聚氨酯硬泡組合物、保溫層及保溫管道的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種聚氨酯硬泡組合物、保溫層及保溫管道。該聚氨酯硬泡組合物按重量份計包括：95～230份的多異氰酸酯、45～95份的聚醚多元醇、5～55份的聚酯多元醇、適量的催化劑和發泡劑；其中，聚醚多元醇包括至少兩種羥值不同的聚醚多元醇。這種聚氨酯硬泡組合物通過將多異氰酸酯、至少兩種聚醚多元醇以及聚酯多元醇按配比同時添加，能夠調整組合物的流動性；通過至少兩種多元醇與多異氰酸酯形成不同反應體系，能夠調整組合物的固化速率；通過不同多元醇與異氰酸酯的共同調節，能夠匹配組合物的流平和固化的時間。進而改善聚氨酯硬泡組合物在管道噴涂時被旋轉離心力甩脫的現象，以及管道保溫層的凹凸不平的現象。
【專利說明】聚氨酯硬泡組合物、保溫層及保溫管道
【技術領域】
[0001]本發明涉及保溫管制造領域，具體而言，涉及一種聚氨酯硬泡組合物、保溫層及保溫管道。
【背景技術】
[0002]聚氨酯硬泡保溫管的結構由內至外主要包括工作鋼管、聚氨酯硬泡保溫層及聚乙烯外護管。其中，聚氨酯硬泡具有密度小、比強度高、隔熱效果好、成型工藝簡單等優點。用其制作的保溫層還具有耐磨蝕、不吸水的特點。這些優勢使得聚氨酯硬泡在保溫工程中，特別是在保冷工程中受到了廣泛的青睞。目前，聚氨酯硬泡保溫管已經在區域供暖、區域供冷、石油天然氣、工業液體傳輸以及船舶液體傳輸等領域得到了廣泛應用。
[0003]現有的聚氨酯保溫管道中保溫層的生產工藝主要有“兩步法”、“一步法”和“噴涂法”。其中，“噴涂法”的具體操作步驟如下:將待噴管道以一定的轉速旋轉，使聚氨酯組合物的噴頭以一定的速度沿待噴管道的軸向進行單向相對移動，以此進行管道噴涂。由于采用“噴涂法”具有發泡均勻、生產效率高等優勢，使其在聚氨酯保溫管道的制備中得到了廣泛關注。但是，適用于管道噴涂的聚氨酯硬泡組合物很少，這主要是由以下原因造成:
[0004]當聚氨酯硬泡組合物的流平時間過短、固化時間過長時，組合物迅速流平后因來不及固化而使組合物內部的作用力較低。較低的內部作用力使得組合物極易被由于管道旋轉而產生的離心力所甩脫。當聚氨酯硬泡組合物的流平時間過長、固化時間過短時，組合物來不及流平就迅速固化，使得組合物極易出現結塊，進而導致保溫層出現凹凸不平的現象。在此基礎上，如何匹配聚氨酯硬泡組合物的流平時間和固化時間，是保證管道保溫層噴涂效果的關鍵。
【發明內容】
[0005]本發明旨在提供一種聚氨`酯硬泡組合物、保溫層及保溫管道，以提供一種適用于管道噴涂法的聚氨酯硬泡組合物。
[0006]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種聚氨酯硬泡組合物，其按重量份計包括:95~230份的多異氰酸酯、45~95份的聚醚多元醇、5~55份的聚酯多元醇、適量的催化劑和發泡劑；其中，聚醚多元醇包括至少兩種羥值不同的聚醚多元醇。
[0007]進一步地，上述聚醚多元醇包括35~60份羥值為400~470mgK0H/g的聚醚多元醇1、10~20份羥值為360~500mgK0H/g的聚醚多元醇II及O~30份羥值為720~81OmgKOH/g的聚醚多元醇III。
[0008]進一步地，其按重量份計，催化劑的用量為1.6~12.5份，發泡劑的用量為5~37份。
[0009]進一步地,其按重量份計包括:100~180份的所述多異氰酸酯、45~55份的所述聚醚多元醇1、15~20份的所述聚醚多元醇I1、5~20份的所述聚醚多元醇II1、5~35份的所述聚酯多元醇、1.6~12.5份的所述催化劑和10~30.1的所述發泡劑。[0010]進一步地，上述聚醚多元醇I與聚醚多元醇II為蔗糖聚醚多元醇；聚醚多元醇III為二胺聚醚多元醇；聚酯多元醇為芳香族聚酯多元醇和/或松香聚酯多元醇。
[0011]進一步地，上述多異氰酸酯的官能度為2.6~2.7，優選異氰酸酯為多次甲基多苯基異氰酸酯。
[0012]進一步地,上述催化劑包括0.5~4.2份的起發催化劑、0.5~4份的凝膠催化劑、
0.5~4份的三聚催化劑及0.1~0.3份的二月桂酸二丁基錫；優選地，起發催化劑為五甲基二乙烯三胺與碳含量為C2~C5的醇的混合溶液，或五甲基二乙烯三胺與二甲基環己胺的混合物；凝膠催化劑為三乙烯二胺與碳含量為C2~C5的醇的混合溶液，或三乙烯二胺與N, N- 二甲基乙醇胺的混合物；三聚催化劑為醋酸鉀和/或1，3，5-三(二甲氨基丙基)六氫三嗪。
[0013]進一步地，上述發泡劑為一氟二氯乙烷，或一氟二氯乙烷與水的混合物。
[0014]進一步地，上述組合物按重量份計還包括:1~3份的均泡劑，所述均泡劑為硅氧烷類表面活性劑，優選為LK665、AK8801、AK8805、AK8803和AK8812中的一種或幾種。
[0015]根據本發明的另一方面，提供了一種保溫層，其由上述的聚氨酯硬泡組合物經噴涂、固化而成。
[0016]根據本發明的另一方面，還提供了一種保溫管道，包括保溫層，該保溫層為上述的保溫層。
[0017]應用本發明聚氨酯硬泡組合物、管道保溫層及保溫管道。通過將多異氰酸酯、具有不同羥值含量的聚醚多元醇以及聚酯多元醇按配比同時添加，能夠調整聚氨酯硬泡組合物的流動性；同時，通過采用不同羥值的多元醇與多異氰酸酯形成不同反應體系，能夠調整聚氨酯硬泡組合物的固化速率；進一步地，通過不同多元醇與異氰酸酯的共同調節，能夠匹配組合物的流平時間和固化時間。這種固化時間和流平時間的匹配，能夠有效避免聚氨酯硬泡組合物在管道噴涂時，因流平過快或固化時間太長而導致組合物內部作用力過低，進而被管道的旋轉離心力甩脫的現象。同時，避免了來不及流平的組合物迅速固化結塊所導致的管道保溫層凹凸不平的現象，進一步地改善了組合物的管道噴涂效果。
【具體實施方式】
[0018]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將結合實施例來詳細說明本發明。
[0019]在聚氨酯硬泡組合物中，多元醇與多異氰酸酯的固化反應時間受到了體系中反應官能團比例及催化劑含量的影響。同時，組合物在管道噴涂過程中的流平時間受到了組合物中各組分的含量的影響。上述固化時間和流平時間會直接影響組合物的管道噴涂效果。當組合物的流平時間過短、固化時間過長時，由于管道的旋轉會產生一定的離心力，使得組合物因來不及固化而被這種離心力甩脫；當組合物的流平時間過長、固化時間過短時，組合物來不及流平就發生了固化，使得組合物容易結塊，進而會導致保溫層出現凹凸不平的現象。
[0020]為了解決【背景技術】中所提出的采用噴涂法制備管道保溫層時組合物的流平時間和固化時間難以匹配的問題，本發明發明人提供了一種聚氨酯硬泡組合物，其按重量份計包括95~230份的多異氰酸酯、45~95份的聚醚多元醇、5~55份的聚酯多元醇、適量的催化劑和發泡劑；聚醚多元醇包括至少兩種羥值不同的聚醚多元醇。
[0021]本發明所提供的這種聚氨酯硬泡組合物中，基于不同原料的流動性之間的差異，按照比例同時添加了多異氰酸酯、具有不同羥值含量的聚醚多元醇以及聚酯多元醇，以調整聚氨酯硬泡組合物的流平時間。并且通過將多異氰酸酯與具有不同羥值含量的聚醚多元醇以及聚酯多元醇協同添加，形成不同的固化反應體系以調節聚氨酯硬泡組合物的固化時間。進一步地，通過不同多元醇與異氰酸酯的共同調節，以匹配組合物的流平時間和固化時間。本發明所提供的這種聚氨酯硬泡組合物通過匹配組合物的流平時間和固化時間，能夠在管道噴涂時能夠降低因管道的旋轉而被甩脫的發生率，同時能夠使組合物流平后及時地完成固化反應，進而避免管道保溫層出現凹凸不平的問題。
[0022]在本發明的一種優選的實施方式中，聚醚多兀醇包括35~60份輕值為400~470mgK0H/g的聚醚多元醇1、10~20份羥值為360~500mgK0H/g的聚醚多元醇I1、0~30份羥值為720~810mgK0H/g的聚醚多元醇III。上述組合物中，通過將不同羥值的聚醚多元醇按特定比例范圍協同添加，能夠使固化時間與流平時間更加匹配。進而使組合物的噴涂效果更加優異。
[0023]在本發明的一種更優選的實施方式中，上述組合物按重量份計，催化劑的用量為
1.6~12.5份，發泡劑的用量為5~37份。上述組合物中，通過進一步加入適量的催化劑和發泡劑，有利于進一步調整組合物的固化時間和流平時間，使兩者更為匹配，進而符合采用噴涂法形成聚氨酯硬泡組合物對流平時間和固化時間的要求。
[0024]在本發明的一種進一步優選的實施方式中，上述組合物按重量份計包括100~180份的多異氰酸酯、45~55份的聚醚多元醇1、15~20份的聚醚多元醇I1、5~20份的聚醚多元醇III及5~35份的聚酯多元醇、1.6~12.5份的催化劑及10.1~30.1的發泡劑。上述重量份范圍的組分有利于形成流平時間和固化時間更為匹配的聚氨酯硬泡組合物，進而能夠使得所制備的管道保溫層表面更加光滑均勻。
[0025]本發明所提供的上述聚氨酯硬泡組合物中，所使用的各種聚醚多元醇按照羥基數量選擇適當的原料即可。更為優選地，可選的聚醚多元醇I與聚醚多元醇II為蔗糖聚醚多元醇，其中聚醚多元醇I包括但不限于蔗糖聚醚多元醇4110 (羥值430-470mgK0H/g)和/或蔗糖聚醚多元醇835 (羥值420-480mgK0H/g)。聚醚多元醇II包括但不限于蔗糖聚醚多元醇380 ()和/或蔗糖聚醚多元醇680 (羥值440-480mgK0H/g)。可選的聚醚多元醇III為二胺聚醚多元醇，其包括但不限于二胺聚醚多元醇403 (羥值735-805mgK0H/g)。本發明所提供的上述聚氨酯硬泡組合物中，可選的聚酯多元醇并沒有特定的要求，其包括但不限于芳香族聚酯多元醇和/或松香聚酯多元醇。其中芳香族聚酯多元醇包括但不限于芳香族聚酯多元醇3152。松香聚酯多元醇包括但不限于松香聚酯多元醇800。本發明上述所使用的上述原料均為市售產品，其中蔗糖聚醚多元醇680與松香聚酯多元醇800為紹興恒豐聚氨酯有限公司生產。
[0026] 在本發明中只要通過不同種類的多元醇相互搭配，就能夠調整聚氨酯硬泡組合物的固化時間和流平時間。在采用上述幾類多元醇相互搭配時，有利于使得聚氨酯硬泡組合物在管道噴涂過程中的固化時間和流平時間更為匹配，進而改善了管道噴涂的效果。
[0027]本發明所提供的上述聚氨酯硬泡組合物中，可以采用的多異氰酸酯并沒有特定的要求，只要其中包含異氰酸酯基即可。優選的上述多異氰酸酯的官能度為2.6~2.7。采用官能度為2.6~2.7的多異氰酸酯，一方面能夠保證所形成的聚氨酯保溫層的壓縮強度和密度等綜合性能，另一方面能夠協調組合物的固化時間和流平時間。更優選異氰酸酯為多次甲基多苯基異氰酸酯。
[0028]本發明所提供的上述聚氨酯硬泡組合物中，可以使用的催化劑有多種，只要能夠促進各原料反應即可。在本發明的一種優選實施方式中，組合物中的催化劑包括0.5~4.2份的起發催化劑、0.5~4份的凝膠催化劑、0.5~4份的三聚催化劑及0.1~0.3份的二月桂酸二丁基錫。在這種優選實施方式中，通過不同類型的催化劑相互搭配，能夠有效的調整上述聚氨酯硬泡組合物中各固化體系的固化速率，進一步調整組合物的固化時間。采用上述催化劑形成的聚氨酯硬泡組合物，將其進行管道噴涂時，聚氨酯硬泡組合物能夠在流平的過程中逐漸固化，進而能夠提高管道保溫層的噴涂效率和噴涂效果。
[0029]本發明所提供的上述聚氨酯硬泡組合物中，上述起發催化劑采用常規用料即可，其優選包括但不限于五甲基二乙烯三胺與碳含量為C2~C5的醇的混合溶液，或五甲基二乙烯三胺與二甲基環己胺的混合物；上述凝膠催化劑包括但不限于三乙烯二胺與碳含量為C2~C5的醇的混合溶液，或三乙烯二胺與N，N- 二甲基乙醇胺的混合物；上述三聚催化劑包括但不限于醋酸鉀和/或1，3，5-三(二甲氨基丙基)六氫三嗪。采用上述催化劑形成的聚氨酯硬泡組合物，其在管道噴涂過程中，流平時間與固化時間能夠更加匹配。進而能夠促使組合物在管道噴涂過程中更加穩定，并促使所形成的管道保溫層具有更加優異的綜合性能。
[0030]本發明所提供的上述組合物中，其發泡劑可以根據反應物的種類進行選擇。優選地，發泡劑為一氟二氯乙烷，或一氟二氯乙烷與水的混合物。更優選地，發泡劑按重量份計包括5~35份的一氟二氯乙烷和0.1~2份的水。采用這種發泡劑，能夠利用其發泡速率調整組合物的流動性，進而匹配組合物的流平時間和固化時間，保證組合物的噴涂效果。
[0031]在本發明的一種優選實施方式中，上述聚氨酯硬泡組合物還包括I~3份的均泡劑，更優選上述均泡劑為硅 氧烷類表面活性劑，進一步優選為LK665 (Air products andchemicals Inc)、AK8801 (江蘇美思德化學股份有限公司)、AK8805 (江蘇美思德化學股份有限公司)、AK8803 (江蘇美思德化學股份有限公司)和AK8812 (江蘇美思德化學股份有限公司)中的一種或幾種。將上述均泡劑加入至聚氨酯硬泡組合物中，能夠促使保溫層中的泡孔分布更加均勻，進而保證保溫層的壓縮強度等綜合性能。
[0032]同時，在本發明中還提供了一種保溫層，該保溫層是由上述聚氨酯硬泡組合物經噴涂、固化而成。這種管道保溫層的表面光滑，具有較高的密度、壓縮強度和閉孔率，并具有較低的導熱系數和吸水率，其綜合性能更加優異。
[0033]另外，在本發明中還提供了一種保溫管道，其包括保溫層，且該保溫層為上述的管道保溫層。這種保溫管道具有優異的綜合性能，其保溫性能較好，且由于采用噴涂法直接制備，其生產效率較高。
[0034]本發明所提供的上述的聚氨酯硬泡組合物通過將各組分混合即可形成噴涂漿料，在形成保溫管道的保溫層時，優選地，上述噴涂過程中管道旋轉的線速度為94mm土 18mm/s，噴料頭與待噴管道的相對速度為lm±0.lm/min，各物料的預加熱溫度為70±2°C。
[0035]以下結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述，這些實施例不能理解為限制本發明所要求保護的范圍。[0036]實施例1
[0037]配置聚氨酯硬泡組合物，并將其置于噴料機中待用，其組分和配比如下:
[0038]
組分重量份
聚醚多元醇411060
蔗糖聚醚多元醇38035
二胺聚醚多元醇403O
松香聚酯多元醇8005
一氟二氯乙燒Ti 濃度為33wt%的五甲基二乙烯三胺/乙醇溶液
醋酸鉀H
重量比為4:1的三乙烯二胺/N，N- 二甲基乙醇胺混合物4
二月桂酸二丁基錫005
均泡劑LK665O
官能度為2.6~2.7的多次甲基多苯基異氰酸酯230
[0039]利用上述聚氨酯硬泡組合物，采用噴涂法在管道表面制備保溫層，具體方法如下:將待噴管道(DN300)在固定支架上以6r/min的轉速旋轉。采用固瑞克H-VR噴涂機，將組合物加熱至70°C。然后，將噴料頭距離待噴管道表面Im處設置，且使噴料頭沿管道的軸向方向以lm±0.lm/min的速度單向相對移動，以將上述組合物噴涂至管道外表面。其中，鋼管表面溫度為20 V，一次成型后在管道表面形成了管道保溫層。
[0040]實施例2
[0041]配置聚氨酯硬泡組合物，并將其置于噴料機中待用，其組分和配比如下:
[0042]
組分重量份
蔗糖聚醚多元醇83530
蔗糖聚醚多元醇68015
二胺聚醚多元醇403O
【權利要求】
1.一種聚氨酯硬泡組合物，其特征在于，按重量份計包括:95~230份的多異氰酸酯、45~95份的聚醚多元醇、5~55份的聚酯多元醇、適量的催化劑和發泡劑；其中，所述聚醚多元醇包括至少兩種羥值不同的聚醚多元醇。
2.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述聚醚多元醇包括35~60份羥值為400~470mgK0H/g的聚醚多元醇1、10~20份羥值為360~500mgK0H/g的聚醚多元醇II及O~30份羥值為720~810mgK0H/g的聚醚多元醇III。
3.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，按重量份計，所述催化劑的用量為1.6~12.5份，所述發泡劑的用量為5~37份。
4.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，按重量份計包括:100~180份的所述多異氰酸酯、45~55份的所述聚醚多元醇1、15~20份的所述聚醚多元醇I1、5~20份的所述聚醚多元醇ΠΙ、5~35份的所述聚酯多元醇、1.6~12.5份的所述催化劑和10~30.1的所述發泡劑。
5.根據權利要求2或4所述的組合物，其特征在于，所述聚醚多元醇I與所述聚醚多元醇II為蔗糖聚醚多元醇；所述聚醚多元醇III為二胺聚醚多元醇；所述聚酯多元醇為芳香族聚酯多元醇和/或松香聚酯多元醇。
6.根據權利要求1或4所述的組合物，其特征在于，所述多異氰酸酯的官能度為2.6~2.7，優選所述異氰酸酯為多次甲基多苯基異氰酸酯。
7.根據權利要求3或4所述的組合物，其特征在于，所述催化劑包括0.5~4.2份的起發催化劑、0.5~4份的凝膠催化劑、0.5~4份的三聚催化劑及0.1~0.3份的二月桂酸二丁基錫；優選地，所述起發·催化劑為五甲基二乙烯三胺與碳含量為C2~C5的醇的混合溶液，或五甲基二乙烯三胺與二甲基環己胺的混合物；所述凝膠催化劑為三乙烯二胺與碳含量為C2~C5的醇的混合溶液，或三乙烯二胺與N，N- 二甲基乙醇胺的混合物；所述三聚催化劑為醋酸鉀和/或1，3，5-三(二甲氨基丙基)六氫三嗪。
8.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述發泡劑為一氟二氯乙烷，或一氟二氯乙烷與水的混合物。
9.根據權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物按重量份計還包括:1~3份的均泡劑，所述均泡劑為硅氧烷類表面活性劑，優選為LK665、AK8801、AK8805、AK8803和AK8812中的一種或幾種。
10.一種保溫層，其特征在于，所述保溫層由權利要求1至9中任一項所述的聚氨酯硬泡組合物經噴涂、固化而成。
11.一種保溫管道，包括保溫層，其特征在于，所述保溫層為權利要求10所述的保溫層。
【文檔編號】C08G101/00GK103709356SQ201310741891
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】任建鵬, 邸建軍, 劉小平, 李依璇, 賴廣森, 張凱昌 申請人:北京碧海舟腐蝕防護工業股份有限公司, 廊坊碧海舟涂料有限公司