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(fā)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(fā)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(diào)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(yīng)體系，能夠調(diào)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(diào)節(jié)，能夠匹配組合物的流平和固化的時間。進(jìn)而改善聚氨酯硬泡組合物在管道噴涂時被旋轉(zhuǎn)離心力甩脫的現(xiàn)象，以及管道保溫層的凹凸不平的現(xiàn)象。
【專利說明】聚氨酯硬泡組合物、保溫層及保溫管道
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及保溫管制造領(lǐng)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(shù)】
[0002]聚氨酯硬泡保溫管的結(jié)構(gòu)由內(nèi)至外主要包括工作鋼管、聚氨酯硬泡保溫層及聚乙烯外護(hù)管。其中，聚氨酯硬泡具有密度小、比強(qiáng)度高、隔熱效果好、成型工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。用其制作的保溫層還具有耐磨蝕、不吸水的特點(diǎn)。這些優(yōu)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(jīng)在區(qū)域供暖、區(qū)域供冷、石油天然氣、工業(yè)液體傳輸以及船舶液體傳輸?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有的聚氨酯保溫管道中保溫層的生產(chǎn)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(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，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(jìn)行單向相對移動，以此進(jìn)行管道噴涂。由于采用“噴涂法”具有發(fā)泡均勻、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢，使其在聚氨酯保溫管道的制備中得到了廣泛關(guān)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(dāng)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(nèi)部的作用力較低。較低的內(nèi)部作用力使得組合物極易被由于管道旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力所甩脫。當(dāng)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(xiàn)結(jié)塊，進(jìn)而導(dǎo)致保溫層出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)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(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)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(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)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(fā)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(jìn)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(jìn)一步地，其按重量份計，催化劑的用量為1.6~12.5份，發(fā)泡劑的用量為5~37份。
[0009]進(jìn)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(fā)泡劑。[0010]進(jìn)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(jìn)一步地，上述多異氰酸酯的官能度為2.6~2.7，優(yōu)選異氰酸酯為多次甲基多苯基異氰酸酯。
[0012]進(jìn)一步地,上述催化劑包括0.5~4.2份的起發(fā)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(yōu)選地，起發(fā)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(huán)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(jìn)一步地，上述發(fā)泡劑為一氟二氯乙烷，或一氟二氯乙烷與水的混合物。
[0014]進(jìn)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(yōu)選為LK665、AK8801、AK8805、AK8803和AK8812中的一種或幾種。
[0015]根據(jù)本發(fā)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(jīng)噴涂、固化而成。
[0016]根據(jù)本發(fā)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(yīng)用本發(fā)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(diào)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(yīng)體系，能夠調(diào)整聚氨酯硬泡組合物的固化速率；進(jìn)一步地，通過不同多元醇與異氰酸酯的共同調(diào)節(jié)，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(dǎo)致組合物內(nèi)部作用力過低，進(jìn)而被管道的旋轉(zhuǎn)離心力甩脫的現(xiàn)象。同時，避免了來不及流平的組合物迅速固化結(jié)塊所導(dǎo)致的管道保溫層凹凸不平的現(xiàn)象，進(jìn)一步地改善了組合物的管道噴涂效果。
【具體實(shí)施方式】
[0018]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)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(yīng)時間受到了體系中反應(yīng)官能團(tuán)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(dāng)組合物的流平時間過短、固化時間過長時，由于管道的旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)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(dāng)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(fā)生了固化，使得組合物容易結(jié)塊，進(jìn)而會導(dǎo)致保溫層出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象。
[0020]為了解決【背景技術(shù)】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(fā)明發(fā)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(fā)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(fā)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(diào)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(xié)同添加，形成不同的固化反應(yīng)體系以調(diào)節(jié)聚氨酯硬泡組合物的固化時間。進(jìn)一步地，通過不同多元醇與異氰酸酯的共同調(diào)節(jié)，以匹配組合物的流平時間和固化時間。本發(fā)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(zhuǎn)而被甩脫的發(fā)生率，同時能夠使組合物流平后及時地完成固化反應(yīng)，進(jìn)而避免管道保溫層出現(xiàn)凹凸不平的問題。
[0022]在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)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(xié)同添加，能夠使固化時間與流平時間更加匹配。進(jìn)而使組合物的噴涂效果更加優(yōu)異。
[0023]在本發(fā)明的一種更優(yōu)選的實(shí)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(fā)泡劑的用量為5~37份。上述組合物中，通過進(jìn)一步加入適量的催化劑和發(fā)泡劑，有利于進(jìn)一步調(diào)整組合物的固化時間和流平時間，使兩者更為匹配，進(jìn)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(fā)明的一種進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)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(fā)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(jìn)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(fā)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(shù)量選擇適當(dāng)?shù)脑霞纯?。更為?yōu)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(fā)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(fā)明上述所使用的上述原料均為市售產(chǎn)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(chǎn)。
[0026] 在本發(fā)明中只要通過不同種類的多元醇相互搭配，就能夠調(diào)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(jìn)而改善了管道噴涂的效果。
[0027]本發(fā)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(yōu)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(qiáng)度和密度等綜合性能，另一方面能夠協(xié)調(diào)組合物的固化時間和流平時間。更優(yōu)選異氰酸酯為多次甲基多苯基異氰酸酯。
[0028]本發(fā)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(jìn)各原料反應(yīng)即可。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，組合物中的催化劑包括0.5~4.2份的起發(fā)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(yōu)選實(shí)施方式中，通過不同類型的催化劑相互搭配，能夠有效的調(diào)整上述聚氨酯硬泡組合物中各固化體系的固化速率，進(jìn)一步調(diào)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(jìn)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(jìn)而能夠提高管道保溫層的噴涂效率和噴涂效果。
[0029]本發(fā)明所提供的上述聚氨酯硬泡組合物中，上述起發(fā)催化劑采用常規(guī)用料即可，其優(yōu)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(huán)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(jìn)而能夠促使組合物在管道噴涂過程中更加穩(wěn)定，并促使所形成的管道保溫層具有更加優(yōu)異的綜合性能。
[0030]本發(fā)明所提供的上述組合物中，其發(fā)泡劑可以根據(jù)反應(yīng)物的種類進(jìn)行選擇。優(yōu)選地，發(fā)泡劑為一氟二氯乙烷，或一氟二氯乙烷與水的混合物。更優(yōu)選地，發(fā)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(fā)泡劑，能夠利用其發(fā)泡速率調(diào)整組合物的流動性，進(jìn)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(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)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(yōu)選上述均泡劑為硅 氧烷類表面活性劑，進(jìn)一步優(yōu)選為LK665 (Air products andchemicals Inc)、AK8801 (江蘇美思德化學(xué)股份有限公司)、AK8805 (江蘇美思德化學(xué)股份有限公司)、AK8803 (江蘇美思德化學(xué)股份有限公司)和AK8812 (江蘇美思德化學(xué)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(jìn)而保證保溫層的壓縮強(qiáng)度等綜合性能。
[0032]同時，在本發(fā)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(jīng)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(qiáng)度和閉孔率，并具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)和吸水率，其綜合性能更加優(yōu)異。
[0033]另外，在本發(fā)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(yōu)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(chǎn)效率較高。
[0034]本發(fā)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(yōu)選地，上述噴涂過程中管道旋轉(zhuǎn)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(yù)加熱溫度為70±2°C。
[0035]以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，這些實(shí)施例不能理解為限制本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。[0036]實(shí)施例1
[0037]配置聚氨酯硬泡組合物，并將其置于噴料機(jī)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(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。采用固瑞克H-VR噴涂機(jī)，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(shè)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(shí)施例2
[0041]配置聚氨酯硬泡組合物，并將其置于噴料機(jī)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(quán)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(fā)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(fā)泡劑的用量為5~37份。
4.根據(jù)權(quán)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(fā)泡劑。
5.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(yōu)選所述異氰酸酯為多次甲基多苯基異氰酸酯。
7.根據(jù)權(quán)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(fā)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(yōu)選地，所述起發(fā)·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(huán)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(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述發(fā)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(jù)權(quán)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(yōu)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(quán)利要求1至9中任一項所述的聚氨酯硬泡組合物經(jīng)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(quán)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)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(hù)工業(yè)股份有限公司, 廊坊碧海舟涂料有限公司