一种建筑用聚氨酯保温材料及其制作工艺的制作方法

1.本发明涉及保温材料技术领域，具体涉及一种建筑用聚氨酯保温材料及其制作工艺。


背景技术：

2.保温材料是一种同时具有保温和装饰功能的新型建筑材料，由于保温材料内部含有大量封闭式的孔洞结构，因此比实心砖等建筑材料具有更低的导热系数，保温效果更加优异，逐渐成为现代建筑的主流选择。目前市面上所使用的保温材料主要包括有机类保温材料和无机类保温材料，其中无机类保温材料主要为岩棉类保温材料，这类无机保温材料往往吸湿性强，易渗水，长期处于潮湿的环境中很难保持良好的保温效果。而有机类保温材料质地轻盈，保温效果优异，且还能附带吸音等多重优势，因此逐渐成为建筑保温材料的不二选择。目前有机类保温材料常以酚醛树脂、聚苯乙烯或者聚氨酯等高分子材料为基料，经发泡后形成泡沫型保温材料，但是高分子类泡沫保温材料也存在较大缺陷，其中阻燃性差的问题最为严重，因此在实际使用过程中，大多需要对有机类保温材料进行改进，增强其阻燃性能。
3.目前对高分子泡沫保温材料进行阻燃改性往往是通过在基料中添加大量无机填料或者阻燃剂的方式，这种方式虽然能改善高分子泡沫保温材料的阻燃性能，但是彼此之间相容性差，易产生相分离，因此也会对高分子泡沫保温材料的其他性能产生不利影响，这就导致常规的物理添加型改性方式无法取得很好的改性效果，基于此，本发明通过从高分子材料聚氨酯的结构入手，制备出一种阻燃性能优异的保温材料，可直接应用于建筑外墙，实现保温效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种建筑用聚氨酯保温材料及其制作工艺，解决了聚氨酯类泡沫保温材料阻燃性能差的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种建筑用聚氨酯保温材料，包括以下重量份的原料：多元醇50-70份、二元异氰酸酯25-40份、阻燃型扩链剂1-3份、填充剂1-5份、发泡剂2-4份、有机锡催化剂2-6份；
7.所述阻燃型扩链剂的制备方法包括以下步骤：
8.步骤一：将三(二甲胺基)硅烷和2,2
’‑
[[2-(烯丙氧基)-1,3-亚苯基]二(亚甲基)]二(环氧乙烷)溶解在甲苯中，搅匀后，通氮气保护，在搅拌条件下加热体系至70-80℃，加入催化剂，加毕，恒温搅拌4-8h，将物料倒入乙醇中沉淀，取沉淀物，经洗涤和干燥，制得中间产物；
[0009]
步骤二：将中间产物、亚磷酸二甲酯溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，在搅拌条件下，加入碱性催化剂，通入氮气进行保护，升高体系温度至120-135℃，搅拌6-18h后，减压蒸馏除去溶剂，取固体物料，洗涤、真空干燥，获得阻燃型扩链剂。
[0010]
通过上述技术方案，在催化剂的作用下，三(二甲胺基)硅烷结构中的si-h键可以和2,2
’‑
[[2-(烯丙氧基)-1,3-亚苯基]二(亚甲基)]二(环氧乙烷)结构中的不饱和烯基发生硅氢加成反应，制得中间体，由于中间体结构中含有两当量环氧基团，可以在碱性催化剂和高温条件下进一步与亚磷酸二甲酯结构中的p-h键发生开环反应，获得阻燃型扩链剂，该阻燃扩链剂中不仅含有氮、磷、硅三种阻燃元素，还因开环反应使其结构中产生活性羟基。
[0011]
进一步地，所述多元醇为聚醚多元醇，数均分子量为400-500，羟值为350-500mgkoh/g。
[0012]
进一步地，所述二元异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯或者二环己基甲烷二异氰酸酯中的任意一种。
[0013]
进一步地，所述填充剂为中空玻璃微珠。
[0014]
进一步地，所述发泡剂为正戊烷或者环己烷中的任意一种。
[0015]
进一步地，所述有机锡催化剂为辛酸亚锡或者二月桂酸二丁基锡中的任意一种。
[0016]
进一步地，步骤一中，所述催化剂为氯铂酸。
[0017]
进一步地，步骤二中，所述碱性催化剂为氢氧化钾。
[0018]
一种建筑用聚氨酯保温材料的制作工艺，包括以下步骤：
[0019]
第一步：将重量份的多元醇、二元异氰酸酯和有机锡催化剂倒入反应器中，搅拌混合20-40min后，将体系温度升高至50-60℃，搅拌1-2h后，获得混合料
①
；
[0020]
第二步：将重量份的阻燃型扩链剂倒入混合料
①
中，继续搅拌1-2h，获得混合料
②
；
[0021]
第三步：将重量份的填充剂和发泡剂倒入混合料
②
中，搅拌混合均匀后，将物料倒入模具中，在50-55℃的温度条件下发泡10-20min，降至室温，熟化30-60min，再将其置于70-80℃的温度环境中固化1-3h，出料，获得聚氨酯保温材料。
[0022]
通过上述技术方案，多元醇和二元异氰酸酯在有机锡催化剂的作用下发生预聚反应，获得端部位异氰酸酯基团的混合料
①
，由于阻燃型扩链剂结构中含有活性羟基，可以与混合料
①
端部的异氰酸酯基团发生反应，形成混合料
②
，再经发泡、熟化和固化工艺，获得聚氨酯保温材料。
[0023]
本发明的有益效果：
[0024]
本发明通过从聚氨酯的结构入手，制备阻燃型扩链剂，在聚氨酯分子链中引入氮、磷、硫三元阻燃元素，其中磷元素燃烧后形成的磷酸等含氧酸具有催化成碳作用，可使聚氨酯泡沫保温材料表面形成密度较高的碳层，可将燃烧物与氧气和热量隔开，使聚氨酯泡沫保温材料的燃烧难以持续，氮元素燃烧会生成氮气等不可燃气体，散发后可将聚氨酯泡沫保温材料周围的氧气浓度快速降低，使其处于无氧环境中，进而中断燃烧，而硅元素燃烧生成的二氧化硅等会以沉积物的形式附着在碳层结构中，加强碳层的强度，提高碳层的致密度，使碳层具有更强的隔热作用，三种阻燃元素相互协同，可大大提高聚氨酯保温材料的阻燃性能。此外，阻燃型扩链剂结构中含有刚性苯环结构，可以有效提高聚氨酯泡沫保温材料的强度。
[0025]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]
图1为本发明实施例中阻燃型扩链剂的ftir图。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
以下实施例中，阻燃型扩链剂的制备方法为：
[0030]
步骤一：将1.5g三(二甲胺基)硅烷和2.3g的2,2
’‑
[[2-(烯丙氧基)-1,3-亚苯基]二(亚甲基)]二(环氧乙烷)溶解在甲苯中，搅匀后，通氮气保护，在搅拌条件下加热体系至75℃，加入0.01g氯铂酸，加毕，恒温搅拌6h，将物料倒入乙醇中沉淀，取沉淀物，经洗涤和干燥，制得中间产物；
[0031]
步骤二：将1.2g中间产物、1.4g亚磷酸二甲酯溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，在搅拌条件下，加入0.2g氢氧化钾，通入氮气进行保护，升高体系温度至130℃，搅拌12h后，减压蒸馏除去溶剂，取固体物料，洗涤、真空干燥，获得阻燃型扩链剂。
[0032]
使用avatar360型傅里叶变换红外光谱仪对该阻燃型扩链剂从4000～500cm-1
进行扫描，结果见图1，由图1可以看出，该阻燃型扩链剂在3421cm-1
处出现羟基的吸收峰，在3058cm-1
处出现苯环的不饱和碳氢键吸收峰，在1280～1350cm-1
处出现p＝o的吸收峰，在1200～1260cm-1
处出现si-c的吸收峰，在1000～1050cm-1
处出现p-o-c的吸收峰，在800～1000cm-1
处出现si-n的吸收峰。
[0033]
实施例1
[0034]
一种建筑用聚氨酯保温材料，包括以下重量份的原料：聚醚多元醇50份、二苯基甲烷二异氰酸酯25份、阻燃型扩链剂1份、中空玻璃微珠1份、正戊烷2份、辛酸亚锡2份；
[0035]
所述聚氨酯保温材料的制作工艺包括以下步骤：
[0036]
第一步：将重量份的聚醚多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯和辛酸亚锡倒入反应器中，搅拌混合20min后，将体系温度升高至50℃，搅拌1h后，获得混合料
①
，其中聚醚多元醇的数均分子量为440，羟值为380mgkoh/g；
[0037]
第二步：将重量份的阻燃型扩链剂倒入混合料
①
中，继续搅拌1h，获得混合料
②
；
[0038]
第三步：将重量份的中空玻璃微珠和正戊烷倒入混合料
②
中，搅拌混合均匀后，将物料倒入模具中，在50℃的温度条件下发泡10min，降至室温，熟化30min，再将其置于70℃的温度环境中固化1h，出料，获得聚氨酯保温材料。
[0039]
实施例2
[0040]
一种建筑用聚氨酯保温材料，包括以下重量份的原料：聚醚多元醇60份、二环己基甲烷二异氰酸酯35份、阻燃型扩链剂2份、中空玻璃微珠4份、环己烷3份、二月桂酸二丁基锡
4.5份；
[0041]
所述聚氨酯保温材料的制作工艺包括以下步骤：
[0042]
第一步：将重量份的聚醚多元醇、二环己基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡倒入反应器中，搅拌混合30min后，将体系温度升高至55℃，搅拌2h后，获得混合料
①
，其中聚醚多元醇的数均分子量为440，羟值为380mgkoh/g；
[0043]
第二步：将重量份的阻燃型扩链剂倒入混合料
①
中，继续搅拌2h，获得混合料
②
；
[0044]
第三步：将重量份的中空玻璃微珠和环己烷倒入混合料
②
中，搅拌混合均匀后，将物料倒入模具中，在55℃的温度条件下发泡15min，降至室温，熟化40min，再将其置于75℃的温度环境中固化2h，出料，获得聚氨酯保温材料。
[0045]
实施例3
[0046]
一种建筑用聚氨酯保温材料，包括以下重量份的原料：聚醚多元醇70份、二苯基甲烷二异氰酸酯40份、阻燃型扩链剂3份、中空玻璃微珠5份、正戊烷4份、辛酸亚锡6份；
[0047]
所述聚氨酯保温材料的制作工艺包括以下步骤：
[0048]
第一步：将重量份的聚醚多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯和辛酸亚锡倒入反应器中，搅拌混合40min后，将体系温度升高至60℃，搅拌2h后，获得混合料
①
，其中聚醚多元醇的数均分子量为440，羟值为380mgkoh/g；
[0049]
第二步：将重量份的阻燃型扩链剂倒入混合料
①
中，继续搅拌2h，获得混合料
②
；
[0050]
第三步：将重量份的中空玻璃微珠和正戊烷倒入混合料
②
中，搅拌混合均匀后，将物料倒入模具中，在55℃的温度条件下发泡20min，降至室温，熟化60min，再将其置于80℃的温度环境中固化3h，出料，获得聚氨酯保温材料。
[0051]
对比例1
[0052]
一种建筑用聚氨酯保温材料，包括以下重量份的原料：聚醚多元醇60份、二环己基甲烷二异氰酸酯35份、乙二醇2份、中空玻璃微珠4份、环己烷3份、二月桂酸二丁基锡4.5份；
[0053]
所述聚氨酯保温材料的制作工艺包括以下步骤：
[0054]
第一步：将重量份的聚醚多元醇、二环己基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡倒入反应器中，搅拌混合30min后，将体系温度升高至55℃，搅拌2h后，获得混合料
①
，其中聚醚多元醇的数均分子量为420，羟值为380mgkoh/g；
[0055]
第二步：将重量份的乙二醇倒入混合料
①
中，继续搅拌2h，获得混合料
②
；
[0056]
第三步：将重量份的中空玻璃微珠和环己烷倒入混合料
②
中，搅拌混合均匀后，将物料倒入模具中，在55℃的温度条件下发泡15min，降至室温，熟化40min，再将其置于75℃的温度环境中固化2h，出料，获得聚氨酯保温材料。
[0057]
性能检测
[0058]
将本发明实施例1-实施例3制备的聚氨酯保温材料切割成符合规格的测试样品，参考国家标准gb/t 2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验》，对样品进行极限氧指数测试，评价样品的阻燃性能；参考国家标准gb/t 8813-2020《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》，测试样品的压缩强度；参考国家标准gb/t 3399-1982《塑料导热系数试验方法护热平板法》，测试样品的导热系数，评价样品的保温性能，测试结果见下表：
[0059] 实施例1实施例2实施例3对比例1极限氧指数(％)32.833.433.321.1
压缩强度(kpa)151.9153.1152.6134.8导热系数(w/m
·
k)0.02450.02400.02420.0249
[0060]
由上表可知，本发明实施例1-实施例3制备的聚氨酯保温材料极限氧指数值较高，因此表现出了优异的阻燃性能，同时压缩强度高，且导热系数低，因此还具有较高的强度和保温效果。对比例1制备的聚氨酯保温材料由于使用的为常规乙二醇作为扩链剂，因此结构中不含有阻燃型扩链剂，虽然依旧能够表现出良好的保温效果，但无法利用阻燃型扩链剂中的氮、磷、硫阻燃元素进行阻燃，也无法在聚氨酯分子链中和引入额外的刚性苯环结构，因此阻燃性能和压缩强度均明显较差。
[0061]
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种建筑用聚氨酯保温材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：多元醇50-70份、二元异氰酸酯25-40份、阻燃型扩链剂1-3份、填充剂1-5份、发泡剂2-4份、有机锡催化剂2-6份；所述阻燃型扩链剂的制备方法包括以下步骤：步骤一：将三(二甲胺基)硅烷和2,2
’‑
[[2-(烯丙氧基)-1,3-亚苯基]二(亚甲基)]二(环氧乙烷)溶解在甲苯中，搅匀后，通氮气保护，在搅拌条件下加热体系至70-80℃，加入催化剂，加毕，恒温搅拌4-8h，将物料倒入乙醇中沉淀，取沉淀物，经洗涤和干燥，制得中间产物；步骤二：将中间产物、亚磷酸二甲酯溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，在搅拌条件下，加入碱性催化剂，通入氮气进行保护，升高体系温度至120-135℃，搅拌6-18h后，减压蒸馏除去溶剂，取固体物料，洗涤、真空干燥，获得阻燃型扩链剂。2.根据权利要求1所述的一种建筑用聚氨酯保温材料，其特征在于，所述多元醇为聚醚多元醇，数均分子量为400-500，羟值为350-500mgkoh/g。3.根据权利要求1所述的一种建筑用聚氨酯保温材料，其特征在于，所述二元异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯或者二环己基甲烷二异氰酸酯中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种建筑用聚氨酯保温材料，其特征在于，所述填充剂为中空玻璃微珠。5.根据权利要求1所述的一种建筑用聚氨酯保温材料，其特征在于，所述发泡剂为正戊烷或者环己烷中的任意一种。6.根据权利要求1所述的一种建筑用聚氨酯保温材料，其特征在于，所述有机锡催化剂为辛酸亚锡或者二月桂酸二丁基锡中的任意一种。7.根据权利要求1所述的一种建筑用聚氨酯保温材料，其特征在于，步骤一中，所述催化剂为氯铂酸。8.根据权利要求1所述的一种建筑用聚氨酯保温材料，其特征在于，步骤二中，所述碱性催化剂为氢氧化钾。9.一种如权利要求1所述的建筑用聚氨酯保温材料的制作工艺，其特征在于，所述制作工艺包括以下步骤：第一步：将重量份的多元醇、二元异氰酸酯和有机锡催化剂倒入反应器中，搅拌混合20-40min后，将体系温度升高至50-60℃，搅拌1-2h后，获得混合料
①
；第二步：将重量份的阻燃型扩链剂倒入混合料
①
中，继续搅拌1-2h，获得混合料
②
；第三步：将重量份的填充剂和发泡剂倒入混合料
②
中，搅拌混合均匀后，将物料倒入模具中，在50-55℃的温度条件下发泡10-20min，降至室温，熟化30-60min，再将其置于70-80℃的温度环境中固化1-3h，出料，获得聚氨酯保温材料。

技术总结
本发明涉及保温材料技术领域，公开了一种建筑用聚氨酯保温材料及其制作工艺，以多元醇、二元异氰酸酯、阻燃型扩链剂、填充剂、发泡剂和有机锡催化剂为原料，经预聚、扩链、发泡、熟化和固化过程，制得聚氨酯保温材料，其中阻燃型扩链剂结构中含有氮、磷、硫三元阻燃元素和刚性苯环结构，三种阻燃元素可产生相互协同作用，有效提高了聚氨酯保温材料的阻燃性能，刚性苯环结构，可以有效提高聚氨酯泡沫保温材料的强度。料的强度。料的强度。


技术研发人员：张家乐
受保护的技术使用者：昆明徐晴涛信息科技有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/7/22