一种经济环保型聚氨酯保温泡沫及其制备方法与流程

[0001]
本申请涉及聚氨酯技术领域。具体来说，本申请涉及一种电热水器用组合聚醚多元醇以及经济环保型聚氨酯保温泡沫及其制备方法。


背景技术：

[0002]
2019年下半年开始，整个电热水器行业展开了如火如荼的变革，将电热水器用聚氨酯硬质泡沫变更为阻燃型材料，从而提高家用电热水器的使用安全性能。
[0003]
众所周知，聚氨酯硬质泡沫因其优异的保温性能被广泛应用于多个领域。传统的聚氨酯硬泡材料是非阻燃的，其氧指数在19％左右，遇到明火之后很容易燃烧，燃烧过程中释放的有毒气体严重危害人体健康。因此，适当增加泡沫的阻燃性能有助于提升电热水器的使用安全性能，但随着阻燃性能的提升，泡沫的保温性能会有所受损。业内常用的办法是使用k值较低的发泡剂来弥补此不足，如使用hfc-245fa、hfc-365mfc、lba等作为发泡剂。但此类发泡剂均十分昂贵，不利于产品的开发与应用。而戊烷类发泡剂价格低、来源广，且属于环保型发泡剂，大量使用该发泡剂有良好的应用前景。
[0004]
本发明意在使用戊烷类产品为发泡剂，提供一种成本低廉，且阻燃和保温性能俱佳的聚氨酯保温泡沫。


技术实现要素：

[0005]
本申请之目的在于提供一种使用戊烷类发泡剂制备且具有阻燃性能的经济环保型聚氨酯保温泡沫，从而解决上述现有技术中的技术问题。
[0006]
本申请之目的还在于提供一种如上所述的经济环保型聚氨酯保温泡沫的制备方法。
[0007]
为了解决上述技术问题，本申请提供下述技术方案。
[0008]
在第一方面中，本申请提供一种经济环保型聚氨酯保温泡沫，其特征在于，其由组合聚醚多元醇和异氰酸酯制成，其中以重量份数为基准计，所述组合聚醚多元醇包括以下组分：
[0009][0010]
其中，所述聚醚多元醇包括donol4037、donol6207、donol6049、donol8238和
fr901b中的一种或多种；
[0011]
所述聚酯多元醇包括ak7004、ps3020、peb503l和peb175中的一种或多种；
[0012]
所述发泡剂为戊烷类发泡剂；
[0013]
其中，所述组合聚醚多元醇和异氰酸酯的质量比为1:(1.15-1.25)。
[0014]
在第一方面的一种实施方式中，所述组合聚醚多元醇和异氰酸酯的质量比为1:1.2。
[0015]
在第一方面的一种实施方式中，以重量份数为基准计，所述组合聚醚多元醇包括以下组分：
[0016][0017]
在第一方面的一种实施方式中，所述催化剂包括polyacat 5、polyacat 8、dabco bx405、k15和polycat 41中的一种或多种。
[0018]
在第一方面的一种实施方式中，所述泡沫稳定剂包括b8545和/或l6863。
[0019]
在第一方面的一种实施方式中，所述的阻燃剂磷酸三(2-氯丙基)酯和/或磷酸三乙酯。
[0020]
在第一方面的一种实施方式中，所述发泡剂为正戊烷、环戊烷和异戊烷中的一种或多种，优选地为环戊烷。
[0021]
在第一方面的一种实施方式中，所述异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯。
[0022]
在第二方面中，本申请提供一种如第一方面所述的经济环保型聚氨酯保温泡沫的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将所述组合聚醚多元醇和所述异氰酸酯在高压发泡机中混合，发泡后得到所述聚氨酯保温泡沫。
[0023]
在第二方面的一种实施方式中，发泡温度为室温，发泡时所述组合聚醚多元醇和所述异氰酸酯的注料流量是300g/s。
[0024]
与现有技术相比，本发明的积极效果在于：
[0025]
1.使用戊烷类产品为发泡剂，优选环戊烷，成本低廉；
[0026]
2.环戊烷属于易燃产品，通过使用阻燃剂来降低其燃烧性能，从而提升泡沫制品的阻燃性能，其氧指数可达26.7％，达到国标b2级；
[0027]
3.阻燃剂的大量使用会影响泡沫的保温性能，使用阻燃聚醚多元醇或者阻燃聚酯多元醇代替部分阻燃剂，可获得保温性能优的泡沫，其导热系数可低至19.12mw/m.k，电热水器24小时二级能耗值可达0.645，优于gb/t 21519-2008要求的值0.7；
[0028]
4.使用高官能度聚醚多元醇，确保泡沫尺寸稳定性优异，-30℃/24h，体积变化率小于-0.5％。
具体实施方式
[0029]
除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，否则本申请中所有的份数和百分比都基于重量，且所用的测试和表征方法都是与本申请的提交日期同步的。在适用的情况下，本申请中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计、聚合物、共聚单体、引发剂或催化剂等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。
[0030]
本申请中的数字范围是近似值，因此除非另有说明，否则其可包括范围以外的数值。数值范围包括以1个单位增加的从下限值到上限值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果记载组分、物理或其它性质(如分子量，熔体指数等)是100至1000，意味着明确列举了所有的单个数值，例如100，101,102等，以及所有的子范围，例如100到166,155到170,198到200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1，1.5等)的范围，则适当地将1个单位看作0.0001，0.001，0.01或者0.1。对于包含小于10(例如1到5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是想要表达的内容的具体示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合都被认为清楚记载在本申请中。还应指出，本文中的术语“第一”、“第二”等不限定先后顺序，只是为了区分不同结构的物质。
[0031]
关于化学化合物使用时，除非明确地说明，否则单数包括所有的异构形式，反之亦然(例如，“己烷”单独地或共同地包括己烷的全部异构体)。另外，除非明确地说明，否则用“一个”，“一种”或“该”形容的名词也包括其复数形式。
[0032]
术语“包含”，“包括”，“具有”以及它们的派生词不排除任何其它的组分、步骤或过程的存在，且与这些其它的组分、步骤或过程是否在本申请中披露无关。为消除任何疑问，除非明确说明，否则本申请中所有使用术语“包含”，“包括”，或“具有”的组合物可以包含任何附加的添加剂、辅料或化合物。相反，除了对操作性能所必要的那些，术语“基本上由
……
组成”将任何其他组分、步骤或过程排除在任何该术语下文叙述的范围之外。术语“由
……
组成”不包括未具体描述或列出的任何组分、步骤或过程。除非明确说明，否则术语“或”指列出的单独成员或其任何组合。
[0033]
在第一方面中，本申请提供本申请提供一种经济环保型聚氨酯保温泡沫，其特征在于，其由组合聚醚多元醇和异氰酸酯制成，其中以重量份数为基准计，所述组合聚醚多元醇包括以下组分：
[0034][0035]
[0036]
其中，所述聚醚多元醇包括donol4037、donol6207、donol6049、donol8238和fr901b中的一种或多种；
[0037]
所述聚酯多元醇包括ak7004、ps3020、peb503l和peb175中的一种或多种；
[0038]
所述发泡剂为戊烷类发泡剂；
[0039]
其中，所述组合聚醚多元醇和异氰酸酯的质量比为1:(1.15-1.25)。
[0040]
在本文中，水作为化学发泡剂。
[0041]
在一种具体实施方式中，所述组合聚醚多元醇和异氰酸酯的质量比为1:1.15、1:1.2或者1:1.25。
[0042]
在另一种实施方式中，以重量份数为基准计，所述组合聚醚多元醇包括以下组分：
[0043][0044]
在一种具体实施方式中，以重量份数为基准计，所述组合聚醚多元醇可包括20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份或者它们中任意两个数值范围的子范围的聚醚多元醇；20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份或者它们中任意两个数值范围的子范围的聚酯多元醇；3.0份、3.1份、3.2份、3.3份、3.4份、3.5份、3.6份、3.7份、3.8份、3.9份、4.0份或者它们中任意两个数值范围的子范围的催化剂；2.0份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份、2.5份、2.6份、2.7份、2.8份、2.9份、3.0份或者它们中任意两个数值范围的子范围的泡沫稳定剂；12份、12.5份、13份、13.5份、14份、14.5份、15份或者它们中任意两个数值范围的子范围的发泡剂；1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份或者它们中任意两个数值范围的子范围的水；以及10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份或者它们中任意两个数值范围的子范围的阻燃剂。
[0045]
在一种实施方式中，所述催化剂包括polyacat 5、polyacat 8、dabco bx405、k15和polycat 41中的一种或多种。
[0046]
在一种实施方式中，所述泡沫稳定剂包括b8545和/或l6863。
[0047]
在一种实施方式中，所述的阻燃剂磷酸三(2-氯丙基)酯和/或磷酸三乙酯。
[0048]
在一种实施方式中，所述发泡剂为正戊烷、环戊烷和异戊烷中的一种或多种，优选地为环戊烷。
[0049]
在一种实施方式中，所述异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯。
[0050]
聚醚多元醇
[0051]
聚醚多元醇是主链含有醚键(—r—o—r—)，端基或侧基含有大于2个羟基(—oh)的低聚物。聚醚多元醇是以低分子量多元醇、多元胺或含活泼氢的化合物为起始剂，与氧化
烯烃在催化剂作用下开环聚合而成。氧化烯烃主要是氧化丙烯(环氧丙烷)和氧化乙烯(环氧乙烷)，其中以环氧丙烷最为重要。多元醇起始剂有丙二醇、乙二醇等二元醇，甘油三羟甲基丙烷等三元醇及季戊、四醇、木糖醇、山梨醇、蔗糖等多元醇；胺类起始剂为二乙胺、二乙烯三胺等。
[0052]
在本文中，为了提高聚氨酯保温泡沫的阻燃性，可使用阻燃聚醚多元醇来至少部分地替代阻燃剂。在一种具体实施方式中，所述聚醚多元醇包括donol4037、donol6207、donol6049、donol8238和fr901b中的一种或多种。
[0053]
聚酯多元醇
[0054]
聚酯多元醇通常指由二元羧酸与二元醇等通过缩聚反应得到的聚酯多元醇。根据聚酯多元醇是否包括芳香结构，可将聚酯多元醇分为脂肪族聚酯多元醇和芳香族聚酯多元醇。
[0055]
在本文中，为了提高聚氨酯保温泡沫的阻燃性，可使用阻燃聚醚多元醇来至少部分地替代阻燃剂。所述聚酯多元醇包括ak7004、ps3020、peb503l和peb175中的一种或多种。
[0056]
在第二方面中，本申请提供一种如上所述的经济环保型聚氨酯保温泡沫的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将所述组合聚醚多元醇和所述异氰酸酯在高压发泡机中混合，发泡后得到所述聚氨酯保温泡沫。
[0057]
在第二方面的一种实施方式中，发泡温度为室温，发泡时所述组合聚醚多元醇和所述异氰酸酯的注料流量是30g/s。
[0058]
在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
[0059]
本发明所用试剂和原料均市售可得。
[0060]
本发明中的百分比为各成分占原料总量的质量百分比。
[0061]
实施例
[0062]
下面将结合本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。如无特别说明，所用的试剂和原材料都可通过商业途径购买。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
[0063]
以下实施例中所用到的原料来源如下：
[0064]
donol4037上海东大化学有限公司，性能参数如下：水份≤0.15％，酸值≤0.25mgkoh/g，羟值为360-400mgkoh/g，粘度6500-11500mpa.s/25℃。
[0065]
donol6207上海东大化学有限公司，性能参数如下：水份≤0.1％，酸值≤0.1mgkoh/g，羟值为440-470mgkoh/g，粘度13000-17000mpa.s/25℃。
[0066]
donol6049上海东大化学有限公司，性能参数如下：水份≤0.1％，酸值≤0.1mgkoh/g，羟值为475-515mgkoh/g，粘度35000-45000mpa.s/25℃。
[0067]
donol8238上海东大化学有限公司，性能参数如下：水份≤0.15％，酸值≤0.15mgkoh/g，羟值为365-395mgkoh/g，粘度6000-10000mpa.s/25℃。
[0068]
donfr901b上海东大化学有限公司，性能参数如下：水份≤0.15％，酸值≤0.15mgkoh/g，羟值为150-200mgkoh/g，粘度17000-25000mpa.s/25℃。
[0069]
聚酯多元醇ak7004由韩国爱敬化学生产，羟值260～270mgkoh/g，粘度在25℃时不大于7500～11500mpa.s，水分含量不大于0.1％，酸值不大于2.0mgkoh/g。
[0070]
ps3020南京斯泰潘化学有限公司，性能参数如下：水份≤0.15％，羟值为300-330mgkoh/g，粘度1500-5000mpa.s/25℃。
[0071]
pe-b503l一诺威聚氨酯股份有限公司，性能参数如下：水份≤0.05％，羟值为300-350mgkoh/g，粘度2000-3500mpa.s/25℃。
[0072]
pe-b175购自，性一诺威聚氨酯股份有限公司，性能参数如下：水份≤0.05％，羟值为170-180mgkoh/g，粘度9000-13000mpa.s/25℃。
[0073]
三(2-氯丙基)磷酸酯(tcpp)、三(2-氯乙基)磷酸酯(tep)由江苏雅克科技股份有限公司生产。
[0074]
催化剂polyacat 5、polyacat 8、dabco bx405、k15和polycat 41均由气体化工产品(中国)投资有限公司(空气化工产品(中国)投资有限公司)生产。
[0075]
泡沫稳定剂b8545购自赢创特种化学(上海)有限公司，性能参数分别如下：水份≤0.2％，折光(20℃)为1.4400
--
1.4480，粘度700-1000mpa.s/25℃。
[0076]
泡沫稳定剂l6863购自迈图高新材料集团，性能参数分别如下：水份≤0.15％，折光(20℃)为1.4400
--
1.4480，粘度900-1900mpa.s/25℃。
[0077]
发泡剂环戊烷、正戊烷、异戊烷均由美龙环戊烷化工公司生产。
[0078]
多苯基多亚甲基多异氰酸酯(简称papi)由德国拜耳公司生产。
[0079]
实施例1-5
[0080]
实施例1-5的组合聚醚多元醇的原料种类和用量如下文表1所示。
[0081]
表1实施例1-5的组合聚醚多元醇的组分和含量。
[0082][0083][0084]
制备组合聚醚多元醇的步骤包括：按比例称取聚醚多元醇、聚酯多元醇、催化剂、硅油、水、阻燃剂、发泡剂于反应釜中，搅拌均匀后即得组合聚醚多元醇。
[0085]
效果实施例
[0086]
将根据上述方法制备的实施例1到实施例5的组合聚醚多元醇分别与papi使用高压发泡机以300g/s的流量进行注料，组合聚醚多元醇与papi的质量比为1:1.2，室温下发泡成型后即得聚氨酯保温泡沫。
[0087]
对实施例1～4制得的产品进行效果测试，结果如下表2所示。
[0088]
氧指数测试标准为：gb/t 2406.2-2009
[0089]
尺寸稳定性测试标准为：gb/t 8811-2008
[0090]
导热系数测试标准为：gb/t 3399-1982
[0091]
24小时能耗值测试标准为：gb/t 21519-2008
[0092]
表2实施例1-5中的聚氨酯泡沫性能测试结果
[0093][0094]
从上述测试数据可知，本文所述的聚氨酯保温泡沫氧指数均大于等于26％，而导热系数可低至19.82mw/m.k，表明同时具有良好的阻燃性和保温性能。此外，本文所述的聚氨酯保温泡沫的24小时能耗值优于国标要求的值0.7。
[0095]
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

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