CN110964164A - 全水一步法柔性保温管材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚氨酯合成材料技术领域，具体涉及一种全水一步法柔性保温管材料及其制备方法。本发明所述的全水一步法柔性保温管材料，包括A组分和B组分，其中A组分包括以下质量份数的原料：蔗糖类聚醚多元醇A 45‑55份、芳香胺类聚醚多元醇B 5‑15份、低官能度聚醚多元醇C 10‑20份、聚酯多元醇D 10‑20份、去离子水3.5‑4.1份、泡沫稳定剂3‑5份、催化剂2.9‑4份；B组分包括以下质量份数的原料：多甲基多苯基多异氰酸酯70‑90份、改性异氰酸酯10‑30份。本发明制备的保温管在保证具有一定强度的前提下，还具有柔韧性，无内部烧心、开裂问题；本发明还提供了简单易行的制备方法。

Description

全水一步法柔性保温管材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯合成材料技术领域，具体涉及一种全水一步法柔性保温管材料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯保温管道被广泛的应用于热力管网输送，在二次管网工作管道基本是钢制、硬塑材质，没有柔软性，在施工过程需要大量的接头和弯头，增加了施工的难度，同时钢管易腐蚀，严重影响保温管的使用寿命。柔性管道材料具有方便运输操作灵活的特点，最大管径DN250，管道运行温度90℃以内，能够满足二次管网的使用。此种管道抗腐蚀性强，对于坡度及地沟可随形铺设，最大长度1500米，可以极大的缩短安装周期。随着行业的不断发展，一步法生产柔性塑料保温管的工艺艺逐渐成型并已投入日常生产应用，本工艺生产操作简单，操作性强，管体泡沫密度分布均匀，大大提高了保温管的保温性性能及使用寿命。
目前常规的柔性一步法管道用组合聚醚存在泡沫脆性大的问题，在安装运输过程泡沫容易受到损坏而导致保温性能下降，在生产较厚保温层时存在烧心、开裂的风险，空洞问题时有发生，常规产品通常使用HCFC-141B(一氟二氯乙烷)发泡剂，该发泡剂破坏大气臭氧层，已经开始逐步淘汰使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种全水一步法柔性保温管材料，用其制备的保温管在保证具有一定强度的前提下，还具有柔韧性，无内部烧心、开裂问题；本发明还提供了简单易行的制备方法。
本发明所述的全水一步法柔性保温管材料，包括A组分和B组分，A组分与B组分的混合质量比为1:1.3-1.5，其中A组分包括以下质量份数的原料：
Figure BDA0002319889250000011
Figure BDA0002319889250000021
B组分包括以下质量份数的原料：
多甲基多苯基多异氰酸酯 70-90份
改性异氰酸酯 10-30份。
所述蔗糖类聚醚多元醇A的官能度为5.0-5.3，羟值为320-380mg KOH/g，25℃时的黏度为2000-2600mPa.s，以蔗糖，与甘油、丙二醇和乙二醇中的一种或者两种作为复合起始剂，以氧化丙烯作为聚合单体制备而成。
所述芳香胺类聚醚多元醇B的羟值为300-400mg KOH/g，25℃时的黏度为5000-10000mPa.s，以芳香族二胺或乙二胺中的一种或两种为起始剂，与氧化丙烯作为聚合单体制备而成。优选为上海东大化学有限公司生产的R4037。
所述低官能度聚醚多元醇C的官能度为2-3，分子量为400-1000g/mol，以甘油、丙二醇、二乙二醇或乙二醇中的一种或多种为起始剂，与氧化乙烯或氧化丙烯作为聚合单体制备而成。优选为优选山东一诺威新材料有限公司生产的C204、C310。
所述聚酯多元醇D的官能度为2，是邻苯二甲酸酐系列多元醇，25℃时的黏度为2500-3000mPa.s，酸值≤1.0mgKOH/g。优选为南京金陵斯泰潘化学有限公司生产的PS-3152、山东一诺威聚氨酯股份有限公司生产的PE-B503L。
所述泡沫稳定剂为亲水型聚氨酯硬泡硅油，优选为德国赢创德固赛公司生产的B8534。
所述催化剂包含发泡型催化剂、凝胶型催化剂和三聚型催化剂，其中发泡型催化剂是双(二甲氨基乙基)醚、五甲基二亚乙基三胺或N,N-二甲基环己胺中的一种或多种；凝胶型催化剂是三乙烯二胺或二甲基苄胺中的一种或两种；三聚型催化剂是醋酸钾、异辛酸钾或1,3,5-三(二甲氨基丙基)六氢三嗪中的一种或多种。
所述改性异氰酸酯，由异氰酸酯与丁二醇和聚乙二醇反应制得。
所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。
所述的全水一步法柔性保温管材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性异氰酸酯的制备：先将丁二醇和聚乙二醇在90℃～110℃温度范围内搅拌，真空脱水2～4h，降温至50℃～60℃，加入异氰酸酯，在80-90℃反应制得改性异氰酸酯，封装备用；
(2)A组分的制备：将蔗糖类聚醚多元醇A、芳香胺类聚醚多元醇B、低官能度聚醚多元醇C、聚酯多元醇D、去离子水、泡沫稳定剂、催化剂在常温下搅拌混合，搅拌0.5-1.5小时，取出进行检验，满足设定发泡参数，即可装桶备用；
(3)B组分的制备：称取多甲基多苯基多异氰酸酯和改性异氰酸酯搅拌均匀，封装备用；
(4)使用时，将A组分和B组分按照A:B＝1：1.3-1.5的质量比通过发泡机混合，即可制成全水一步法柔性保温管材料。
本发明在设计配方时，根据粘度、指数、性能综合协调聚醚多元醇A、B、C以及聚酯多元醇D的用量，科学合理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用蔗糖类聚醚多元醇A搭配低官能度聚醚多元醇C，使得整个体系粘度相对较低，有利于黑白料混合，提高了生产效率和生产稳定性，在保证泡沫强度的前提下增加了泡沫的柔韧性，保温管在一定的弯曲条件下保温性能不受影响；
(2)本发明采用芳香胺类聚醚多元醇B，其本身具有刚性结构，可以使泡沫具有较高的强度，利用其反应活性高的特点促进黑白料反应，使得泡沫有较好的脱模性能与较细腻的泡孔结构；
(3)本发明采用改性异氰酸酯，可以进一步提高泡沫的柔韧性，同时可以降低部分全水泡沫内部反应热量(改性异氰酸酯NCO基团已经有部分发生了反应，使得现场生产时反应热量减少)，有效避免了泡沫的内部烧心、开裂等问题；
(4)本发明的制备方法简单易行，利于工业化生产。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
以下实施例中所采用的改性异氰酸酯的制备方法为：
改性异氰酸酯的制备：
先将丁二醇和聚乙二醇在100±10℃温度范围内搅拌，真空脱水3h，降温至55℃，加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，在85℃反应制得改性异氰酸酯，封装备用。
实施例中所用的均为质量份数。
实施例1
(1)A组分的制备：称取蔗糖类聚醚多元醇A(官能度为5.1，羟值为340mg KOH/g，25℃时的黏度为2360mPa.s，以蔗糖、甘油作为复合起始剂)50份、R403715份、C310 14份、PS-3152 10份、去离子水4.0份、B8534 3份、五甲基二亚乙基三胺1份、三乙烯二胺1.5份、醋酸钾1.1份、1,3,5-三(二甲氨基丙基)六氢三嗪0.4份，在常温下搅拌混合，搅拌1小时，取出进行检验，满足设定发泡参数，即可装桶备用；
(2)B组分的制备：称取多亚甲基多苯基多异氰酸酯70份、改性异氰酸酯30份搅拌均匀，封装备用；
(3)混合固化：将A组分和B组分按照A:B＝1:1.5的质量比发泡机混合即可。
测试泡沫制品指标如下：
整体密度：61kg/m3；
抗压强度：0.48kPa；
导热系数：0.031W/(m.k)；
吸水率：4.80％；
闭孔率：94％；
泡沫体内部无空洞，无烧心；
柔韧性满足CJ/T 480-2015B标准要求。
实施例2
(1)A组分的制备：称取蔗糖类聚醚多元醇A(官能度为5.3，羟值为330mg KOH/g，25℃时的黏度为2260mPa.s,以蔗糖、丙二醇作为复合起始剂)43份、R403710份、C310 20份、PS-3152 15份、去离子水3.5份、B8534 5份、双(二甲氨基乙基)醚0.2份、N,N-二甲基环己胺0.7份、二甲基苄胺1.3份、异辛酸钾1.3份在常温下搅拌混合，搅拌0.5-1.5小时，取出进行检验，满足设定发泡参数，即可装桶备用；
(2)B组分的制备：称取多亚甲基多苯基多异氰酸酯90份、改性异氰酸酯10份搅拌均匀，封装备用；
(3)混合固化：将A组分和B组分按照A:B＝1:1.3的质量比发泡机混合即可。
测试泡沫制品指标如下：
整体密度：63kg/m3；
抗压强度：0.52kPa；
导热系数：0.032W/(m.k)；
吸水率：5.20％；
闭孔率：93％；
泡沫体内部无空洞，无烧心；
柔韧性满足CJ/T 480-2015标准要求。
实施例3
(1)A组分的制备：称取蔗糖类聚醚多元醇A(官能度为5.2，羟值为370mg KOH/g，25℃时的黏度为2560mPa.s,以蔗糖、乙二醇作为复合起始剂)55份、R4037 5份、C204 10份、PE-B503L 20份、去离子水4.1份、B8534 3份、五甲基二亚乙基三胺0.3份、N,N-二甲基环己胺0.5份、三乙烯二胺0.4份、二甲基苄胺0.7份、异辛酸钾1.0份在常温下搅拌混合，搅拌0.5-1.5小时，取出进行检验，满足设定发泡参数，即可装桶备用；
(2)B组分的制备：称取多亚甲基多苯基多异氰酸酯90份、改性异氰酸酯10份搅拌均匀，封装备用；
(3)混合固化：将A组分和B组分按照A:B＝1:1.5的质量比发泡机混合即可。
测试泡沫制品指标如下：
整体密度：60kg/m3；
抗压强度：0.46kPa；
导热系数：0.031W/(m.k)；
吸水率：5.60％；
闭孔率：93％；
泡沫体内部无空洞，无烧心；
柔韧性满足CJ/T 480-2015标准要求。
对比例1
(1)A组分的制备：称取蔗糖类聚醚多元醇A(官能度为5.2，羟值为360mg KOH/g，25℃时的黏度为2560mPa.s,以蔗糖、乙二醇作为复合起始剂)55份、R40375份、C204 10份、PE-B503L 20份、去离子水4.1份、B8534 3份、五甲基二亚乙基三胺0.3份、N,N-二甲基环己胺0.5份、三乙烯二胺0.4份、二甲基苄胺0.7份、异辛酸钾1.0份在常温下搅拌混合，搅拌0.5-1.5小时，取出进行检验，满足设定发泡参数，即可装桶备用；
(2)B组分的制备：称取多亚甲基多苯基多异氰酸酯100份，封装备用；
(3)混合固化：将A组分和B组分按照A:B＝1:1.5的质量比发泡机混合即可。
测试泡沫制品指标如下：
整体密度：62kg/m3；
抗压强度：0.43kPa；
导热系数：0.032W/(m.k)；
吸水率：5.90％；
闭孔率：92％；
泡沫体内部无空洞，有烧心现象；
柔韧性满足CJ/T 480-2015标准要求。

Claims (10)

1.一种全水一步法柔性保温管材料，其特征在于：包括A组分和B组分，A组分与B组分的混合质量比为1:1.3-1.5，其中A组分包括以下质量份数的原料：
Figure FDA0002319889240000011
B组分包括以下质量份数的原料：
多甲基多苯基多异氰酸酯 70-90份
改性异氰酸酯 10-30份。
2.根据权利要求1所述的全水一步法柔性保温管材料，其特征在于：蔗糖类聚醚多元醇A的官能度为5.0-5.3，羟值为320-380mg KOH/g，25℃时的黏度为2000-2600mPa.s，以蔗糖，与甘油、丙二醇和乙二醇中的一种或者两种作为复合起始剂，以氧化丙烯作为聚合单体制备而成。
3.根据权利要求1所述的全水一步法柔性保温管材料，其特征在于：芳香胺类聚醚多元醇B的羟值为300-400mg KOH/g，25℃时的黏度为5000-10000mPa.s，以芳香族二胺或乙二胺中的一种或两种为起始剂，与氧化丙烯作为聚合单体制备而成。
4.根据权利要求1所述的全水一步法柔性保温管材料，其特征在于：低官能度聚醚多元醇C的官能度为2-3，分子量为400-1000g/mol，以甘油、丙二醇、二乙二醇或乙二醇中的一种或多种为起始剂，与氧化乙烯或氧化丙烯作为聚合单体制备而成。
5.根据权利要求1所述的全水一步法柔性保温管材料，其特征在于：聚酯多元醇D的官能度为2，是邻苯二甲酸酐系列多元醇，25℃时的黏度为2500-3000mPa.s，酸值≤1.0mgKOH/g。
6.根据权利要求1所述的全水一步法柔性保温管材料，其特征在于：泡沫稳定剂为亲水型聚氨酯硬泡硅油。
7.根据权利要求1所述的全水一步法柔性保温管材料，其特征在于：催化剂包含发泡型催化剂、凝胶型催化剂和三聚型催化剂，其中发泡型催化剂是双(二甲氨基乙基)醚、五甲基二亚乙基三胺或N,N-二甲基环己胺中的一种或多种；凝胶型催化剂是三乙烯二胺或二甲基苄胺中的一种或两种；三聚型催化剂是醋酸钾、异辛酸钾或1,3,5-三(二甲氨基丙基)六氢三嗪中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的全水一步法柔性保温管材料，其特征在于：改性异氰酸酯，由异氰酸酯与丁二醇和聚乙二醇反应制得。
9.根据权利要求8所述的全水一步法柔性保温管材料，其特征在于：异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。
10.一种权利要求1-9任一所述的全水一步法柔性保温管材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)改性异氰酸酯的制备：先将丁二醇和聚乙二醇在90℃～110℃温度范围内搅拌，真空脱水2～4h，降温至50℃～60℃，加入异氰酸酯，在80-90℃反应制得改性异氰酸酯，封装备用；
(2)A组分的制备：将蔗糖类聚醚多元醇A、芳香胺类聚醚多元醇B、低官能度聚醚多元醇C、聚酯多元醇D、去离子水、泡沫稳定剂、催化剂在常温下搅拌混合，搅拌0.5-1.5小时，取出进行检验，满足设定发泡参数，即可装桶备用；
(3)B组分的制备：称取多甲基多苯基多异氰酸酯和改性异氰酸酯搅拌均匀，封装备用；
(4)使用时，将A组分和B组分按照A:B＝1：1.3-1.5的质量比通过发泡机混合，即可制成全水一步法柔性保温管材料。
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