CN115651161B - 一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及聚氨酯泡沫的技术领域，具体公开了一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫及其制备方法。泡沫包括聚醚多元醇混合物、多亚甲基多苯基多异氰酸酯，聚醚多元醇混合物、多亚甲基多苯基异氰酸酯的重量配比为1：（1.1‑1.8），聚醚多元醇混合物包括以下重量份的原料：多种聚醚多元醇80‑120份、催化剂0.5‑2份、水0.01‑0.5份、泡沫稳定剂0.3‑1.5份、复合物1‑5份；其中，复合物为可膨胀石墨和微硅粉复配而成；其制备方法为：首先制得聚醚多元醇混合物，再将其与多亚甲基多苯基多异氰酸酯混匀制得聚氨酯泡沫。本申请的全水开孔硬质聚氨酯泡沫，通过原料之间的协同作用，具有提高聚氨酯泡沫强度的优点。

Description

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫及其制备方法

技术领域

本申请涉及聚氨酯泡沫技术领域，尤其是涉及一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫及其制备方法。

背景技术

目前，国外越来越多的海底管道铺管工程已不再采用沥青玛蹄脂接头技术，取而代之的是聚氨酯接头技术，但这种接头技术只有少数几家外国公司掌握，价格昂贵不对国内开放。

其中，聚氨酯接头技术采用的是聚氨酯硬质泡沫，聚氨酯硬质泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。聚氨酯硬质泡沫不止是应用在海底管道铺管工程，还会应用在门窗工程安装、家庭装修等领域。虽然聚氨酯泡沫环保，应用广泛，但是，聚氨酯泡沫的强度较低，影响其使用性能。

发明内容

为了提高聚氨酯泡沫的强度，本申请提供一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，采用如下技术方案：

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，所述泡沫包括聚醚多元醇混合物、多亚甲基多苯基多异氰酸酯，所述聚醚多元醇混合物、多亚甲基多苯基异氰酸酯的重量配比为1：(1.1-1.8)，所述聚醚多元醇混合物包括以下重量份的原料：多种聚醚多元醇80-120份、催化剂0.5-2份、水0.01-0.5份、泡沫稳定剂0.3-1.5份、复合物1-5份；其中，复合物为可膨胀石墨和微硅粉复配而成。

通过采用上述技术方案，本申请的全水开孔硬质聚氨酯泡沫，通过各原料之间的协同作用，能够使聚氨酯泡沫保持较高的开孔率、自由发泡密度和一小时吸水率，还提高了聚氨酯泡沫的抗压强度，其中，开孔率为61.20-90.86％，自由发泡密度为150-160kg/m³，一小时吸水率为845-910％，抗压强度为2.32-2.95MPa。

多种聚醚多元醇、多亚甲基多苯基多异氰酸酯为基础成分，催化剂能够促进反应的进行，促进发泡，泡沫稳定剂能够使发泡更加稳定。复合物采用可膨胀石墨和微硅粉复配而成，可膨胀石墨能够增加聚氨酯泡沫的抗冲击性，但是添加量过多后，由于可膨胀石墨属于无机材料，会增加聚氨酯泡沫的脆性，导致强度下降；微硅粉容易产生团聚现象，微硅粉能够负载在可膨胀石墨上，提高了微硅粉的分散性，且微硅粉能够提高聚氨酯泡沫的强度，能够填充在泡孔之间以提高强度，因此通过可膨胀石墨和微硅粉之间的协同作用，能够进一步提高聚氨酯泡沫的强度。

作为优选：所述聚醚多元醇混合物包括以下重量份的原料：多种聚醚多元醇90-110份、催化剂0.8-1.6份、水0.15-0.3份、泡沫稳定剂0.7-1.2份、复合物2-4份。

通过采用上述技术方案，通过对多种聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、复合物的掺量进行优化，便于各原料发挥作用，从而提高聚氨酯泡沫的强度。

作为优选：所述复合物采用以下方法制备：将可膨胀石墨放入二甲苯中，超声分散，加入微硅粉，混合均匀，过滤固体物并洗涤，烘干后得到复合物。

进一步的，所述复合物采用以下方法制备：将可膨胀石墨放入二甲苯中，超声分散20-40min，加入微硅粉，搅拌10-20min，过滤固体物，并用无水乙醇洗涤3-5次，烘干后得到复合物；

其中，每1g可膨胀石墨中二甲苯的添加量为6-10mL。

通过采用上述技术方案，利用上述制备方法对复合物进行制备，能够使微硅粉负载在可膨胀石墨上，便于复合物发挥作用，通过二者之间的协同作用，进一步提高聚氨酯泡沫的强度。

作为优选：所述可膨胀石墨和微硅粉的重量配比为1：(0.2-0.4)。

微硅粉的添加量过少，不能与可膨胀石墨起到更好的协同作用；微硅粉的添加量过多，会完全覆盖在可膨胀石墨上，导致团聚现象的发生，影响微硅粉发挥作用，也可能会限制可膨胀石墨发挥作用，不能较优的提高聚氨酯泡沫的强度。通过采用上述技术方案，当可膨胀石墨和微硅粉的重量配比在上述范围内，能够使可膨胀石墨和微硅粉发挥更好的协同作用，进一步提高聚氨酯泡沫的强度。

作为优选：所述微硅粉在使用前采用以下方法对其进行预处理：将微硅粉放入水中，超声分散，加入硅烷偶联剂，混合均匀，过滤，洗涤，烘干后得到预处理的微硅粉。

进一步的，所述微硅粉在使用前采用以下方法对其进行预处理：将微硅粉放入水中，超声分散10-20min，加入硅烷偶联剂，搅拌5-10min，过滤，用水洗涤3-5次，烘干后得到预处理的微硅粉；

其中，每1g微硅粉中水的添加量为6-8mL，硅微粉和硅烷偶联剂的重量配比为1：(0.2-0.4)。

通过采用上述技术方案，微硅粉表面的比表面能大，容易团聚，不易分散，利用硅烷偶联剂对微硅粉进行预处理，能够减少微硅粉表面的比表面能，减少微硅粉出现团聚的现象，利于分散，便于微硅粉更好的发挥作用，从而进一步提高聚氨酯泡沫的强度。

作为优选：所述多种聚醚多元醇由以下原料组成：以甘油为起始剂羟值在360-390mgKOH/g之间的硬质聚醚多元醇、以山梨醇为起始剂羟值在400-600mgKOH/g之间的硬质聚醚多元醇、以丙二醇为起始剂羟值在250-500mgKOH/g之间的硬质聚醚多元醇，且三者之间的重量配比为1：1：1。

通过采用上述技术方案，对多种聚醚多元醇进行限定，各原料发挥作用，有助于提高聚氨酯泡沫的强度。

作为优选：所述催化剂为三乙醇胺和二月桂酸二丁基锡的混合物。

作为优选：所述三乙醇胺和二月桂酸二丁基锡的重量配比为1：1。

通过采用上述技术方案，二月桂酸二丁基锡能够起到很好的催化作用，可使制备所得的聚氨酯泡沫的孔更加细小均匀，如果只有二月桂酸二丁基锡，反应速率较慢，粘度大；三乙醇胺能够加快水与多亚甲基多苯基多异氰酸酯的反应速率，如果只有三乙醇胺，不能制备出硬质聚氨酯泡沫，当二者复配使用时，共同进行催化，能够让体系达到平衡状态，制备出性能较好的硬质聚氨酯泡沫。

第二方面，本申请提供一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫的制备方法，采用如下技术方案：

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫的制备方法，包括如下步骤：

S1：将多种聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、复合物混合均匀，制得聚醚多元醇混合物；

S2：将聚醚多元醇混合物和多亚甲基多苯基多异氰酸酯混合均匀后得到全水开孔硬质聚氨酯泡沫。

通过采用上述技术方案，首先制备聚醚多元醇混合物，便于聚醚多元醇混合物的各原料混合更加均匀，然后再将聚醚多元醇混合物和多亚甲基苯基多异氰酸酯混合均匀后制得聚氨酯泡沫，便于混合均匀，提高聚氨酯泡沫的强度。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、由于本申请中采用可膨胀石墨和微硅粉作为复合物应用到聚氨酯泡沫的原料中，通过二者之间的协同作用，不仅能够使聚氨酯泡沫保持较高的开孔率、自由发泡密度和一小时吸水率，还提高了聚氨酯泡沫的抗压强度，可使开孔率达到90.86％，自由发泡密度达到160kg/m³，一小时吸水率达到910％，抗压强度达到2.95MPa。

2、本申请中优选微硅粉在使用之前使用硅烷偶联剂对其进行预处理，微硅粉表面的比表面能大，容易发生团聚，经过预处理后，能够减少微硅粉的比表面能，提高微硅粉的分散性，更利于微硅粉发挥作用，从而进一步提高聚氨酯泡沫的强度。

具体实施方式

以下结合具体内容对本申请作进一步详细说明。

原料

以甘油为起始剂羟值在360-390mgKOH/g之间的硬质聚醚多元醇是以甘油为起始剂、聚合单体为环氧丙烷和环氧乙烷，二者呈嵌段共聚进行开环聚合而成，其中，环氧乙烷占聚合单体总质量的10-30wt％，得到的聚醚多元醇的官能度为4.7，粘度为1500-3500mpa*s；以山梨醇为起始剂羟值在400-600mgKOH/g之间的硬质聚醚多元醇是以山梨醇为起始剂、聚合单体为环氧丙烷，得到的聚醚官能度为4.5，粘度为3000-4000mpa*s；以丙二醇为起始剂羟值在250-500mgKOH/g之间的硬质聚醚多元醇是以丙二醇为起始值、聚合单体为环氧丙烷，得到的聚醚官能度为4，粘度为4500-6500mpa*s；泡沫稳定剂为B-8545；硅烷偶联剂为KH-550。

制备例

制备例1

一种复合物，其采用以下方法制备：

将2kg可膨胀石墨放入16L二甲苯中，超声分散30min，加入0.4kg微硅粉，搅拌15min，过滤固体物，并用无水乙醇洗涤5次，烘干后得到复合物。

制备例2

一种复合物，其和制备例1的区别之处在于，微硅粉的添加量不同，制备例2中的微硅粉的添加量为0.6kg，其余均与制备例1相同。

制备例3

一种复合物，其和制备例1的区别之处在于，微硅粉的添加量不同，制备例3中的微硅粉的添加量为0.8kg，其余均与制备例1相同。

实施例

实施例1

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其原料配比见表1所示；其中，聚醚多元醇混合物和多亚甲基多苯基异氰酸酯的重量配比为1:1.1。

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫的制备方法，包括如下步骤：

S1：将多种聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、采用制备例1制备得到的复合物混合均匀，制得聚醚多元醇混合物；

S2：将聚醚多元醇混合物和多亚甲基多苯基多异氰酸酯混合均匀后得到全水开孔硬质聚氨酯泡沫。

实施例2-5

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其和实施例1的区别之处在于，聚氨酯泡沫的原料配比不同，其原料配比见表1所示。

表1实施例1-5聚氨酯泡沫中各原料掺量(单位：kg)

实施例6-8

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其和实施例5的区别之处在于，聚氨酯泡沫的原料配比不同，其原料配比见表2所示。

表2实施例6-8聚氨酯泡沫中各原料掺量(单位：kg)

实施例9-11

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其和实施例7的区别之处在于，聚氨酯泡沫的原料配比不同，其原料配比见表3所示。

表3实施例9-11聚氨酯泡沫中各原料掺量(单位：kg)

实施例12-13

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其和实施例10的区别之处在于，聚氨酯泡沫中的聚醚多元醇混合物和多亚甲基多苯基异氰酸酯的重量配比不同，其原料配比见表4所示。

表4实施例12-13聚氨酯泡沫中各原料掺量(单位：kg)

实施例14

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其和实施例12的区别之处在于，聚氨酯泡沫中的复合物的来源不同，其采用制备例2制备得到。

实施例15

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其和实施例12的区别之处在于，聚氨酯泡沫中的复合物的来源不同，其采用制备例3制备得到。

实施例16

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其和实施例14的区别之处在于，聚氨酯泡沫的复合物中的微硅粉在使用前采用以下方法对其进行预处理：将微硅粉放入水中，超声分散15min，加入硅烷偶联剂，搅拌8min，过滤，用水洗涤5次，烘干后得到预处理的微硅粉；其中，每1g微硅粉中水的添加量为7mL，微硅粉和硅烷偶联剂的重量配比为1:0.3。

对比例

对比例1

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其和实施例1的区别之处在于，聚氨酯泡沫的原料中未添加复合物。

对比例2

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其和实施例1的区别之处在于，聚氨酯泡沫中的复合物等量替换为可膨胀石墨。

对比例3

一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其和实施例1的区别之处在于，聚氨酯泡沫中的复合物等量替换为微硅粉。

性能检测试验

对实施例1-16和对比例1-3中的聚氨酯泡沫进行下述性能检测：

开孔率：依据GB/T10799-2008《硬质泡沫塑料开孔和闭孔体积百分率的测定》对聚氨酯泡沫的开孔率进行测定，检测结果如表5所示。

自由发泡密度：依据GB/T6343-2009《泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》对聚氨酯泡沫的自由发泡密度进行测定，检测结果如5所示。

一小时吸水率：依据GB/T8810-2005《硬质泡沫塑料吸水率的测定》对聚氨酯泡沫的一小时吸收率进行测定，检测结果如表5所示。

抗压强度：依据GB/T20219-2015《绝热用喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料》对聚氨酯泡沫的抗压强度进行测定，检测结果如表5所示。

表5检测结果

本申请的全水开孔硬质聚氨酯泡沫，通过各原料之间的协同作用，能够使聚氨酯泡沫保持较高的开孔率、自由发泡密度和一小时吸水率，还提高了聚氨酯泡沫的抗压强度，其中，开孔率为61.20-90.86％，自由发泡密度为150-160kg/m³，一小时吸水率为845-910％，抗压强度为2.32-2.95MPa。

结合实施例1和对比例1-3可以看出，实施例1中的聚氨酯泡沫的开孔率为61.20％，自由发泡密度为150kg/m³，一小时吸水率为845％，抗压强度为2.32MPa，优于对比例1-3，表明聚氨酯泡沫中加入采用可膨胀石墨和微硅粉复配得到的复合物更为合适，能够保持聚氨酯泡沫较高的开孔率、自由发泡密度和一小时吸水率，还提高了聚氨酯泡沫的抗压强度。

结合实施例1-5可以看出，实施例5中的聚氨酯泡沫的开孔率为76.89％，自由发泡密度为150kg/m³，一小时吸水率为860％，抗压强度为2.66MPa，优于其他实施例，表明实施例5中的复合物的添加量更为合适，能够保持聚氨酯泡沫较高的开孔率、自由发泡密度和一小时吸水率，还提高了聚氨酯泡沫的抗压强度。

结合实施例6-8可以看出，实施例7中的聚氨酯泡沫的开孔率为80.64％，自由发泡密度为150kg/m³，一小时吸水率为870％，抗压强度为2.74MPa，优于其他实施例，表明实施例7中的催化剂的添加量更为合适，能够保持聚氨酯泡沫较高的开孔率、自由发泡密度和一小时吸水率，还提高了聚氨酯泡沫的抗压强度。

结合实施例9-11可以看出，除复合物和催化剂外的其他原料对聚氨酯泡沫的性能影响不大。

结合实施例10、实施例12-13可以看出，实施例12中的聚氨酯泡沫的开孔率为85.81％，自由发泡密度为155kg/m³，一小时吸水率为895％，抗压强度为2.85MPa，优于其他实施例，表明聚醚多元醇混合物和多亚甲基多苯基多异氰酸酯的重量配比为1:1.4更为合适，不仅能够使聚氨酯泡沫具有较高的开孔率、自由发泡密度和一小时吸水率，还能够提高聚氨酯泡沫的抗压强度。

结合和实施例12、实施例14-15可以看出，实施例14中的聚氨酯泡沫的开孔率为88.42％，自由发泡密度为160kg/m³，一小时吸水率为900％，抗压强度为2.90MPa，优于其他实施例，表明复合物采用制备例2制备得到更为合适，不仅能够使聚氨酯泡沫具有较高的开孔率、自由发泡密度和一小时吸水率，还能够提高聚氨酯泡沫的抗压强度。

结合实施例14和实施例16可以看出，实施例16中的聚氨酯泡沫的开孔率为90.86％，自由发泡密度为160kg/m³，一小时吸水率为910％，抗压强度为2.95MPa，优于其他实施例，表明复合物中的微硅粉在使用前采用硅烷偶联剂对其进行预处理更为合适，不仅能够使聚氨酯泡沫具有较高的开孔率、自由发泡密度和一小时吸水率，还能够提高聚氨酯泡沫的抗压强度。

上述具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述泡沫包括聚醚多元醇混合物、多亚甲基多苯基多异氰酸酯，所述聚醚多元醇混合物、多亚甲基多苯基异氰酸酯的重量配比为1：（1.1-1.8），所述聚醚多元醇混合物包括以下重量份的原料：多种聚醚多元醇80-120份、催化剂0.5-2份、水0.01-0.5份、泡沫稳定剂0.3-1.5份、复合物1-5份；其中，复合物为可膨胀石墨和微硅粉复配而成；

所述复合物采用以下方法制备：将可膨胀石墨放入二甲苯中，超声分散，加入微硅粉，混合均匀，过滤固体物并洗涤，烘干后得到复合物；

所述可膨胀石墨和微硅粉的重量配比为1：（0.2-0.4）；

所述微硅粉在使用前采用以下方法对其进行预处理：将微硅粉放入水中，超声分散，加入硅烷偶联剂，混合均匀，过滤，洗涤，烘干后得到预处理的微硅粉；

所述催化剂为三乙醇胺和二月桂酸二丁基锡的混合物；

所述三乙醇胺和二月桂酸二丁基锡的重量配比为1：1；

所述多种聚醚多元醇由以下原料组成：以甘油为起始剂羟值在360-390mgKOH/g之间的硬质聚醚多元醇、以山梨醇为起始剂羟值在400-600mgKOH/g之间的硬质聚醚多元醇、以丙二醇为起始剂羟值在250-500mgKOH/g之间的硬质聚醚多元醇，且三者之间的重量配比为1：1：1。

2.根据权利要求1所述的一种全水开孔硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述聚醚多元醇混合物包括以下重量份的原料：多种聚醚多元醇90-110份、催化剂0.8-1.6份、水0.15-0.3份、泡沫稳定剂0.7-1.2份、复合物2-4份。

3.一种如权利要求1-2任一所述的全水开孔硬质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将多种聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、复合物混合均匀，制得聚醚多元醇混合物；

S2：将聚醚多元醇混合物和多亚甲基多苯基多异氰酸酯混合均匀后得到全水开孔硬质聚氨酯泡沫。