[發(fā)明專(zhuān)利]聚氨酯絕熱保溫發(fā)泡材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910309114.3
• 申請(qǐng)日: 2009-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101787109A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張飛;張子男;張洪斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08G18/76
• 分類(lèi)號(hào): C08G18/76;C08G18/48;C08G18/42;C08G18/24;C08K9/04;C08K3/04;C08K5/521;C09C1/44;C09C3/08;C09C3/10;C08G101/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專(zhuān)利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的材質(zhì)和方法，具體是一種利用碳納米管增 強(qiáng)的低密度剛性聚氨酯絕熱保溫發(fā)泡材料及其制備方法。

背景技術(shù)

剛性聚氨酯發(fā)泡材料重量輕、比強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好，同時(shí)又具有很低的導(dǎo)熱系數(shù)， 是一種優(yōu)良的絕熱保溫材料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、建筑、裝飾、工業(yè)設(shè)備、管道保溫 和民用家具等諸多領(lǐng)域。剛性聚氨酯發(fā)泡材料的力學(xué)性能一般隨密度的增大而提高，但在需 要輕質(zhì)、一定支撐強(qiáng)度的絕熱保溫應(yīng)用領(lǐng)域，普通剛性聚氨酯發(fā)泡材料不能滿足使用要求。 為解決這一問(wèn)題，就要在不顯著增加聚氨酯發(fā)泡材料密度和導(dǎo)熱系數(shù)的情況下，對(duì)材料進(jìn)行 增強(qiáng)處理。

已有的增強(qiáng)方式主要有采用二氧化硅、碳酸鈣、中空玻璃微珠，以及玻璃纖維等無(wú)機(jī)填 料進(jìn)行增強(qiáng)。Elaine?Barbe等（Elaine?Barbe，John?Nelson?and?Warren?Back，J.CELL.PLAST.， 1977，13：383-387）開(kāi)展了對(duì)玻璃微珠增強(qiáng)剛性聚氨酯發(fā)泡材料的研究，但所制備的低密度 的樣品壓縮強(qiáng)度不高。秦桑路等（秦桑路，趙斌，楊振國(guó)等，工程塑料應(yīng)用，2003，31(4)： 1-3）分別采用納米級(jí)和微米級(jí)的二氧化硅來(lái)增強(qiáng)聚氨酯發(fā)泡材料。納米級(jí)二氧化硅作為填充 物發(fā)泡時(shí)，體系粘度較大，會(huì)明顯影響發(fā)泡；而采用微米級(jí)二氧化硅時(shí)，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于15% 時(shí)雖起到了一定的增強(qiáng)作用，但材料密度會(huì)高達(dá)450kg/m³，且若質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)了15%，材料 壓縮強(qiáng)度反而降低。蘆艾等（盧艾，黃銳，王建華等，中國(guó)塑料，15（8）：28-30）采用納米 碳酸鈣來(lái)增強(qiáng)聚氨酯發(fā)泡材料。其結(jié)果顯示在碳酸鈣含量較低時(shí)，壓縮強(qiáng)度和模量都有所提 高，但將碳酸鈣加入到異氰酸酯中會(huì)引起體系粘度的迅速增加，同樣導(dǎo)致發(fā)泡困難，進(jìn)而會(huì) 影響復(fù)合材料的其他性能。Shuler?S.F.等（Shuler?SF，Binding?D?M，Piperb.Polym.Compos.， 1994，15（6）：427-435）開(kāi)展了長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯發(fā)泡材料的研究。他們發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)玻纖在 體系中容易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)、彎曲，甚至引起泡的穿孔，從而削弱了增強(qiáng)效果。雖然經(jīng)處理的玻纖 或玻纖編織物的加入，可明顯地提高發(fā)泡材料的力學(xué)強(qiáng)度，但隨著纖維量的增加，發(fā)泡體系 的密度也顯著增加。而且使用這種增強(qiáng)方式，工藝較復(fù)雜，很難獲得重復(fù)性好的制品。中國(guó) 專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN1763119A采用工程塑料粉末對(duì)剛性聚氨酯泡沫塑料進(jìn)行了增強(qiáng)，但是此專(zhuān)利 主要涉及高密度發(fā)泡材料的制備。

此外，聚氨酯發(fā)泡材料易燃。對(duì)于聚氨酯發(fā)泡材料阻燃性能的改善，已有的方法主要有： 直接添加阻燃劑，或通過(guò)引入反應(yīng)性阻燃劑提高材料的阻燃性，或?qū)郯滨ミM(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)來(lái) 達(dá)到理想的阻燃效果。上述增強(qiáng)填料的密度普遍較大，對(duì)較低密度剛性聚氨酯發(fā)泡材料的增 強(qiáng)效果是不明顯的，并且較低的填料用量不會(huì)起到增強(qiáng)效果，而較高的填料用量不僅會(huì)引起 發(fā)泡體系粘度的提高，對(duì)泡孔的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，還可能破壞泡孔結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致材料絕熱性能的 下降，同時(shí)也大大增加了發(fā)泡材料的密度。

碳納米管（CNT）具有極高的強(qiáng)度和韌性。由于碳納米管是中空的籠狀結(jié)構(gòu)，能通過(guò)體 積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)其彈性，故能承受40%的張力應(yīng)變，而不會(huì)呈現(xiàn)脆性行為、塑性變形或鍵斷裂。 專(zhuān)利CN200810041822.9將經(jīng)過(guò)強(qiáng)堿機(jī)械球磨處理過(guò)的碳納米管均勻分散在溶劑中，然后將聚 氨酯溶解在含有碳納米管的溶劑中，攪拌混合均勻；最后將混合溶液中的溶劑除去，制成聚 氨酯/碳納米管復(fù)合材料，可用作抗靜電材料。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN101440208采用功能化的碳納米管改性 聚氨酯彈性體，用于導(dǎo)電等領(lǐng)域；中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN1970598用極性溶劑先將碳納米管分散 然后，再將其加入到多元醇混合物中發(fā)泡，得到納米管填充的硬質(zhì)聚氨酯導(dǎo)電泡沫塑料，其 密度為200～600Kg/m³，體積電阻率為100Ω·cm；中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN1884373采用表面氧化 處理的碳納米管制備了導(dǎo)電泡沫材料，其體積電阻率可達(dá)10Ω·cm。上述現(xiàn)有技術(shù)主要是將碳 納米管作為導(dǎo)電填料制備聚氨酯導(dǎo)電材料。