[发明专利]一种低温高强度无氟聚氨酯泡沫保温材料

说明书

技术领域：

本发明涉及化工领域中一种聚氨酯泡沫保温材料，尤其是一种低温高强度无氟聚氨酯泡沫保温材料。

背景技术：

由于聚氨酯泡沫塑料具有重量轻、导热系数低、比强度高等特点，长期以来，一直是国内外埋地保温管道的首选保温材料。永冻土地区使用的保温管道与常规的普通保温管道相比，要求聚氨酯保温材料具有低温尺寸稳定、低温下抗压强度高、保冷保温等特点，从而确保管道在穿越永冻土层时，冻土不塌陷、管道无变形。同时，按照国际环保组织的要求，聚氨酯材料在反应中，不能使用氟利昂，以免破坏大气臭氧层，因此，更需要选择并使用新型发泡剂，取代氟利昂，在发泡成型后，确保低温条件下，使用性能不变。

发明内容：

本发明的目的是提供一种长期低温使用的无氟聚氨酯泡沫塑料，该材料由多异氰酸酯、PU-88聚氨酯发泡剂、三元催化剂和硅油稳定剂组成，并通过调整组分的不同比例，获取在低温条件下可长期稳定使用的新型无氟保温聚氨酯泡沫塑料，满足永冻土区管道低温隔热、高强需要，防止低温冷脆和保温失效。

本发明的技术方案是：该无氟聚氨酯泡沫保温材料原料包括组分A和组分B，组分A与组分B的重量比为(1.3～1.7)∶1，其中组分A由芳香族聚酯多元醇77～80％、发泡剂7～11％、催化剂7～10％及硅油7～8％组成，组分B为多亚甲基多苯基异氰酸酯，上述组分A各原料按质量百分比计。

上述的多亚甲基多苯基异氰酸酯相对密度1.22～1.25g/cm³，粘度100～400mPa·s，酸度≤0.2％，水解氯含量≤0.3；催化剂由二丁基锡二醋酸酯、二甲基环乙胺及辛酸钾按重量比1.5∶1∶1组成混合催化剂；芳香族聚酯多元醇(HF-191VIII)羟值470～700KOHmg/g，粘度500～3000Mpa.s。

聚氨酯，全称聚六亚甲基四亚甲基氨基甲酸酯，是由多异氰酸酯(化学式为NCO)与聚酯或聚醚(本发明采用聚酯)多元醇(化学式为OH)通过酯化反应人工合成的高分子材料。主要分为软质聚氨酯泡沫、硬质聚氨酯泡沫、聚氨酯弹性体、聚氨酯胶黏剂、聚氨酯涂料、聚氨酯防水材料、医用器具等。管道和建筑材料通常使用硬质聚氨酯泡沫。聚氨酯双组份液体反应成型工艺的机理可用下面两式反映：

凝胶反应  放热反应  (1)

-NCO+H₂O→NH₂+CO₂    发泡反应  吸热反应    (2)

凝胶反应与发泡反应速度，可通过催化剂来调节控制，也可通过料温、模温、环境温度进行一定的调节控制。泡孔的均匀度可通过硅油类均泡剂调节。泡孔的多少与大小通过外加发泡剂来调节，效果最好的发泡剂是氟利昂，由于近几十年来世界多数国家已经采取禁止用氟利昂的行动，工业上取而代之的是全水发泡、二氧化碳发泡、环戊烷发泡。

聚氨酯合成的基本反应，在工业上有三种制造方法，即预聚体法、半预聚体法、一步法和管中管法，管中管法发泡是将组合聚醚(主料为聚酯多元醇)、多异氰酸酯、以及助剂(催化剂、稳定剂和发泡剂)等按比例一次加入，使链增长、气体产生及交联等反应在短时间内几乎同时进行，在物料一并混合均匀后，10～90s发泡，0.5～10min内发泡完毕并得到具有较高分子量并有一定交联密度的泡沫制品，因此，要得到泡沫孔径均匀和性能优良的泡沫体，必须采用复合催化剂和控制合适的条件，使反应得到较好协调，特点是工艺较简单。

制造聚氨酯泡沫体既可以用水与异氰酸酯生成脲放出二氧化碳作发泡剂气体来源，也可以利用多元醇或其它活性氢化物和异氰酸酯反应的大量反应热使外发泡剂(低沸点惰性溶剂)汽化而作为发泡气体来源，同样也可以在链增长的同时进行发泡反应。

本发明采用以聚酯多元醇为主料，形成高芳香环耐火硬质交联网络，增加泡沫塑料闭孔率；应用PU-88聚氨酯发泡剂取代全水发泡或141b发泡剂，通过乳化、降解，改变溶解性，确保气体在闭孔中稳定，防止塌泡或泡沫老化变质；由于浓缩粉体发泡剂与表活剂和稳定剂同时作用，稳定了气相，控制了泡孔尺寸，混合了不兼容反应物，提高泡沫密度。

(1)聚酯多元醇：