司产)按照55∶30∶15的重量比混合而成。
多元醇B：由三种聚醚多元醇H5822(南京红宝丽股份有限公司产)、H4027(南京红宝丽股份有限公司产)、HP3201(南京红宝丽股份有限公司产)按照45∶25∶30的重量比混合而成。
催化剂：PC-8(美国气体公司产)、K-15：(美国气体公司产)；
硅碳类泡沫稳定剂：B8462(德固萨公司产)；
多异氰酸酯：聚合MDI，NCO含量为31.0％，平均官能度为2.7。
将上述混合后的多元醇加入混合罐中，再按下表比例加入催化剂、泡沫稳定剂和水，充分混合均匀，用泵将其输送入高压机计量罐中，再按比例加入发泡剂二甲醚和HCFC-141b，继续混合均匀。上述组分与多异氰酸酯通过高压机枪头混合进行反应，制备出聚氨酯和氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料。
采用本发明所述发泡剂制备聚氨酯和氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料的工艺参数和产品性能分别如表1和表2所示。结果表明：采用不同HCFC-141b和二甲醚发泡剂用量，制备的硬质泡沫塑料性能相近，但当二甲醚的用量增加时，成型芯密度降低，稳定的泡沫体具有更低的密度，意味着可降低泡沫的填充重量，使泡沫成本降低。
表1采用本发明制备聚氨酯硬质泡沫塑料的工艺参数和产品性能
表2采用本发明制备氨基甲酸酯改性聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料的工艺参数和产品性能
Claims (7)
1.一种发泡剂，其特征在于其由5～95wt％的一氟二氯乙烷和5～95wt％的二甲醚组成。
2.如权利要求1所述的发泡剂，其特征在于其由50～95wt％的一氟二氯乙烷和5～50wt％的二甲醚组成。
3.如权利要求1所述的发泡剂，其特征在于其由5～50wt％的一氟二氯乙烷和50～95wt％的二甲醚组成。
4.一种硬质泡沫塑料的制备方法，原料包括多异氰酸酯和多元醇，其特征在于采用的发泡剂由5～95wt％的一氟二氯乙烷和5～95wt％的二甲醚组成。
5.如权利要求4所述的硬质泡沫塑料的制备方法，其特征在于所述发泡剂的用量为多异氰酸酯和多元醇总重量的3～25％。
6.如权利要求4或5所述的硬质泡沫塑料的制备方法，其特征在于还使用水作为化学助发泡剂，其用量为多元醇组分重量的0.2％～5.5％
7.如权利要求6所述的硬质泡沫塑料的制备方法，其特征在于水的用量为多元醇组分重量的0.5～3.2％。
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