CN117069914B - 一种硬质聚氨酯泡沫及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚氨酯泡沫技术领域，具体涉及一种硬质聚氨酯泡沫及其应用。本发明提供了一种硬质聚氨酯泡沫，包括独立分装的组分A和组分B；以质量份数计，所述组分A包括多元醇100份、有机硅表面活性剂1～5份、催化剂0.5～5.0份和水0.5～1.5份；所述多元醇包括第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和第三聚醚多元醇；所述第一聚醚多元醇的羟值为300～600mgKOH/g，官能度为4.0；所述第二聚醚多元醇的羟值为150～500mgKOH/g，官能度为3.0；所述第三聚醚多元醇的羟值为30～60mgKOH/g，官能度为3.0；所述组分B包括异氰酸酯。本发明提供的硬质聚氨酯泡沫安全环保，性能满足实际的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯泡沫技术领域，具体涉及一种硬质聚氨酯泡沫及其应用。
背景技术
中国近海领域拥有丰富的油气资源，随着中国海上开采技术的发展，需要铺设大量海底管道将油气输送至陆地。伴随着海底管道的铺设量增加，海底管道连接处围护用的开孔型硬质聚氨酯泡沫的需求量大增。
公开号为CN110818869A的中国专利公开了一种用于制备高密度开孔硬泡的组合料及聚氨酯泡沫和用途，该技术添加增塑剂，且增塑剂对泡沫的制备工艺及泡沫性能起到至关重要的作用；但其采用的增塑剂为邻苯二甲酸酯类物质和异丁酸脂类物质，其中邻苯二甲酸酯类物质会对环境造成污染；异丁酸脂类物质大部分为易燃液体，在使用过程中存在安全隐患。
公开号为CN102713400A的中国专利公开了一种管道连接的硬质泡沫包裹，该技术中泡沫的指数为165～500，是异氰脲酸酯结构改性的硬质聚氨酯泡沫，且只添加了极少量(0.08份的乙酸钾)的三聚催化剂；因此，当在环境温度低于20℃时，泡沫制备过程中的异氰酸酯基团很难三聚转化成异氰脲酸酯结构，制得的硬质泡沫不能满足性能要求。
因此，开发一种安全、环保且性能能够满足实际应用需求的硬质聚氨酯泡沫势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬质聚氨酯泡沫及其应用，本发明提供的硬质聚氨酯泡沫安全、环保且性能能够满足实际应用需求。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种硬质聚氨酯泡沫，包括独立分装的组分A和组分B；
以质量份数计，所述组分A包括多元醇100份、有机硅表面活性剂1～5份、催化剂0.5～5.0份、水0.5～1.5份；
所述多元醇包括第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和第三聚醚多元醇；
所述第一聚醚多元醇的羟值为300～600mgKOH/g，官能度为4.0；
所述第二聚醚多元醇的羟值为150～500mgKOH/g，官能度为3.0；
所述第三聚醚多元醇的羟值为30～60mgKOH/g，官能度为3.0；
所述组分B包括异氰酸酯。
优选的，所述第一聚醚多元醇的粘度为1000～15000mPa.s；所述第二聚醚多元醇的粘度为200～800mPa.s；所述第三聚醚多元醇的粘度为400～1000mPa.s。
优选的，所述第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和第三聚醚多元醇的质量比为40～60：10～20：20～40。
优选的，所述催化剂包括发泡型催化剂、凝胶型催化剂和三聚型催化剂；
所述发泡型催化剂包括五甲基二乙烯三胺、二吗啉二乙基醚和双(二甲氨基乙基)醚中的一种或几种；所述凝胶型催化剂包括N,N-二甲基环己胺和/或三乙烯二胺；所述三聚型催化剂包括1,3,5-三(二甲氨基丙基)六氢三嗪、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、季铵盐、可溶性钾盐和可溶性钠盐中的一种或多种。
优选的，所述发泡型催化剂、凝胶型催化剂和三聚型催化剂的质量比为1：2～4：1～3。
优选的，所述异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯。
优选的，所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯的粘度为150～700mPa.s；NCO含量为30～32％；官能度为2.6～3.0。
优选的，所述组分A和组分B的质量比为100：100～130。
优选的，所述硬质聚氨酯泡沫的NCO指数为110～150。
本发明还提供了上述技术方案所述的硬质聚氨酯泡沫在海洋管道中的应用。
本发明提供了一种硬质聚氨酯泡沫，包括独立分装的组分A和组分B；以质量份数计，所述组分A包括多元醇100份、有机硅表面活性剂1～5份、催化剂0.5～5.0份、水0.5～1.5份；所述多元醇包括第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和第三聚醚多元醇；所述第一聚醚多元醇的羟值为300～600mgKOH/g，官能度为4.0；所述第二聚醚多元醇的羟值为150～500mgKOH/g，官能度为3.0；所述第三聚醚多元醇的羟值为30～60mgKOH/g，官能度为3.0；所述组分B包括异氰酸酯。本发明提供的硬质聚氨酯泡沫安全环保，且性能能够满足实际的应用需求。
具体实施方式
本发明提供了一种硬质聚氨酯泡沫，包括独立分装的组分A和组分B；
以质量份数计，所述组分A包括多元醇100份、有机硅表面活性剂1～5份、催化剂0.5～5.0份、水0.5～1.5份；
所述多元醇包括第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和第三聚醚多元醇；
所述第一聚醚多元醇的羟值为300～600mgKOH/g，官能度为4.0；
所述第二聚醚多元醇的羟值为150～500mgKOH/g，官能度为3.0；
所述第三聚醚多元醇的羟值为30～60mgKOH/g，官能度为3.0；
所述组分B包括异氰酸酯。
在本发明中，若无特殊说明，所有组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
以质量份数计，本发明提供的组分A包括多元醇100份。在本发明中，所述多元醇包括第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和第三聚醚多元醇。
在本发明中，所述第一聚醚多元醇的羟值为300～600mgKOH/g，优选为350～550mgKOH/g，进一步优选为400～500mgKOH/g；官能度为4.0。在本发明中，所述第一聚醚多元醇的粘度优选为1000～15000mPa.s，进一步优选为3000～12000mPa.s，更优选为5000～10000mPa.s。在本发明中，所述第一聚醚多元醇优选为由第一起始剂和环氧烷烃经开环聚合得到；所述第一起始剂优选为含有4个活泼基团的化合物；所述第一起始剂优选包括季戊四醇、乙二胺、间甲苯二胺和邻甲苯二胺中的一种或几种；所述环氧烷烃优选包括环氧丙烷和/或环氧乙烷。本发明对所述开环聚合的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。在本发明的具体实施例中，所述第一聚醚多元醇具体为红宝丽基团股份有限公司生产的H8404聚醚多元醇；所述H8404聚醚多元醇的粘度优选为1300～2000mPa.s，羟值优选为435～465mgKOH/g。
在本发明中，所述第二聚醚多元醇的羟值为150～500mgKOH/g，优选为200～450mgKOH/g，进一步优选为300～400mgKOH/g；官能度为3.0。在本发明中，所述第二聚醚多元醇的粘度优选为200～800mPa.s，进一步优选为300～700mPa.s，更优选为400～600mPa.s。在本发明中，所述第二聚醚多元醇优选为由第二起始剂和环氧丙烷经开环聚合得到；所述第二起始剂优选为含有3个活泼基团的化合物；所述第二起始剂优选包括甘油、三羟甲基丙烷、三乙醇胺和二乙醇胺中的一种或几种。本发明对所述开环聚合的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。在本发明的具体实施例中，所述第二聚醚多元醇具体为山东蓝星东大化工有限责任公司生产的MN-500聚醚多元醇；所述MN-500聚醚多元醇的粘度优选为200～400mPa.s，羟值优选为330～350mgKOH/g。
在本发明中，所述第三聚醚多元醇的羟值为30～60mgKOH/g，优选为40～50mgKOH/g；官能度为3.0。在本发明中，所述第三聚醚多元醇的粘度优选为400～1000mPa.s，进一步优选为500～900mPa.s，更优选为600～800mPa.s。在本发明中，所述第三聚醚多元醇优选为由第三起始剂和环氧烷烃经开环聚合得到；所述第三起始剂优选为含有3个活泼基团的化合物；所述第三起始剂优选包括甘油和/或三羟甲基丙烷；所述环氧烷烃优选包括环氧丙烷和/或环氧乙烷。本发明对所述开环聚合的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。在本发明的具体实施例中，所述第三聚醚多元醇具体为山东蓝星东大化工有限责任公司生产的MN-3050D聚醚多元醇；所述MN-3050D聚醚多元醇的粘度优选为400～600mPa.s，羟值优选为54～56mgKOH/g。
在本发明中，所述第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和第三聚醚多元醇的质量比优选为40～60：10～20：20～40，进一步优选为45～55：12～18：25～38，更优选为48～50：15～16：30～35。
以质量份数计，本发明提供的组分A包括有机硅表面活性剂1～5份，进一步优选为2～4份，更优选为3份。在本发明中，所述有机硅表面活性剂优选包括上海麦豪化工科技有限公司的BL系列表面活性剂、赢创集团的B系列表面活性剂、迈图高新材料的L系列表面活性剂或江苏美思德化学股份有限公司的AK系列表面活性剂。在本发明的具体实施例中，所述有机硅表面活性剂具体为上海麦豪化工科技有限公司的BL-5358表面活性剂。
以质量份数计，本发明提供的组分A包括催化剂0.5～5.0份，进一步优选为1.0～4.0份，更优选为2.0～3.0份。在本发明中，所述催化剂优选包括发泡型催化剂、凝胶型催化剂和三聚型催化剂；所述发泡型催化剂优选包括五甲基二乙烯三胺、二吗啉二乙基醚和双(二甲氨基乙基)醚中的一种或几种；所述凝胶型催化剂优选包括N,N-二甲基环己胺和/或三乙烯二胺；所述三聚型催化剂优选包括1,3,5-三(二甲氨基丙基)六氢三嗪、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、季铵盐、可溶性钾盐和可溶性钠盐中的一种或多种。在本发明的具体实施例中，所述发泡型催化剂具体为五甲基二乙烯三胺(PC5)，所述凝胶型催化剂具体为三乙烯二胺(A33)，所述三聚型催化剂具体为异辛酸钾(K-15)。在本发明中，所述发泡型催化剂、凝胶型催化剂和三聚型催化剂的质量比优选为1：2～4：1～3，进一步优选为1：2～3：1～2。
以质量份数计，本发明提供的组分A包括水0.5～1.5份，进一步优选为0.8～1.2份，更优选为1.0～1.1份。在本发明中，所述水优选为去离子水。在本发明中，所述水作为发泡剂。
在本发明中，所述组分A的制备方法优选包括以下步骤：将所述组分A包括的各组分进行搅拌混合后，进行静置消泡，得到所述组分A。在本发明中，所述搅拌混合的转速优选为500rpm，时间优选为0.5h；所述静置消泡的时间优选为1h。
在本发明中，所述异氰酸酯优选包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯。在本发明中，所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯的粘度优选为150～700mPa.s，进一步优选为300～600mPa.s，更优选为400～500mPa.s；NCO含量优选为30～32％，进一步优选为30～31％；官能度优选为2.6～3.0。在本发明中，所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯优选包括万华集团的PM200、PM400、PM700，巴斯夫的M20S、M70L，亨斯迈的5005、5888，科思创的44V20、44V40、44V70或韩国锦湖的M200、SR500。在本发明的具体实施例中，所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯具体为PM200；所述PM200的NCO含量为31.5％，粘度为200～250mPa.s。
在本发明中，所述组分A和组分B的质量比优选为100：100～130，进一步优选为100：110～120。
在本发明中，所述硬质聚氨酯泡沫的制备方法优选包括以下步骤：
将独立分装的组分A和组分B进行混合发泡，得到所述硬质聚氨酯泡沫。所述混合发泡后，本发明还优选包括对得到的泡沫进行室温熟化，所述室温熟化的时间优选为48h。
在本发明中，所述硬质聚氨酯泡沫的NCO指数优选为110～150，进一步优选为120～140，更优选为130。在本发明中，所述硬质聚氨酯泡沫的密度优选160～220kg/m3，开孔率优选为大于70％，抗压强度优选为大于1.76MPa，吸水后的密度优选为大于1000kg/m3。
本发明还提供了上述技术方案所述的硬质聚氨酯泡沫在海洋管道中的应用。本发明对所述应用的具体实施方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种硬质聚氨酯泡沫及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～6和对比例1～3
备料：
第一聚醚多元醇：H8404，羟值为435～465mgKOH/g，粘度1300～2000mPa.s，购于红宝丽集团股份有限公司；
第二聚醚多元醇：MN-500，羟值为330～350mgKOH/g，粘度为200～400mPa.s，购于山东蓝星东大化工有限责任公司；
第三聚醚多元醇：MN-3050D，羟值为54～56mgKOH/g，粘度为400～600mPa.s，购于山东蓝星东大化工有限责任公司；
有机硅表面活性剂：BL-5358，购于上海麦豪化工科技有限公司；
催化剂五甲基二乙烯三胺(PC5)、三乙烯二胺(A33)和异辛酸钾(K-15)购于赢创特种化学(上海)有限公司；
多苯基多亚甲基多异氰酸酯：PM200，NCO含量为31.5％，粘度为200～250mPa.s，购于万华化学；
实施例1～6和对比例1～3的配方如表1所示；
表1实施例1～6和对比例1～3的配方(单位/份)
将组分A包括的组分在500rpm的转速下进行搅拌混合0.5h，静置消泡1.0h，得到组分A。
性能测试
将实施例1～6和对比例1～3中的组分A和组分B进行混合发泡，将得到的泡沫熟化48h，进行性能测试；其中性能测试采用的测试标准为：表观密度采用GB/T6343-2009，闭孔率采用GB/T10799-2008，抗压强度采用GB/T8813-2020；
得到的测试结果如表2所示；
表2实施例1～6和对比例1～3得到的硬质聚氨酯泡沫性能测试结果
从表1可以看出，本发明提供的硬质聚氨酯泡沫的开孔率大于70％，抗压强度大于1.76MPa，由此可知，本发明提供的硬质聚氨酯泡沫，能够在保证安全、环保的基础上满足实际的应用需求。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (1)
1.一种硬质聚氨酯泡沫，其特征在于，由独立分装的组分A和组分B组成；
以质量份数计，所述组分A为多元醇100份、有机硅表面活性剂2份、催化剂2份和水0.7份；
所述多元醇为第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和第三聚醚多元醇；
所述第一聚醚多元醇的羟值为435~465mgKOH/g，官能度为4.0，粘度为1300~2000mPa·s；所述第二聚醚多元醇的羟值为330~350mgKOH/g，官能度为3.0，粘度为200~400mPa·s；所述第三聚醚多元醇的羟值为54~56mgKOH/g，官能度为3.0，粘度为400~600mPa·s；所述第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和第三聚醚多元醇的质量比为40：20：40；
所述催化剂为五甲基二乙烯三胺、三乙烯二胺和异辛酸钾，所述五甲基二乙烯三胺、三乙烯二胺和异辛酸钾的质量比为0.3：1.0：0.7；
所述有机硅表面活性剂为BL-5358表面活性剂；
所述组分B为异氰酸酯；所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯；所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯的粘度为200~250mPa.s；NCO含量为31.5％；
所述组分A和组分B的质量比为1：1.0。
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