CN118255959A - 一种软质低热导率聚氨酯泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隔热材料技术领域，具体涉及一种软质低热导率聚氨酯泡沫材料及其制备方法。具体技术方案为：一种软质低热导率聚氨酯泡沫材料，按照重量份数计，包括聚醚多元醇80～120份、五氟丁烷1～5份、三乙烯二胺0.1～2份、辛酸亚锡0.1～1.5份、硅油0.5～3份、甲苯二异氰酸酯20～60份，制备具有低热导率的聚氨酯泡沫材料。

Description

一种软质低热导率聚氨酯泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及隔热材料技术领域，具体涉及一种软质低热导率聚氨酯泡沫材料及其制备方法。

背景技术

在隔热高分子材料中，聚氨酯由于轻质、高比强度、低导热、低成本的特点被广泛用于工程领域，成为隔热保温领域重要的材料。现有的技术中，多孔性能对于聚氨酯泡沫材料的热导率影响至关重要。热量在多孔介质中的传递，受到孔径大小、孔径分布和孔隙率的影响，因此，研究多孔性能如何影响多孔聚氨酯泡沫材料的性能，具有重要的意义。

现有技术，一种保温阻燃聚氨酯材料及其制备方法（CN 117362574 A），多元醇采用聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇和四氢呋喃氧化丙烯共聚二醇中的一种或几种，异氰酸酯类采用甲苯二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯或者六亚甲基二异氰酸酯，所用发泡剂包含环己烷和四氟乙烷进行发泡。制备成添加性复合阻燃保温聚氨酯，但是因为阻燃剂的添加，存在耐久性差的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种软质低热导率聚氨酯泡沫材料及其制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种软质低热导率聚氨酯泡沫材料，按照重量份数计，包括聚醚多元醇80～120份、五氟丁烷1～5份、三乙烯二胺0.1～2份、辛酸亚锡0.1～1.5份、硅油0.5～3份、甲苯二异氰酸酯20～60份。

优选的，所述聚醚多元醇的分子量为2500～3500。

相应的，一种制备软质低热导率聚氨酯泡沫材料的方法，步骤如下：

（1）前驱体溶液的制备：将聚醚多元醇、水、五氟丁烷、三乙烯二胺、辛酸亚锡、硅油混合后搅拌均匀，组成A组分；将甲苯二异氰酸酯作为B组分；

（2）聚合反应：在室温下，将B组分加入到A组分中发生聚合反应，生成聚氨酯；

（3）将步骤（2）制备的聚氨酯倒入模具中，在室温下静置10～30 min，随后在100～120℃下熟化0.5～2.5h，获得聚氨酯多孔泡沫材料。

本发明具备以下有益效果：

1.在隔热性能中，大多软质聚氨酯泡沫的导热性通常较高，这意味着它在一定程度上仍然允许热量传递，降低了隔热性能。本发明从传热学的基础出发，设计了具有低热导率的多孔聚氨酯泡沫材料，在实验中通过改进原料的配比，优化了制得泡沫的结构和密度，使得制备出的软质聚氨酯泡沫具有低导热系数，达到良好的保温隔热性能。

2.本发明为了解决工业设备的隔热保温问题，制备了一种软质的多孔聚氨酯泡沫材料，制备的聚氨酯泡沫材料为白色多孔结构，具有轻质的特点，形状可变化，满足工业异型设备的使用要求。

3.本发明的聚氨酯在制备过程中，通过改变工艺配方，实现孔结构的可控构筑，根据热导率基本规律，孔结构越大，热导率越低，实现热导率可控。

附图说明

图1为R值对聚氨酯的密度及压缩强度的影响图；

图2为不同温度下多孔聚氨酯泡沫的热导率图；

图3为多孔聚氨酯泡沫的SEM图；

图4为多孔聚氨酯的红外光谱图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

若未特别指明，实施举例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

现有技术隔热材料的技术中，低热导率和易加工性能往往难以兼顾，因此，制备具有低热导率和易加工特性的聚氨酯泡沫材料尤为关键。本发明从原料的特异性选择及工艺配方的重构，制备了具有低热导率和良好力学性能的聚氨酯泡沫材料。通过本发明制备出来的软质多孔聚氨酯泡沫具有低热导率的主要原因包括其分子结构的非极性特性以及多孔性结构中气体的存在。

具体方案如下：

本发明公开了一种软质低热导率聚氨酯泡沫材料，按照重量份数计，包括聚醚多元醇80～120份、五氟丁烷1～5份、三乙烯二胺0.1～2份、辛酸亚锡0.1～1.5份、硅油0.5～3份、甲苯二异氰酸酯20～60份。其中，所述聚醚多元醇的分子量为2500～3500。

本发明公开了一种制备软质低热导率聚氨酯泡沫材料的方法，步骤如下：

（1）前驱体溶液的制备：将聚醚多元醇、水、五氟丁烷、三乙烯二胺、辛酸亚锡、硅油混合后搅拌均匀，组成A组分；将甲苯二异氰酸酯（TDI）作为B组分；在此过程中，小心处理TDI，避免直接接触皮肤和呼吸其蒸汽，期间使用通风柜进行操作。

（2）聚合反应：在室温下，将B组分加入到A组分中，聚醚多元醇上的羟基和TDI上的异氰酸，在发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂等助剂的共同作用下发生聚合反应，从而生成聚氨酯。在此过程中控制发泡剂、催化剂和泡沫稳定剂的用量，可以获得不同导热性能和力学性能的聚氨酯泡沫材料。

（3）将步骤（2）制备的聚氨酯倒入模具中，在室温下静置10～30 min，随后在100～120℃（100℃）下熟化0.5～2.5h，获得聚氨酯多孔泡沫材料。

本发明所制备的聚氨酯具有多孔性结构：软质多孔聚氨酯泡沫的显著特点是其高度多孔性结构。这些孔隙是由气体充填的，而气体通常是热导率较低的。气体分子之间的碰撞传热通常较慢，因此气体充填的孔隙能够有效地减缓热传导。多孔性结构中的空气被认为是热传导的“障碍”，因为空气具有相对较低的热导率，且空气泡沫中的空隙减缓了热传导。同时，多孔结构具有可调控性：通过调整发泡过程中的发泡剂、催化剂和稳泡剂的用量，系统控制聚氨酯泡沫的孔隙结构，从而调整聚氨酯泡沫的热导率，最终调控聚氨酯的隔热性能。

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例1

制备软质低热导率聚氨酯泡沫材料的方法，步骤如下：

1.制备前驱体溶液：在100 mL的干燥清洁的烧杯中加入100g的聚醚多元醇（分子量为3000）、3g水、3g无氟丁烷、0.4g三乙烯二胺、0.25g辛酸亚锡、1.2g硅油，搅拌均匀组成A组分。称取39g的甲苯二异氰酸酯（TDI）倒入另一个100mL的烧杯中，作为B组分。在此过程中，小心处理TDI，避免直接接触皮肤和呼吸其蒸汽，期间使用通风柜进行操作。

2.聚合反应：在25℃下，将上述的B组分倒入A组分的烧杯中，聚醚多元醇上的羟基和TDI上的异氰酸，在发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂等助剂的共同作用下发生聚合反应，从而生成聚氨酯。在此过程中控制发泡剂、催化剂和泡沫稳定剂的用量，可以获得不同导热性能和力学性能的聚氨酯泡沫材料。

3.将上述聚合反应产生的聚氨酯倒入模具中，在25℃的室温下静置20min，随后放入100℃温度的烘箱中熟化1h，获得熟化且定型的聚氨酯多孔泡沫材料。

制备的低热导率聚氨酯泡沫材料，其SEM图如图3所示，红外光谱如图4所示。其中，R值对聚氨酯的密度及压缩强度的影响见图1所示，结果显示，随着R值的增大，聚氨酯泡沫密度不断减小，当R为1.2时，泡沫密度减小到最小，为10.2Kg•m^-3。而对着R值的持续增大，泡沫密度增大。压缩强度随着R值的增大而增大，从R为0.85时的5.2Kpa，增大到R值1.35时的19.5 Kpa。

对R值为1.2的聚氨酯进行热导率测试，在-40℃～70℃进行测试，结果如图2所示，热导率普遍偏低，从0.02114 W/M·K增大到0.02806 W/M·K，在室温20℃时的热导率为0.02213 W/M·K，因此具有优异的隔热保温性能。。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种软质低热导率聚氨酯泡沫材料，其特征在于：按照重量份数计，包括聚醚多元醇80～120份、五氟丁烷1～5份、三乙烯二胺0.1～2份、辛酸亚锡0.1～1.5份、硅油0.5～3份、甲苯二异氰酸酯20～60份。

2.根据权利要求1所述的一种软质低热导率聚氨酯泡沫材料，其特征在于：所述聚醚多元醇的分子量为2500～3500。

3.一种制备权利要求1或2所述的软质低热导率聚氨酯泡沫材料的方法，其特征在于：步骤如下：

（1）前驱体溶液的制备：将聚醚多元醇、水、五氟丁烷、三乙烯二胺、辛酸亚锡、硅油混合后搅拌均匀，组成A组分；将甲苯二异氰酸酯作为B组分；

（2）聚合反应：在室温下，将B组分加入到A组分中发生聚合反应，生成聚氨酯；

（3）将步骤（2）制备的聚氨酯倒入模具中，在室温下静置10～30 min，随后在100～120℃下熟化0.5～2.5h，获得聚氨酯多孔泡沫材料。