[发明专利]开孔硬质聚氨酯泡沫体的制备及其应用

说明书

本发明涉及一种开孔硬质聚氨酯泡沫体的制备和应用，尤其是使用一种三氯一氟甲烷的替代物作为发泡剂的一种开孔硬质聚氨酯泡沫体的制备方法，以及该泡沫体作为隔热材料的应用。    

闭孔硬质聚氨酯泡沫体是一种优良的隔热材料，它具有优良的模制性能和加工性能，广泛地应用于诸如冰箱、建筑物、低温仓库、贮罐、冷藏船和管道等的隔热材料。硬质泡沫体年复一年地改善其热导率，目前的值为0.015W/MK(基于商业化)。据说硬质聚氨酯泡沫体是目前用于周围常温中具有最小热导率的绝热材料。但是还要求日益减小其热导率。

为了制备一种闭孔硬质聚氨酯泡沫体，通常使用一种一步注射法，它包括将主要由多元酵、催化剂、定泡剂和发泡剂组成的A组分和主要由有机多异氰酸酯组成的B组分混合在一起，这样组分的反应过程同时并行发泡和固化的过程，从而生成了泡沫体。

用于制备这种闭孔硬质聚氨酯泡沫体的发泡剂中，三氯一氟甲烷或R-11是公知的。然而以R-11为例的传统的含氯氟烃(CFC′S)是化学上稳定的，因而它扩散到同温层破坏了臭氧层。其结果是太阳的紫外线辐射不被臭氧层吸收而达到地球的表面，引起全球性的环境问题。为此，自1989年起已限制了CFC′S的使用，也限制了R-11用于制备聚氨酯泡沫体。

在这些情况下，开始研究作为传统的含氯氟烃发泡剂的替代物，例如，提出了1,1-二氧-1-氟乙烷(以下称作为HCFC-141b)或者二氧甲烷作为R-11替代物的选择物。

然而，一般说来，由闭孔硬质聚氨酯泡沫体组成的隔热材料的热导率不能比在制备该发泡体中使用的发泡剂的更小，因此，如果必须使用一种R-11替代物作为发泡剂，那么几乎不可能制备一种迄今为止所达到的具有这样小的热导率的闭孔硬质聚氨酯。

这样，真空隔热材料目前再度引起注意，它是由密闭在金属一塑料层合薄膜的真空容器中的芯材组成的，如日本专利公开号64-4112所述。

已经知道两种类型的用于真空隔热材料中的芯材。一种是无机材料，例如珍珠岩；另一种是有机材料，例如开孔聚氨酯泡沫体。无机材料在加工性方面不如有机材料，另外其密度大，且价格贵。相反地，开孔硬质聚氨酯泡沫体没有上述使用无机芯材所存在的问题。然而，这要求开孔硬质聚氨酯泡沫体具有非常小的孔，以达到长期使用中所需的低的热导率，因为当使用开孔硬质聚氨酯泡沫体作为芯材时，所生成的真空隔热材料的热导率很大程度上取决于孔的大小。

作为孔的平均尺寸是取泡沫体孔的长轴和短轴的平均值，传统的开孔硬质聚氨酯泡沫体的平均孔尺寸为300-1000微米。为此，需要使泡沫体内达到大约0.001mmHg的高真空度，以便获得到高性能的真空隔热材料。然而，不必要用许多时间去制备这种具有平均孔大小为约300-1000微米以达到上述的高真空度的开孔硬质聚氨酯泡沫体。这样，就需要一种开孔硬质聚氨酯泡沫体，其平均孔尺寸不大于250微米，以减小气体对热导率的影响，足以使泡沫体内的真空度很容易达到0.1-0.01mmHg。

该开孔硬质聚氨酯泡沫体不具有封闭孔也是重要的必要条件。当发泡体具有最小量的封闭孔时，含有这种发泡体作为芯材的真空隔热材料，如果在最初具有优良绝热性的话，它会明显地减小绝热性能，这是因为被封闭在闭孔中的发泡气体逐渐地自泡孔中逃逸到真空隔热材料中，这样真空隔热材料内的压力相应地升高。

例如假定一个开孔硬质聚氨酯泡沫体体积为1800cm³，其闭孔量为2％，通过使泡沫体内真空度达0.001mmHg而被制成热导率约为5mw/mk的真空隔热材料。该生成的真空隔热材料的密闭孔内约含有36cm³的气体，这些气体通过抗扩散的闭孔泡壁而逐渐地扩散至真空的开孔中，真空绝热材料内的压力相应地提高到15mmHg，其热导率减小到约23mw/mk或更多些。

如果有的话，开孔硬质聚氨酯泡沫体的表皮层集中地含有这些闭孔，这样，从提高产品的收率观点来看，需要生成一个更大块的泡沫体，并使得泡沫体投入使用而除去表皮时，其表皮层对泡沫块体积比尽可能地小。然而，制备一个较大块的开孔硬质聚氨酯泡沫体也伴随产生一个问题。也就是说当开孔硬质聚氨酯泡沫体生成时，所生成的泡沫体的温度高达200℃，泡沫体内温度还会更高些，并且空气很容易深深地渗入生成的达到如此高温度的泡沫体内部，这通常使得生成的开孔硬质聚氨酯泡沫体容易产生碳化，这样生成的泡沫体容易焦烧。