CN101177474B - 建筑用聚氨酯硬泡树脂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料，特别是指一种建筑用聚氨酯硬泡树脂。按照本发明提供的技术方案，所述建筑用聚氨酯硬泡树脂包括聚氨酯硬泡树脂组合料与多苯基多亚甲基多异氰酸酯，其特征在于，聚氨酯硬泡树脂组合料包括：聚醚体系100份，发泡稳定剂B8462 2～3份，催化剂SFC 0.8～1.2份、DMEA 0.4～0.8份，化学发泡剂水0.3～0.8份，物理发泡剂45～60份；所述聚醚体系包括：聚醚多元醇GR4110 40～70份、聚醚多元醇GR75020～40份、聚醚多元醇GR403 10～20份；聚氨酯硬泡树脂组合料与多苯基多亚甲基多异氰酸酯之比为1∶1.0～1.10，单位为重量份。本发明通过改变聚氨酯硬泡树脂组合料(白料)的流动性及成型表皮厚度，从根本上提高聚氨酯硬泡树脂组合料的耐候性及耐温性。

Description

建筑用聚氨酯硬泡树脂
技术领域
本发明涉及建筑材料，特别是指一种建筑用聚氨酯硬泡树脂，属于聚醚型配方，主要应用于建筑保温冷库板材等方面。
背景技术
聚氨酯硬泡树脂一般采用二组分配方设计，其中由聚醚多元醇、交联剂、泡沫稳定剂、催化剂、发泡剂按配方混合配制成聚氨酯硬泡树脂组合料(俗称“白料”)，多异氰酸酯PAPI为第二组分(俗称“黑料”)。使用时只要将一定量的“黑料”与“白料”按配方比例(一般为黑料/白料＝1.0～1.10∶1.0，重量比)混合，搅拌均匀即可自行发泡。
目前市场上使用的硬泡树脂组合料一般由通用型聚醚多元醇(如上海外高桥的GR-4110)为主聚醚加以一定量的辅聚醚(如上海外高桥的GR-635，GR-750等)组成聚醚多元醇体系，交联剂主要采用胺醚(如上海外高桥的GR-403等)，泡沫稳定剂采用德国高施米特公司的B8462、B8465等；催化剂一般以二甲基环己胺(SFC)为主配以小分子辅助剂如三乙醇胺(TEOA)、二甲基乙醇胺(DMEA)，发泡剂一般由水作为化学发泡剂(产生前期反应热及提供CO2)，HCFC-141b作为物理发泡剂，以上这些部分按配方比例混合即成为“白料”；“黑料”一般有烟台万华生产的PM-200、拜耳的44V20、亨斯曼公司的5005等。该配方体系具有应用广泛、操作简单、发泡性能稳定等优点，是市场通用型配方。但是该配方也存在着一定的缺点，体系对温度变化的适应性较差，特别是在春、冬季节气候寒冷的情况下容易出现一系列“顽疾”：发泡不到位、拉丝严重、收缩、表皮起粉等等。且该体系的配方可调性不大，一般只能牺牲成品板的密度(即加大成品板的密度)来解决这些问题，治标不治本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建筑用聚氨酯硬泡树脂，通过改变聚氨酯硬泡树脂组合料(白料)的流动性及成型表皮厚度，从根本上提高聚氨酯硬泡树脂组合料的耐候性及耐温性。
按照本发明提供的技术方案，所述建筑用聚氨酯硬泡树脂包括聚氨酯硬泡树脂组合料与多苯基多亚甲基多异氰酸酯，其特征在于，聚氨酯硬泡树脂组合料包括：聚醚体系100份，发泡稳定剂B8462  2～3份，催化剂SFC0.8～1.2份、DMEA 0.4～0.8份，化学发泡剂水0.3～0.8份，物理发泡剂45～60份；所述聚醚体系包括：聚醚多元醇GR4110  40～70份、聚醚多元醇GR75020～40份、聚醚多元醇GR403  10～20份；聚氨酯硬泡树脂组合料与多苯基多亚甲基多异氰酸酯之比为1∶1.0～1.10，单位为重量份。
在聚醚体系中还包括：H2O 0.3～0.8份，HCFC-141b 45～60份，单位为重量份。
在使用时，将聚氨酯硬泡树脂组合料100份，多苯基多亚甲基多异氰酸酯100～105份，在室温20～25℃下经1800～2200r/min的转速下搅拌5～9秒，然后立即倒入指定模腔中让其自行发泡，单位为重量份。
或者，将聚氨酯硬泡树脂组合料浇注到发泡机的白料罐内，通过计量泵在发泡机内部循环，浇注操作时计量；多苯基多亚甲基多异氰酸酯100～105份加入发泡机的黑料罐内，单位为重量份，通过计量泵在发泡机内部循环，浇注操作时计量；白料罐的压力为0.4～0.8MPa，温控20～25℃；黑料罐的压力为0.05～0.12MPa，温控25～35℃；在发泡机机头经3300～3700r/min的转速下搅拌混合，浇注速度为2.0～2.5公斤/秒。
各组分的性能参数与作用如下：
一、聚氨酯硬泡树脂组合料(白料)：
原料名称              相关参数             主要作用
聚醚多元醇GR-4110  OH＝420～450AV＜0.1  主聚醚，提供羟基参加反应；
聚醚多元醇GR-750   OH＝460～500AV＜0.1  辅聚醚，改进表皮效果；
聚醚多元醇GR-403   OH＝730～770AV＜0.1  辅聚醚，泡孔细密，提升硬度；
发泡稳定剂B8462                         泡沫稳定剂；
催化剂SFC                               主催化剂，提供平衡反应速度；
DMEA                                    先期反应，缩短生产周期；
H2O                                     化学发泡剂，提供先期反应热并
                                        产生CO2；
HCFC-141b                               物理发泡剂；
其中的AV指聚醚多元醇的酸值，OH指聚醚多元醇的羟值。
二、多苯基多亚甲基多异氰酸酯(黑料)，简称PAPI：PM-200(NCO％＝30％)。
正如本发明标题所说明的，本发明的创新性主要体现在低水分(通用配方水分一般在1.5～2.5之间)及高发泡剂(通用配方一般在25～30之间)，其余组分基本一致。以下结合几组新老配方的实验及测试数据来说明本发明的优势所在。
实验参数：
环境温度：20±2℃              料温：20±2℃；
模具温度：20±2℃              搅拌速度：2000r/m；
搅拌时间：6-7秒                脱模时间：30-35min；
黑料/白料：1.05∶1(重量比)；
测试方法：
密度按GB/T6343-95方法测试；
导热系数按GB3399-82方法测试；
压缩强度按GB/T8813-88方法测试；
尺寸稳定性按GB/T8811-88方法测试；
注：表一所列的系列实验中除H2O与HCFC-141b的配比不同外，其余都采用同一标准体系(同上)
表一：实验数据及测试结果
  实验批号   H<sub>2</sub>O/HCFC-141b(质量分数)   自由密度kg/m<sup>3</sup> 板材密度kg/m<sup>3</sup>   压缩强度kp   耐温实验(-20℃X48h)％   导热系数W(m·k)   表皮情况低温发泡(0～5℃)
  (1)   0.3/60   23.5   37～40   220   0.25   0.022   坚韧有弹性
  (2)   0.4/57   23.2   37～40   216   0.28   0.020   坚韧有弹性
  (3)   0.5/54   23.0   37～40   212   0.30   0.018   坚韧有弹性
  (4)   0.6/51   23.6   37～40   205   0.31   0.020   坚韧有弹性
  (5)   0.7/48   23.9   37～40   200   0.28   0.024   坚韧有弹性
  (6)   0.8/45   24.3   37～40   195   0.32   0.030   坚韧有弹性
  (7)   1.5/30   25.5   40～42   160   0.52   0.026   硬而脆
  (8)   1.7/29   25.2   40～42   155   0.50   0.024   硬而脆
  (9)   1.9/28   25.0   40～42   153   0.48   0.022   脆而起粉
  (10)   2.1/27   25.4   40～42   150   0.50   0.025   脆而起粉
  (11)   2.3/26   25.8   40～42   145   0.53   0.028   酥而粉
  (12)   2.5/25   26.2   40～42   140   0.60   0.032   酥而粉
结论与分析
比较新配方(1)～(6)与老配方(7)～(12)可以发现，本配方体系无论是在耐温性还是在整体发泡性能上都有了较大改进。以下分别阐述本发明配方的优势所在。
①自由密度低
新配方由于大大增加了物理发泡剂HCFC-141b的用量，在保证其流动性的前提下，使体系发泡力获得了较大提升，降低了自由密度。
②成品密度低
随着自由密度的降低，成品板的密度也随之能有所减小，在保证质量的前提下，起到了降本增效的作用。
③压缩强度高
根据自结皮原理，表皮的形成是由发泡剂凝聚在模具周围的发泡材料中受压形成的。本配方中，发泡剂含量的大大增加，使之表皮厚度及硬度也随之增大，耐形变系数增加，抗压强度自然也随之增加。
④耐低温形变性能高
由于表皮厚度及硬度的增加，板材的抗收缩性也随之增大，体系的耐低温性获得改进。
⑤导热系数低
硬泡板材的导热系数主要由两部分组成：泡体骨架自身的导热系数与泡沫微孔中发泡气体的导热系数。本配方由于大大减少了H2O的含量，其产生的CO2气体也减少了，而CO2的导热系数要高于HCFC-141b的导热系数，同时CO2与泡孔外的空气热交换能力也高于HCFC-141b。
⑥低温发泡表皮好
表皮厚度的增加必然伴随着表皮质量及耐温性的增加。
综上所述，本发明的配方体系较同类产品的耐候性与耐温性都有了较大提升。
具体实施方式
板材用聚氨酯硬泡树脂成型加工条件是：将黑料与白料按一定比例(一般为黑料/白料＝1.0～1.10∶1，具体数据视生产设备及产品要求而定，本发明实验中都以1.05∶1为标准)混合，经机械搅拌混合发泡。
1、手工操作：称量白料100份，黑料105份，在室温(20～25℃)下经2000r/min的强力搅拌5～9秒，立即倒入指定模腔中让其自行发泡，观察发泡过程，记录实验数据。
2、机械操作：白料加入高/低压发泡机的白料罐内，通过计量泵在***内部循环，浇注操作时计量。黑料加入高/低压发泡机的黑料罐内，通过计量泵在***内部循环，浇注操作时计量。
3、白料罐压力为0.4～0.8MPa，温控20～25℃
黑料罐压力为0.05～0.12MPa，温控25～35℃
黑/白料以105∶100的比例经计量泵计量出料，在机头经3500r/min的高速搅拌混合，浇注量一般在2.0～2.5公斤/秒，实际生产中可根据需要通过调整黑、白料的浇注压力来调整浇注量的大小。
表二共列出了6种配方，即举了6个实例。
表二
Figure G2007101343668D00041
注：表一、二中各组分都以重量份为单位。表二中1～6号配方与表一中的实验批号1～6所用的配方一一对应。表一中的实验批号7～12是传统常用的配方，表一主要用于说明本发明的配方中所用的水H2O与物理发泡剂HCFC-141b的含量不同所产生的积极效果。
下面对各组成部分在用量改变时，成品物性特征变化进行阐述，同时将黑、白料之间的比例关系和制品状况进行叙述。
①号配方：白料的密度在1.05±0.01g/cm3，物料黏度：200～250cps(20℃)。操作时，先称量好100份白料，在加入105份黑料，经机械高速混合反应，自由发泡的密度为23.5kg/m3，起发时间20～22秒，拉丝时间125～130秒，不粘手时间210～220秒，浇注制品的成型密度38～39kg/m3。制品成型模温20～25℃。制品外观光洁度，无拉丝变形，表皮坚硬有弹性，整体硬度高。
②号配方：白料的密度在1.06±0.01g/cm3，物料黏度：205～255cps(20℃)。操作时，先称量好100份白料，在加入105份黑料，经机械高速混合反应，自由发泡的密度为23.2kg/m3，起发时间19～21秒，拉丝时间122～128秒，不粘手时间205～215秒，浇注制品的成型密度37～38kg/m3。制品成型模温20～25℃。制品外观光洁度，无拉丝变形，表皮坚硬有弹性，整体硬度高。
③号配方：白料的密度在1.07±0.01g/cm3，物料黏度：210～260cps(20℃)。操作时，先称量好100份白料，在加入105份黑料，经机械高速混合反应，自由发泡的密度为23.0kg/m3，起发时间19～20秒，拉丝时间118～125秒，不粘手时间203～212秒，浇注制品的成型密度37kg/m3。制品成型模温20～25℃。制品外观光洁度，无拉丝变形，表皮坚硬有弹性，整体硬度高。
④号配方：白料的密度在1.08±0.01g/cm3，物料黏度：212～265cps(20℃)。操作时，先称量好100份白料，在加入105份黑料，经机械高速混合反应，自由发泡的密度为23.6kg/m3，起发时间18～20秒，拉丝时间115～122秒，不粘手时间202～210秒，浇注制品的成型密度38～39kg/m3。制品成型模温20～25℃。制品外观光洁度，无拉丝变形，表皮坚硬有弹性，整体硬度高。
⑤号配方：白料的密度在1.08±0.01g/cm3，物料黏度：215～270cps(20℃)。操作时，先称量好100份白料，在加入105份黑料，经机械高速混合反应，自由发泡的密度为23.9kg/m3，起发时间17～19秒，拉丝时间114～120秒，不粘手时间200～208秒，浇注制品的成型密度39～40kg/m3。制品成型模温20～25℃。制品外观光洁度，无拉丝变形，表皮坚硬有弹性，整体硬度高。
⑥号配方：白料的密度在1.09±0.01g/cm3，物料黏度：220～275cps(20℃)。操作时，先称量好100份白料，在加入105份黑料，经机械高速混合反应，自由发泡的密度为24.3kg/m3，起发时间16～18秒，拉丝时间110～115秒，不粘手时间195～205秒，浇注制品的成型密度40kg/m3。制品成型模温20～25℃。制品外观光洁度，无拉丝变形，表皮坚硬有弹性，整体硬度高。

Claims (3)

1.建筑用聚氨酯硬泡树脂组合料与多苯基多亚甲基多异氰酸酯组合物，其特征在于，聚氨酯硬泡树脂组合料包括：聚醚体系100份，发泡稳定剂B8462 2～3份，催化剂二甲基环己胺SFC 0.8～1.2份、二甲基乙醇胺DMEA 0.4～0.8份，化学发泡剂水0.3～0.8份，物理发泡剂45～60份；所述聚醚体系包括：聚醚多元醇GR4110、聚醚多元醇GR750及聚醚多元醇GR403，其中，聚醚多元醇GR4110的羟值OH＝420～450、酸值AV＜0.1，加入量为40～70份，聚醚多元醇GR750的羟值OH＝460～500、酸值AV＜0.1，加入量为20～40份，聚醚多元醇GR403的羟值OH＝730～770、酸值AV＜0.1，加入量为10～20份；聚氨酯硬泡树脂组合料与多苯基多亚甲基多异氰酸酯之比为1∶1.0～1.10；所述物理发泡剂为HCFC-141b，单位为重量份。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，在使用时，将聚氨酯硬泡树脂组合料100份，多苯基多亚甲基多异氰酸酯100～105份，在室温20～25℃下经1800～2200r/min的转速下搅拌5～9秒，然后立即倒入指定模腔中让其自行发泡，单位为重量份。
3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，聚氨酯硬泡树脂组合料浇注到发泡机的白料罐内，通过计量泵在发泡机内部循环，浇注操作时计量；多苯基多亚甲基多异氰酸酯100～105份加入发泡机的黑料罐内，单位为重量份，通过计量泵在发泡机内部循环，浇注操作时计量；白料罐的压力为0.4～0.8MPa，温控20～25℃；黑料罐的压力为0.05～0.12MPa，温控25～35℃；在发泡机机头经3300～3700r/min的转速下搅拌混合，浇注速度为2.0～2.5公斤/秒。
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