[發明專利]一種硬質聚氨酯泡沫及其制備方法

有效

• 申請號: 201510069676.0
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104610528B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 羅玉梅;葉仲斌;劉麗;李雯;陳康云
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C08G18/76
• 分類號: C08G18/76;C08G18/64;C08G18/10;C08G18/75;C08G18/32;C08J9/08;C08G101/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 裴娜

技術領域

本發明涉及聚氨酯泡沫制備領域，特別是涉及一種超支化聚氨酯多元醇作為組分之一的制備硬質聚氨酯泡沫的方法。

背景技術

聚氨酯泡沫通常有三種制備方法，即預聚體法、半預聚體法和一步法。預聚體法由異氰酸酯和多元醇(聚醚或聚酯多元醇)反應生成預聚體，然后在預聚體中加入水及(預聚體)催化劑、表面活性劑等，使水和異氰酸酯基進行反應，在發泡的同時進行鏈增長(有時有部分交聯反應)，形成高分子化合物。該法涉及反應簡單，但工藝復雜。半預聚體法是將一部分聚醚或聚酯多元醇和配方中全部異氰酸酯進行反應，形成末端帶有異氰酸酯的低聚物和大量未反應游離異氰酸酯的預聚體混合物，該混合物再和剩余部分的聚醚或聚酯多元醇、水、催化劑和表面活性劑混合進行發泡。其持點是可以調節發泡體系中的物料粘度。一步法發泡即是將聚醚或聚酯多元醇、多異氰酸酯、水以及其它助劑如催化劑、泡沫穩定劑等一次加入，使鏈增長、氣體發生及交聯等反應在短時間內幾乎同時進行，在物料混合均勻后幾分鐘內發泡完畢并得到具有較高分子量并有一定交聯密度的泡沫制品。要得到泡沫孔徑均勻和性能優良的泡沫體，必須控制合適的條件，使這三種反應得到較好的協調。該法的特點是工藝較簡單。

制備聚氨酯泡沫體既可以用水與異氰酸酯反應生成脲放出二氧化碳作發泡氣體來源，即CO₂氣體起發泡劑作用，也可以利用多元醇或其它活性氫化合物和異氰酸能反應的大量反應熱使物理發泡劑汽化而作為發泡氣體來源，物理發泡劑不參與聚氨酯化學反應，也不像其它塑料用發泡劑那樣在加熱到一定溫度時發生化學分解反應、產生氣體而發泡。主要有氯氟烴類(CFC)、氫氯氟烴類(HCFC)、氫氟烴類(HFC)、烷烴類等。但上述物理發泡劑均具有一定的缺陷，諸如環境問題、易燃性、溶解性等。這兩種發泡方法可根據制品性能和不同發泡工藝要求而定，也有采用兩種方法并用的。前者由于分子鏈中生成脲基，可以提高泡沫體的強度和剛度。發泡中產生的氣體越多、泡沫制品的密度越小，因而可以通過調節異氰酸酯和水的用量或物理發泡劑的用量來控制泡沫制品的不同密度。

根據工業的不同需要，可以使用不同羥基官能團數的聚醚或聚酯多元醇和多異氰酸酯反應，生成不同交聯密度的網狀高分子材料，從而獲得不同軟硬的泡沫塑料。一般來說.交聯密度越大，泡沫塑料越硬。例如采用三官能團聚醚即可和多異氰酸酯形成一定交聯度的網狀結構。

聚氨酯泡沫塑料所用的多元醇品種很多，主要有聚醚及聚酯兩大類，除了通用聚氧化烯烴類聚醚多元醇及己二酸聚酯多元醇以外，還發展了內酯型聚酯、接枝聚合物多元醇、高活性聚醚、親水性聚醚以及各種含鹵素含磷阻燃型多元醇等特種性能多元醇。這些多元醇的分子量及羥基官能團數也各有不同根據制造泡沫塑料性能的需要加以選用，也可以根據要求加以合成。一般說來，凡硬質泡沫塑料所采用的多元醇大都是官能團多、羥值高、分子量較低的聚醚(或聚酯)多元醇。它和多異氰酸酯反應后，其分子中網狀結構多(即交聯點多且稠密)，所得泡沫塑料硬度大、壓縮強度較高、尺寸穩定性及耐溫性也較好。反之，軟質泡沫塑料如需要制品具備較好的柔軟件和彈性，則常采用官能團較少、羥值較低、分子量較高的多元醇。如相對分子質量為2000的二官能團、相對分子質量為3000的三官能團聚醚或聚酯多元醇等，這樣所形成的聚氨酯分子中交聯點之間的平均相對分子質量在1000左右。而硬質泡沫塑料需要多元醇的羥基官能度在3～8，平均相對分于質量大約在400～800之間.其羥值當量約在100左右(羥值當量＝相對分子質量/羥基官能度)，這樣形成的聚氨酯分子中的交聯點之間的平均相對分子質量在100～150之間。通常采用交聯多元醇來增加交聯密度，形成具有適當強度和硬度的硬質聚氨酯泡沫。

然而，交聯多元醇通常具有較高的粘度，會顯著提高多元醇組分的粘度，使其本身難以與低粘度異氰酸酯混合均勻，生成不均一的硬質泡沫。已有采用低粘度液態揮發性有機化合物來降低粘度，但是這會導致揮發性有機化合物在制備泡沫過程中散發出來。

聚醚或聚酯多元醇與異氰酸酯的反應速度隨其結構不同而各異，其中伯羥基反應最快，仲羥基次之，叔羥基最慢。這主要是由于多元醇中活性氫原子轉移難易程度不同的緣故。

綜上所述，為解決上述一個或多個問題，利用超支化聚合物具有獨特的分子結構，易溶解，分子鏈不易纏結，溶液粘度低，且含有大量末端基團等特點，制備超支化聚氨酯多元醇用于制得綜合性能優異的硬質聚氨酯泡沫。

發明內容