專利名稱：一種特別適用于管道保溫層的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，尤其是一種特別適用于管道保溫方面使用的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料使用CFCs(氟氯烴)作發(fā)泡劑，主要為CFC-11發(fā)泡劑，現(xiàn)已確認(rèn)，CFCs對(duì)臭氧層有極其嚴(yán)重的破壞作用，中國(guó)將在2007年7月1日前完全淘汰CFC-11。因此，對(duì)CFC-11發(fā)泡劑的替代是聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前替代氟氯烴的發(fā)泡劑開發(fā)的主要有水、液態(tài)CO2、戊烷類和HFCs(氫氟烴)系列，以及HCFC-141b(分子式CH3CFCl2，化學(xué)名為二氯一氟乙烷)。全水發(fā)泡泡沫導(dǎo)熱系數(shù)大，因?yàn)镃O2自身的導(dǎo)熱系數(shù)較大，利用它制得的硬泡保溫性差，且泡沫易發(fā)酥變脆；液態(tài)CO2發(fā)泡劑需盛在高壓容器中；戊烷類易燃易爆，HFCs系列主要有HFC-245fa和HFC-365mfc，它們直到2003年才在少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家開始工業(yè)化生產(chǎn)，而在國(guó)內(nèi)，對(duì)于他們的研究還處于剛起步階段，價(jià)格遠(yuǎn)高于其它發(fā)泡劑，一般廠家在經(jīng)濟(jì)上難以承受。因此，它們替代CFC-11用作石油管道聚氨酯泡沫保溫層的發(fā)泡劑，由于各方面條件的限制，目前在我國(guó)難以大規(guī)模工業(yè)化。
目前我國(guó)替代CFC-11用做石油管道聚氨酯泡沫保溫層的發(fā)泡劑主要是HCFC-141b。從石油管道的保溫這一角度來(lái)說(shuō)，以HCFC-141b取代CFC-11作為石油管道聚氨酯硬泡保溫層的發(fā)泡劑，不僅在經(jīng)濟(jì)成本上可行，在技術(shù)上也有保證，而且仍有較大的發(fā)展空間(HCFC-141b的禁用期為2020年)。一方面，由于管道的管徑大小不等以及生產(chǎn)工藝的要求，在制造管道保溫硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料時(shí)，就要求所使用的催化劑能夠在較寬的范圍內(nèi)控制發(fā)泡時(shí)間；另一方面，還要對(duì)各種原料進(jìn)行調(diào)整篩選，并進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)替代發(fā)泡劑HCFC-141b。因此，為了得到環(huán)保性能好，綜合材料性能良好的管道保溫用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，就需要在將發(fā)泡劑替代為HCFC-141b的同時(shí)，相應(yīng)優(yōu)選能夠在較寬的范圍內(nèi)控制發(fā)泡時(shí)間的催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即是通過(guò)對(duì)催化劑的優(yōu)選，使之能夠適應(yīng)HCFC-141b發(fā)泡劑和管道保溫用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的特殊要求，進(jìn)而提供一種適用于現(xiàn)有管道保溫生產(chǎn)設(shè)備和工藝，且環(huán)保性能好、綜合材料性能良好的一種特別適用于管道保溫層的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。
本發(fā)明的一種特別適用于管道保溫層的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料以復(fù)合聚醚、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、蒸餾水和發(fā)泡劑構(gòu)成原料的A組份，以多苯基多次甲基異氰酸酯為原料的B組份，所述A組份與B組份多苯基多次甲基異氰酸酯的重量比為1∶1.1～1.4，其特征是A組份中的催化劑的組成成份及重量份為a、三乙醇胺0.2～0.6份b、N，N-二甲基環(huán)己胺0.3～2.1份c、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚0.3～3.7份d、油酸鉀0.4～4.0份A組份中的其它原料的組成成份及重量份為①、復(fù)合聚醚100份所述復(fù)合聚醚由低官能度聚醚多元醇和高官能度聚醚多元醇復(fù)配制得；其中，低官能度聚醚多元醇30～50份，官能度3～4，羥值范圍400～550mgKOH/g；高官能度聚醚多元醇50～70份，官能度6～8，羥值范圍420～560mgKOH/g；②、所述泡沫穩(wěn)定劑為Si-C型泡沫穩(wěn)定劑，用量為1.5～3.0份；③、蒸餾水0.8～2.5份；④、發(fā)泡劑為HCFC-141b(分子式CH3CFCl2，化學(xué)名為二氯一氟乙烷)，用量5.0～10.0份；所述構(gòu)成原料的B組份的多苯基多次甲基異氰酸酯的官能度2.6～2.8，指數(shù)≥1.0；制作方法為按上述重量份先將復(fù)合聚醚、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、蒸餾水和發(fā)泡劑混合均勻得到得到原料A組份，然后將原料A組份和原料B組份按上述重量比混合并用攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速2500～3000r/min的速度攪拌10s，最后快速注入到模具中，經(jīng)發(fā)泡、固化得到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。
在本發(fā)明所使用的催化劑中，2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚在國(guó)內(nèi)常簡(jiǎn)稱為DMP-30，分子式C15H27N3O。
在本發(fā)明中所使用的復(fù)合催化劑適用于HCFC-141b發(fā)泡體系，與我國(guó)目前制取此類硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的催化劑區(qū)別是(1)現(xiàn)在我國(guó)制取聚氨酯硬泡保溫層的配方中常使用有機(jī)錫類催化劑(如二丁基錫二月桂酸酯)，其揮發(fā)性大、毒性較強(qiáng)，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，本配方選用一些更環(huán)保的催化劑替代原來(lái)毒性較大的有機(jī)錫類催化劑，因此生產(chǎn)的聚氨酯硬泡更加環(huán)保.(2)該復(fù)合催化劑發(fā)泡時(shí)間在較寬的范圍內(nèi)可調(diào)(10～180s左右)，能滿足HCFC-141b體系管道保溫生產(chǎn)設(shè)備和工藝對(duì)發(fā)泡時(shí)間的要求。
本發(fā)明中的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料符合以下材性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼質(zhì)管道硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T0415-96)聚氨酯泡沫塑料層性能指標(biāo)

耐熱性試驗(yàn)條件120℃，96h在本發(fā)明中，由于對(duì)催化劑進(jìn)行了優(yōu)選，從而使發(fā)泡時(shí)間可調(diào)范圍大。此處，所說(shuō)的發(fā)泡時(shí)間包括乳白和上升兩個(gè)主要過(guò)程。其中乳白時(shí)間(泡沫原料從攪拌結(jié)束至開始發(fā)泡上升這段時(shí)間)可調(diào)范圍為10～60s左右，上升時(shí)間(泡沫原料從攪拌結(jié)束至上升到最高處，停止發(fā)泡這段時(shí)間)可調(diào)范圍為30-180s左右。通過(guò)催化劑的變化完全符合管道保溫聚氨酯泡沫生產(chǎn)設(shè)備和工藝對(duì)發(fā)泡時(shí)間的要求。本發(fā)明制取的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料性能符合SY/T0415-96標(biāo)準(zhǔn)要求，其中尤其以尺寸穩(wěn)定性較好，泡沫經(jīng)過(guò)耐熱(測(cè)試條件120℃，96h)后，尺寸變化率遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的3％，一般均小于1％。
本發(fā)明的配方以HCFC-141b取代CFC-11作為石油管道聚氨酯硬泡保溫層的發(fā)泡劑，不僅經(jīng)濟(jì)成本上可行，技術(shù)上有保證，而且仍有較大的發(fā)展空間(如前述，HCFC-141b的禁用期為2020年)與前述現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比，本發(fā)明的泡沫塑料制造成本較低、毒性小且更環(huán)保，能夠用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，是替代現(xiàn)有CFC-11體系石油管道聚氨酯硬泡保溫層的實(shí)用性方案。
本發(fā)明的內(nèi)容結(jié)合以下實(shí)施例作更進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于實(shí)施例中所涉及的內(nèi)容。
在以下各實(shí)施例中，所涉及的復(fù)合聚醚均由低官能度聚醚多元醇和高官能度聚醚多元醇復(fù)配制得，其中，低官能度聚醚多元醇的官能度3～4，羥值范圍400～550mgKOH/g；高官能度聚醚多元醇的官能度6～8，羥值范圍420～560mgKOH/g。需要說(shuō)明的是由于高、低官能度聚醚多元醇的官能度和羥值在上述范圍內(nèi)適當(dāng)變化并不影響管道保溫泡沫塑料的生產(chǎn)工藝要求及合格的材性要求，即各實(shí)施例均能具體實(shí)施，故在以下各實(shí)施例中不再給出高、低官能度聚醚多元醇的具體官能度和具體羥值。另外，以下實(shí)施例中僅舉A，B組分混合前料溫都是27℃，環(huán)境溫度為23℃左右的為例。在此處加以上述定義和說(shuō)明的目的是在以下實(shí)施例中就不再贅述。
實(shí)施例1根據(jù)下列配方制造硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料A組份中各原料的組成成份及重量由低官能度聚醚多元醇30克和高官能度聚醚多元醇70克復(fù)配制得的復(fù)合聚醚100克；三乙醇胺0.6克，N，N-二甲基環(huán)己胺1.5克，2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚0.3克；油酸鉀0.8克，泡沫穩(wěn)定劑3.0克，蒸餾水2.5克；HCFC-141b發(fā)泡劑10.0克。
在本實(shí)施例中，A組份的總重量為118.7克。
先將A組份在一容器中混和均勻，然后按預(yù)定比例將B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯加入A組份中，用攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速2500～3000r/min高速攪拌10s，最后將混合料倒入模具中，混合料反應(yīng)很快，經(jīng)發(fā)泡、固化得到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，其中A組份與B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯的重量比為1∶1.1，即B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯130.6克。
在本實(shí)施例中，所制得的成品的材性如下表(發(fā)泡時(shí)間10～80s)

實(shí)施例2根據(jù)下列配方制造硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料A組份中各原料的組成成份及重量由低官能度聚醚多元醇40克和高官能度聚醚多元醇60克復(fù)配制得的復(fù)合聚醚100克；三乙醇胺0.6克，N，N-二甲基環(huán)己胺2.1克，2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚3.7克，油酸鉀4.0克，泡沫穩(wěn)定劑2.5克；蒸餾水1.2克；HCFC-141b發(fā)泡劑9.0克。
在本實(shí)施例中，A組份的總重量為123.1克。
先將A組份在一容器中混和均勻，然后按預(yù)定比例將B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯加入A組份中，用攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速2500～3000r/min高速攪拌10s，最后將混合料倒入正方體模具中，混合料反應(yīng)很快，經(jīng)發(fā)泡、固化得到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，其中A組份與B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯的重量比為1∶1.4，即B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯172.3克。
在本實(shí)施例中，所制得的成品的材性如下表(發(fā)泡時(shí)間18-36s，)

實(shí)施例3根據(jù)下列配方制造硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料A組份中各原料的組成成份及重量由低官能度聚醚多元醇50克和高官能度聚醚多元醇50克復(fù)配制得的復(fù)合聚醚100克；三乙醇胺0.5克，N，N-二甲基環(huán)己胺1.1克，2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚3.0克，油酸鉀3.2克，泡沫穩(wěn)定劑2.0克；蒸餾水1.6克；HCFC-141b發(fā)泡劑7.0克。
在本實(shí)施例中，A組份的總重量為118.4克。
先將A組份在一容器中混和均勻，然后按預(yù)定比例將B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯加入A組份中，用攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速2500～3000r/min高速攪拌10s，最后將混合料倒入正方體模具中，混合料反應(yīng)很快，經(jīng)發(fā)泡、固化得到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，其中A組份與B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯的重量比為1∶1.3，即B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯153.9克。
在本實(shí)施例中，所制得的成品的材性如下表(發(fā)泡時(shí)間40-76s)

實(shí)施例4根據(jù)下列配方制造硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料A組份中各原料的組成成份及重量由低官能度聚醚多元醇30克和高官能度聚醚多元醇70克復(fù)配制得的復(fù)合聚醚100克；三乙醇胺0.4克，N，N-二甲基環(huán)己胺0.6克，2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚1.5克，油酸鉀1.7克，泡沫穩(wěn)定劑1.8克；蒸餾水0.8克；HCFC-141b發(fā)泡劑5.0克。
在本實(shí)施例中，A組份的總重量為111.8克。
先將A組份在一容器中混和均勻，然后按預(yù)定比例將B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯加入A組份中，用攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速2500～3000r/min高速攪拌10s，最后將混合料倒入正方體模具中，混合料反應(yīng)很快，經(jīng)發(fā)泡、固化得到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，其中A組份與B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯的重量比為1∶1.2，即B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯134.2克。
在本實(shí)施例中，所制得的成品的材性如下表(發(fā)泡時(shí)間30-120s)

實(shí)施例5根據(jù)下列配方制造硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料A組份中各原料的組成成份及重量由低官能度聚醚多元醇40克和高官能度聚醚多元醇60克復(fù)配制得的復(fù)合聚醚100克；三乙醇胺0.3克，N，N-二甲基環(huán)己胺0.5克，2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚0.9克，油酸鉀0.5克，泡沫穩(wěn)定劑1.5克；蒸餾水2.2克；HCFC-141b發(fā)泡劑8.0克。
在本實(shí)施例中，A組份的總重量為113.9克。
先將A組份在一容器中混和均勻，然后按預(yù)定比例將B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯加入A組份中，用攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速2500～3000r/min高速攪拌10s，最后將混合料倒入正方體模具中，混合料反應(yīng)很快，經(jīng)發(fā)泡、固化得到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，其中A組份與B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯的重量比為1∶1.2，即B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯136.7克。
在本實(shí)施例中，所制得的成品的材性如下表(發(fā)泡時(shí)間40～145s)

實(shí)施例6根據(jù)下列配方制造硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料A組份中各原料的組成成份及重量由低官能度聚醚多元醇50克和高官能度聚醚多元醇50克復(fù)配制得的復(fù)合聚醚100克；三乙醇胺0.2克，N，N-二甲基環(huán)己胺0.3克，2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚0.4克，油酸鉀0.4克，泡沫穩(wěn)定劑1.5克；蒸餾水2.5克；HCFC-141b發(fā)泡劑9.0克。
在本實(shí)施例中，A組份的總重量為114.3克。
先將A組份在一容器中混和均勻，然后按預(yù)定比例將B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯加入A組份中，用攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速2500～3000r/min高速攪拌10s，最后將混合料倒入正方體模具中，混合料反應(yīng)很快，經(jīng)發(fā)泡、固化得到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，其中A組份與B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯的重量比為1∶1.2，即B組份多亞甲基多苯基多異氰酸酯137.2克。
在本實(shí)施例中，所制得的成品的材性如下表(發(fā)泡時(shí)間60～180s)

權(quán)利要求
1.一種特別適用于管道保溫層的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，它以復(fù)合聚醚、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、蒸餾水和發(fā)泡劑構(gòu)成原料的A組份，以多苯基多次甲基異氰酸酯為原料的B組份，所述A組份與B組份多苯基多次甲基異氰酸酯的重量比為1∶1.1～1.4，其特征是A組份中的催化劑的組成成份及重量份為a、三乙醇胺0.2～0.6份、b、N，N-二甲基環(huán)己胺0.3～2.1份c、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚0.3～3.7份d、油酸鉀0.4～4.0份A組份中的其它原料的組成成份及重量份為①、復(fù)合聚醚100份所述復(fù)合聚醚由低官能度聚醚多元醇和高官能度聚醚多元醇復(fù)配制得；其中，低官能度聚醚多元醇30～50份，官能度3～4，羥值范圍400～550mgKOH/g；高官能度聚醚多元醇50～70份，官能度6～8，羥值范圍420～560mgKOH/g；②、所述泡沫穩(wěn)定劑為Si-C型泡沫穩(wěn)定劑，用量為1.5～3.0份；③、蒸餾水0.8～2.5份；④、發(fā)泡劑為HCFC-141b，用量5.0～10.0份；所述構(gòu)成原料的B組份的多苯基多次甲基異氰酸酯的官能度2.6～2.8，指數(shù)≥1.0；制作方法為按上述重量份先將復(fù)合聚醚、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、蒸餾水和發(fā)泡劑混合均勻得到得到原料A組份，然后將原料A組份和原料B組份按上述重量比混合并用攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速2500～3000r/min的速度攪拌10s，最后快速注入到模具中，經(jīng)發(fā)泡、固化得到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。
全文摘要
本發(fā)明涉及特別適用于管道保溫層的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，它以復(fù)個(gè)聚醚、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、蒸餾水和發(fā)泡劑構(gòu)成原料的A組份，以多苯基多次甲基異氰酸酯為原料的B組份，其催化劑的組成成份為三乙醇胺、N，N－二甲基環(huán)己胺、2，4，6－三(二甲胺基甲基)苯酚、油酸鉀。制作時(shí)將復(fù)合聚醚、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、蒸餾水和發(fā)泡劑混合均勻得到原料A組份，將原料A組份和原料B組份混合并攪拌后倒入模具中，經(jīng)發(fā)泡、固化而得到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。本發(fā)明通過(guò)對(duì)催化劑的優(yōu)選，使制取的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料性能符合SY/T0415－96標(biāo)準(zhǔn)要求，其中尤其以尺寸穩(wěn)定性較好，泡沫經(jīng)過(guò)耐熱測(cè)試后，尺寸變化率遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的3％，一般均小于1％。
文檔編號(hào)C08G18/71GK101016366SQ20061002268
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者朱明 , 朱永飛, 胡文峰, 魏玉君, 廖乾邑 申請(qǐng)人:四川師范大學(xué)