[发明专利]一种高强度聚氨酯硬质泡沫及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料泡沫塑料技术领域，具体涉及一种高强度聚氨酯硬质泡沫塑料。

技术背景

聚氨酯硬质泡沫作为一种保温材料，其具有较好的隔热性能、阻燃性能、较高的力学性能等，已广泛应用到冰箱、太阳能、热水器、建筑、管道、集装箱等领域。近年来，受到国家环保政策、原料成本、生产效率、质量要求等方面的影响，客户厂家对聚氨酯硬质泡沫的性能要求越来越高。

聚氨酯泡沫在一定芯密度的情况下，需保持较高的抗压强度，高强度保证了冰箱在制冷时不会出现局部“收缩”现象且有力地支撑箱体结构。为降低灌注量，节省原料成本，“低密度”在国内冰箱客户现场比较普遍，这就需要在降低泡沫灌注量(泡沫模塑密度降低)的情况下，泡沫的强度性能尽量保持不变。在泡沫芯密度一定的情况下，如何尽可能提高泡沫的压缩强度成为聚氨酯硬泡行业内的技术挑战。

中国公开专利CN103755908A公开了通过使用填料空心玻璃珠改性聚氨酯硬质泡沫来提高抗压强度，但此方法会引起组合料黏度过高，不利于泡沫的流动性。中国公开专利CN1900132公开了使用纳米级无机材料来提高泡沫的强度，此举同样会引起泡沫的流动性变差。可以看出通过添加无机填料的方式(即物理共混方法)，对泡沫的强度改善明显，但会对泡沫的流动性能造成影响。

现有聚氨酯硬质泡沫配方中多使用聚酯多元醇，中国公开专利CN10338468A公开了一种基于芳族二元酸的聚酯多元醇以及由其制备的硬质聚氨酯泡沫。中国公开专利CN102718957A公开了一种用于制备聚氨酯泡沫的芳烃聚酯多元醇及其制备方法。聚酯多元醇的使用会使得硬质泡沫的泡孔变得细腻，导热系数数值降低；普通聚酯多元醇中苯环含量相对不高，对泡沫的抗压强度改善不大；同时普通聚酯多元醇的粘度较低，使得泡沫的脱模性能变差、泡沫后期熟化变慢，这需要增加三聚催化剂的用量，但会使得泡沫的流动性变差。作为运用于家电体系的保温材料，客户对泡沫的阻燃性能要求越来越高，配方中聚酯多元醇、反应型阻燃聚醚、阻燃性添加剂的使用量增加，其使用使得泡沫的熟化、脱模、强度、流动性等性能变差。

因此，需找具有特殊结构的反应型物质用于组合聚醚多元醇，用于提升聚氨酯泡沫的整体性能。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种适合于现有家电“低密度”体系的高强度聚氨酯硬质泡沫。通过引进具有刚性结构的苯酰亚胺类聚氨酯改性剂和高粘度芳香胺类聚醚多元醇为主要原料，与高粘度多异氰酸酯反应制得高强度聚氨酯硬质泡沫，使得聚氨酯泡沫的强度大幅提升，同时泡沫具有较好的粘结力、低温尺寸稳定性好、泡孔细腻、较好的隔热与一定的阻燃性能。

本发明的另一目的在于提供一种高强度聚氨酯硬质泡沫的制备方法。

为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高强度聚氨酯硬质泡沫塑料，由组合多元醇组分与多异氰酸酯组分在高压机混合下进行发泡制得，其特征在于，以组合聚醚多元醇组份总重量份数为100计，组合聚醚多元醇中各组分重量份数分别为：

本发明中，所述多异氰酸酯组分与组合多元醇组分的质量比为140:100～110:100，优选为130:100～120:100。

本发明中，所述的苯酰亚胺类改性剂是具有刚性结构的苯酰亚胺聚酯多元醇，其羟值为250～350mg KOH/g，结构式为：

其中n为聚合度，1≤n≤3。

本发明中，所述苯酰亚胺类改性剂是由偏苯三酐与对氨基苯乙酸在催化剂作用下经氨化反应与脱水环化，形成含氮五元杂环二元羧酸，所述含氮五元杂环二元羧酸结构式为：该二元羧酸再与过量的环氧氯丙烷进行开环聚合得到的。反应过程如下所示：

其中，所述偏苯三酐与对氨基苯乙酸的摩尔比为1:1，氨化、脱水反应的催化剂为无水醋酸钠，60～80℃下反应2-4h，催化剂用量为基于偏苯三酐和对氨基苯乙酸总用量的0.8wt％～2.5wt％；反应所用溶剂为丙酮、醋酸乙酯或DMF；环氧氯丙烷与含氮五元杂环二元羧酸开环聚合反应中，两者的摩尔比为1.2～2.5:1，以三苯基膦为开环聚合的催化剂，用量为基于环氧氯丙烷与含氮五元杂环二元酸总量的0.5wt％～1wt％，聚合反应温度为70～90℃，反应时间为8～10h。

本发明中，所述苯酰亚胺类改性剂结构中存在稳定的含氮五元杂环结构，在高分子链中可以增加大分子链的内旋阻力，从而提高聚氨酯硬质泡沫的的刚性及耐热性，泡孔结构的强度得到改善。