技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及聚氨酯噴涂泡沫塑料，具體涉及一種生物基多元醇制備聚氨酯噴涂泡沫及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚氨酯硬質(zhì)泡沫因其優(yōu)良的絕熱性能被廣泛應(yīng)用于冰箱、冷柜、冷庫板、夾心板、管道保溫、冷藏集裝箱、建筑節(jié)能等國民經(jīng)濟的多個領(lǐng)域，聚氨酯噴涂泡沫發(fā)泡成型是將雙組分聚氨酯泡沫組合料直接噴射到物體表面發(fā)泡成型，其優(yōu)點是：與基材粘接力強；加工簡易，無論何種形狀表面都可以通過噴涂形成保溫隔熱層，因而大大提高了勞動生產(chǎn)率；同時兼具防水、吸音、隔音等功能。
現(xiàn)有技術(shù)的聚氨酯硬質(zhì)泡沫的組合白料的多羥基化合物，其主要的成分為石油提制產(chǎn)品，是不可再生資源，其加工生產(chǎn)過程復(fù)雜，成本高且污染環(huán)境，其價格也隨石油價格的波動而波動。生物基聚醚多元醇是大豆油、菜籽油、棉籽油或棕櫚油為起始原料合成的多元醇化合物，是種環(huán)保的、可再生的資源，并且已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。從環(huán)保以及資源循環(huán)利用角度來看，采用生物基聚醚多元醇是今后研究的主要方向。
由于生物基聚醚多元醇的分子量較大，羥值偏低，在聚氨酯方面主要應(yīng)用在軟質(zhì)泡沫和聚異氰酸酯泡沫的改性方面。對于指數(shù)較低的硬質(zhì)泡沫及噴涂聚氨酯中的應(yīng)用于還相對較少，或者所引入的生物基聚醚多元醇的含量極低，仍然需要大量的石油基聚酯和聚酯多元醇。在聚氨酯噴涂泡沫塑料仍然需要一種聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料，該材料既具有高含量生物基材料，又具有與現(xiàn)有石油基原料制備的泡沫材料類似的性能特性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高含量的生物基材料，應(yīng)用在墻面或屋頂?shù)谋胤浪畤娡恐?，使泡沫材料具有與用全部石油基材料生產(chǎn)的泡沫類似的性能的生物基聚氨酯噴涂泡沫塑料及其制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
一種生物基聚氨酯噴涂泡沫塑料，其特征在于由以至少一種生物基聚醚多元醇為原料制備的聚氨酯噴涂組合白料組分與異氰酸酯組分混合發(fā)泡聚合生成的。
所述的聚氨酯組合白料的組分為至少一種生物基聚醚多元醇的多元醇組分，胺類和/或金屬鹽類催化劑、物理和/或化學(xué)發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑以及任選阻燃劑。其中所述的生物基多元醇占整個多元醇組分的重量比為5-75％，其中優(yōu)選20％-50％。
所述的生物基聚醚多元醇可由各種生物基原料生產(chǎn)，包括但不限于：大豆油、麻風(fēng)樹油、棕櫚油、玉米油、花生油、棉籽油、菜籽油、橄欖油和它們的混合物。特別優(yōu)選的生物基聚醚多元醇是由大豆油多元醇。
所述的異氰酸酯組分為平均官能度在2.5-3.5之間的粗制聚合二苯基甲烷二異氰酸酯(PMDI)或改進的粗制多亞甲基多苯基多異氰酸酯；所述的聚氨酯噴涂組合白料組分與異氰酸酯組分的質(zhì)量比為1：1～1.5，優(yōu)選比例1：1。所述的噴涂泡沫塑料的平均密度在30-80kg/m3，優(yōu)選密度在35-55kg/m3。
用于生物基聚氨酯噴涂泡沫塑料的催化劑包括胺類和/或金屬鹽類催化劑，其中胺類催化劑為叔胺類催化劑包括五甲基二乙烯三胺、N,N-二甲基環(huán)己胺、三乙烯二胺、三乙胺、雙二甲胺基乙基醚中的一種兩種或多種；所述金屬鹽類催化劑為包括異辛酸鉀、甲酸季銨鹽、醋酸鉀、二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫和油酸鉀的一種兩種或多種。由于聚氨酯噴涂泡沫反應(yīng)非常迅速，固化成型正常在十幾秒內(nèi)完成，因些所添加的催化劑的量較其它聚氨酯泡沫所需用量要大的多，占聚氨酯噴涂組合白料組分5％-15％的用量。
水和低沸點化合物的組合用作本發(fā)明的發(fā)泡劑。低沸點含氟化合物，例如HFC-245fa、HFC-365mfc和HFC-134a，它們單獨使用或者組合使用。特別優(yōu)選用于本發(fā)明的發(fā)泡劑是1,1-二氯-1-氟乙烷(HCFC-141B)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)和1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365)和它們的混合物。正常烷類發(fā)泡劑因為安全問題很少用于聚氨酯噴涂泡沫中，比如環(huán)戊烷、異戊烷等。
聚氨酯噴涂發(fā)泡中可用到有利于發(fā)泡的少量泡沫穩(wěn)定劑，以在聚合初始階段穩(wěn)定發(fā)泡反應(yīng)混合物，有助于調(diào)節(jié)孔徑，產(chǎn)生閉合的孔，從而改進絕熱性能。所用的泡沫穩(wěn)定劑為非水解硅碳類表面活性劑和非硅酮類表面活性劑中一種或兩種。由于噴涂發(fā)泡的速度迅速，所以泡沫的泡孔相對較好，因此，所用的泡沫穩(wěn)定劑所起的作用更偏向于聚氨酯噴涂組合白料組分在發(fā)泡之前的儲存穩(wěn)定性。
合適的阻燃劑包括膦酸酯/鹽、亞磷酸酯/鹽和磷酸酯/鹽(例如甲基膦酸二甲酯、多磷酸銨、和各種環(huán)磷酸酯和膦酸酯可應(yīng)用于生物基聚氨酯噴涂泡沫中。由于聚氨酯噴涂發(fā)泡成型是通過發(fā)泡槍頭霧化混合發(fā)泡成型，因而在選用阻燃劑時更偏向于液態(tài)的，儲存穩(wěn)定性相對較好的原料，比如三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)、三(2-氯丙基)磷酸酯(TCPP)、磷酸三乙酯(TEP)和甲基膦酸二甲酯(DMMP)的一種或多種，其中優(yōu)選三(2-氯丙基)磷酸酯(TCPP)和磷酸三乙酯(TEP)。
所述的生物基聚氨酯噴涂泡沫塑料的制備方法，包括以下步驟：(1)將多元醇組合、催化劑、發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑以及任選阻燃劑按照比例混合均勻，制得聚氨酯組合白料組分；(2)將步驟(1)中制得的組合白料組分與異氰酸酯組分按固定比例，通過高壓噴涂機噴在木板或者水泥板上，兩組分快速反應(yīng)固化成形，生成生物基聚氨酯噴涂泡沫塑料。
本發(fā)明產(chǎn)品具有高含量的生物基材料，應(yīng)用在墻面或屋頂?shù)谋胤浪畤娡恐?，使泡沫材料具有與用全部石油基材料生產(chǎn)的泡沫類似的性能。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施方式
通過以下實施例進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于以下實施例，除非另有說明，否則，所有以“份數(shù)”和“百分比”給出的量都應(yīng)該理解為是以重量計的。以下材料用于生產(chǎn)實施例的聚氨酯泡沫材料：
表1聚氨酯原料簡介
按下表2中所列的重量份數(shù)的各組分混合，并異氰酸酯組分與白料組合重量比為1：1的情況下反應(yīng)，產(chǎn)生自由發(fā)泡的泡沫材料。使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的手動混合步驟制備這些泡沫材料，在泡沫固化成型后，檢測泡沫性能。
表2聚氨酯泡沫組分配參數(shù)(重量份)
參考例1是用于GB50404-2007的聚氨酯噴涂泡沫的常用配方。在實施例中，用一種或兩種生物基多元醇替代部分。如需調(diào)節(jié)發(fā)泡速度，可調(diào)節(jié)催化劑用量；如需調(diào)節(jié)泡沫密度，可調(diào)節(jié)水和物理發(fā)泡劑的用量。
將密度、導(dǎo)熱系數(shù)、氧指數(shù)這樣關(guān)鍵的泡沫性能與對照泡沫材料對比，有的好一些，有的差一些。但是通過各組合料的配比的調(diào)整可以達到的最為合適的原料配比，性能達標(biāo)，成本最優(yōu)化，生物基聚醚多元醇使用量最佳。
表3噴涂泡沫各項性能參數(shù)
從表3可以看出，生物基多元醇與脂肪族多元醇組合，在高官能度的脂肪族多元醇的配合下，保證聚氨酯噴涂泡沫的各項基本性能，將生物基多元醇的用量最大化，同時，在使用不同生物基多元醇時要根據(jù)不同的產(chǎn)品的特性使用不同的量。選取實例4進行噴涂現(xiàn)場發(fā)泡，根據(jù)表2制得聚氨酯噴涂組合白料組分，然后通過高壓噴涂機將制得的組合白料組分與異氰酸酯組分按固定比例，噴在木板上，快速反應(yīng)固化成形，生成生物基聚氨酯噴涂泡沫塑料。通過發(fā)泡機制得的泡沫性能較實驗室發(fā)泡性能更佳。
前述的本發(fā)明的實施例是為了說明而非限制性的目的。文中所述的實施方式可在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下進行各種變化或修改，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。