一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種改性煤矸石?硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，由以下重量份的組份制成：改性煤矸石、4,4'?二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇、含羥基的低分子量化合物、改性納米氫氧化鋁、發(fā)泡劑、有機硅泡沫穩(wěn)定劑、微晶纖維素、復合催化劑、發(fā)泡劑、阻燃劑、水。本發(fā)明提供的復合保溫材料制備工藝簡單、成本低廉，阻燃性能好、保溫效果好。
【專利說明】
一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沬塑料復合保溫材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，屬于材料科學 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年來，利用墻體保溫實現(xiàn)建筑節(jié)能已越來越被重視，國家也已經(jīng)開始強制施 行建筑節(jié)能措施，現(xiàn)在市場上大規(guī)模使用的保溫材料主要有EPS(聚苯乙烯泡沫）、PS(擠塑 聚苯乙烯泡沫)和PU(聚氨酯泡沫）。此類有機保溫材料最大的優(yōu)點是質(zhì)輕、隔熱、保溫，但最 大的缺陷是易燃燒、易老化、防火安全性差，在沒有經(jīng)過阻燃處理時都存在嚴重的火災隱 患，導致建筑火災事故。聚氨酯硬泡是一種易燃的有機保溫材料，在燃燒時釋放出大量的有 毒氣體和煙霧，對人們的生命財產(chǎn)安全造成嚴重的威脅，因此，如果不能有效、切實的解決 其易燃的防火安全性問題，那么硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料就無法在我國建筑節(jié)能中獲得大規(guī)模 的推廣應(yīng)用。
[0003] 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的耐熱、防火阻燃等問題成為迫切需要解決的重要課題，是 關(guān)系到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料能否繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。如何提高現(xiàn)有聚氨酯硬泡的耐 熱性并改善其阻燃性的研究以及大規(guī)模的推廣應(yīng)用已成為現(xiàn)階段亟需解決的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種阻燃性能好、保溫效果好的改性煤矸石-硬質(zhì) 聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料及其制備方法。
[0005] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，由 以下重量份的組份制成： 改性煤矸石 5-10份； 4, 4' -二環(huán)已基甲烷二異氰酸酯 40-50份： 聚酯多元醇 20-30份;
[0006] 聚醚多元醇 10-20份; 含羥基的低分子量化合物 5-10份； 改性納米氫氧化鋁 5-10份； 發(fā)泡劑 10-20份； 有機硅泡沫穩(wěn)定劑 1-3份； 微晶纖維素 1-3份； 復合催化劑 1-3份；
[0007] 發(fā)泡劑 】-3份； 阻燃劑 1-3份； 水 5-15份》
[0008] 作為優(yōu)選，所述改性煤矸石采用以下方法制得：
[0009] (1)煤矸石的預處理:將煤矸石加入物質(zhì)的量濃度為0.008~0.012mol/L的鹽酸中 浸泡8-12h，過濾后加入物質(zhì)的量濃度為0.008~0.012mol/L的氫氧化鈉中浸泡4-6h;
[0010] (2)將過量的癸二胺溶解于配制好的物質(zhì)的量濃度為0.008~0.012mol/L的鹽酸 中，進行部分質(zhì)子化后，癸二胺被部分質(zhì)子化成一端仍帶有活性-NH2基團的氨鹽；
[0011] (3)將煤矸石加入部分質(zhì)子化的癸二胺溶液中，置于50~60°C油浴里，用電動攪拌 機攪拌2~4小時，轉(zhuǎn)速為1500~2500r/min;煤矸石和部分質(zhì)子化的癸二胺溶液的用量比為 10g：100ml；
[0012] ⑷抽濾，濾餅用蒸餾水清洗3~4次，烘干，研磨，過篩，即得改性煤矸石。
[0013] 作為另一種優(yōu)選，所述聚酯多元醇為分子量400-5000的聚碳酸酯二元醇或分子量 為600-2000的芳烴聚酯多元醇。
[0014]作為另一種優(yōu)選，所述聚醚多元醇為分子量為500-2000的芳香胺類聚醚多元醇或 分子量為500-2000的山梨醇類聚醚多元醇。
[0015]作為另一種優(yōu)選，所述含羥基的低分子量化合物為乙二醇。
[0016]作為另一種優(yōu)選，所述復合催化劑為質(zhì)量比3: 2:1的三亞乙基二胺、2，4，6-三(二 甲氨基甲基)苯酚和二丁基錫二月桂酸酯的混合物;所述阻燃劑為9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲基-4-羥基苯甲醇。
[0017] 作為另一種優(yōu)選，所述改性納米氫氧化鎂是由納米氫氧化鎂經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH-550 濕法改性制得。
[0018] 本發(fā)明還提供了上述一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料的制備 方法，包括以下步驟：
[0019] (1)改性煤矸石的制備：
[0020] 將過量的癸二胺溶解于配制好的物質(zhì)的量濃度為0.008~0.012mol/L的鹽酸中， 進行部分質(zhì)子化后，癸二胺被部分質(zhì)子化成一端仍帶有活性-NH2基團的氨鹽；
[0021] 將煤矸石加入部分質(zhì)子化的癸二胺溶液中，置于50~60°C油浴里，用電動攪拌機 攪拌2~4小時，轉(zhuǎn)速為1500~2500r/min;煤矸石和部分質(zhì)子化的癸二胺溶液的用量比為 10g：100ml；
[0022] 抽濾，濾餅用蒸餾水清洗3~4次，烘干，研磨，過篩，即得改性煤矸石；
[0023] (2)復合保溫材料的制備:將聚酯多元醇和聚醚多元醇加熱至100_120°C，混勻，冷 卻至70-80°C，得初混料;將含羥基的低分子量化合物、改性納米氫氧化鋁、發(fā)泡劑、有機硅 泡沫穩(wěn)定劑、微晶纖維素、復合催化劑、發(fā)泡劑、阻燃劑加入水中混合后，加入至初混料中， 混勻；再加入改性煤矸石攪拌10-20min，最后加入4,4'_二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，攪拌1-3h;冷卻，即得。
[0024]有益效果:本發(fā)明提供的復合保溫材料制備工藝簡單、成本低廉，阻燃性能好、保 溫效果好。
【具體實施方式】
[0025]根據(jù)下述實施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實 施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當也不會限 制權(quán)利要求書中所詳細描述的本發(fā)明。
[0026] 實施例1
[0027] 改性煤矸石的制備，采用以下方法：
[0028] (1)煤矸石的預處理：將煤矸石加入物質(zhì)的量濃度為0.010m〇l/L的鹽酸中浸泡 l〇h，過濾后加入物質(zhì)的量濃度為0.010mol/L的氫氧化鈉中浸泡5h;
[0029] (2)將過量的癸二胺溶解于配制好的物質(zhì)的量濃度為0.010m〇l/L的鹽酸中，進行 部分質(zhì)子化后，癸二胺被部分質(zhì)子化成一端仍帶有活性-NH2基團的氨鹽；
[0030] (3)將煤矸石加入部分質(zhì)子化的癸二胺溶液中，置于55°C油浴里，用電動攪拌機攪 拌3小時，轉(zhuǎn)速為2000r/min;煤矸石和部分質(zhì)子化的癸二胺溶液的用量比為10g:100ml;(4) 抽濾，濾餅用蒸餾水清洗3~4次，烘干，研磨，過篩，即得改性煤矸石。
[0031] 實施例2
[0032] 改性煤矸石的制備，采用以下方法：
[0033] (1)煤矸石的預處理：將煤矸石加入物質(zhì)的量濃度為0.008mol/L的鹽酸中浸泡 12h，過濾后加入物質(zhì)的量濃度為0.012mol/L的氫氧化鈉中浸泡4h;
[0034] (2)將過量的癸二胺溶解于配制好的物質(zhì)的量濃度為0.008mol/L的鹽酸中，進行 部分質(zhì)子化后，癸二胺被部分質(zhì)子化成一端仍帶有活性-NH2基團的氨鹽；
[0035] (3)將煤矸石加入部分質(zhì)子化的癸二胺溶液中，置于50°C油浴里，用電動攪拌機攪 拌4小時，轉(zhuǎn)速為1500r/min;煤矸石和部分質(zhì)子化的癸二胺溶液的用量比為10g:100ml;
[0036] (4)抽濾，濾餅用蒸餾水清洗3~4次，烘干，研磨，過篩，即得改性煤矸石。
[0037] 實施例3
[0038]改性煤矸石的制備，采用以下方法：
[0039] (1)煤矸石的預處理:將煤矸石加入物質(zhì)的量濃度為0.012mol/L的鹽酸中浸泡8h， 過濾后加入物質(zhì)的量濃度為0.008mol/L的氫氧化鈉中浸泡6h;
[0040] (2)將過量的癸二胺溶解于配制好的物質(zhì)的量濃度為0.012mol/L的鹽酸中，進行 部分質(zhì)子化后，癸二胺被部分質(zhì)子化成一端仍帶有活性-NH2基團的氨鹽；
[0041] (3)將煤矸石加入部分質(zhì)子化的癸二胺溶液中，置于60°C油浴里，用電動攪拌機攪 拌2小時，轉(zhuǎn)速為2500r/min;煤矸石和部分質(zhì)子化的癸二胺溶液的用量比為10g:100ml;(4) 抽濾，濾餅用蒸餾水清洗3~4次，烘干，研磨，過篩，即得改性煤矸石。
[0042] 實施例4
[0043] 改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，由以下重量份的組份制成： 實施例1制得的改性煤矸石 8份； 4, 4'-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯45份； 聚酯多元醇 25份； 聚醚多元醇 15份·； 乙二醇 S份； 改性納米氫氧化鋁 7份；
[0044] 發(fā)泡劑 15份； 有機硅泡沫穩(wěn)定劑 2份； 微晶纖維素 .2.份； 復合催化劑 2份； 發(fā)泡劑 2份； 阻燃剤 2份； 水 10份。
[0045]其中，分子量400的聚碳酸酯二元醇；分子量為2000的芳香胺類聚醚多元醇；所述 復合催化劑為質(zhì)量比3:2:1的三亞乙基二胺、2,4,6_三(二甲氨基甲基）苯酚和二丁基錫二 月桂酸酯的混合物;所述阻燃劑為9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲基-4-羥基苯甲醇;所述改 性納米氫氧化鎂是由納米氫氧化鎂經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH-550濕法改性制得。
[0046]上述改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料的制備，包括以下步驟：
[0047] 將聚酯多元醇和聚醚多元醇加熱至110°C，混勻，冷卻至75°C，得初混料;將含羥基 的低分子量化合物、改性納米氫氧化鋁、發(fā)泡劑、有機硅泡沫穩(wěn)定劑、微晶纖維素、復合催化 劑、發(fā)泡劑、阻燃劑加入水中混合后，加入至初混料中，混勻;再加入改性煤矸石攪拌15min， 最后加入4，4 二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，攪拌2h;冷卻，即得。
[0048] 實施例5
[0049] 改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，由以下重量份的組份制成： 實施例2制得的改性煤矸石 5份； 4, 4' -二環(huán)己基甲垸二異f?t酯50份； 聚酯多元醇 20份； 聚醚多元醇 卻份 乙二醇 5份； 改性納米氫氧化鋁 1Θ份；
[0050] 發(fā)泡劑 1Q份； 有機硅泡沫穩(wěn)定劑 3份； 微晶纖維素 1份； 復合催化劑 3份； 發(fā)泡劑 1份； 阻燃剤 3份； 水 6份3:
[0051] 其中，分子量5000的聚碳酸酯二元醇;分子量為2000的芳香胺類聚醚多元醇;所述 復合催化劑為質(zhì)量比3:2:1的三亞乙基二胺、2,4,6_三(二甲氨基甲基）苯酚和二丁基錫二 月桂酸酯的混合物;所述阻燃劑為9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲基-4-羥基苯甲醇;所述改 性納米氫氧化鎂是由納米氫氧化鎂經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH-550濕法改性制得。
[0052]上述改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料的制備，包括以下步驟：
[0053] 將聚酯多元醇和聚醚多元醇加熱至100°C，混勻，冷卻至70°C，得初混料;將含羥基 的低分子量化合物、改性納米氫氧化鋁、發(fā)泡劑、有機硅泡沫穩(wěn)定劑、微晶纖維素、復合催化 劑、發(fā)泡劑、阻燃劑加入水中混合后，加入至初混料中，混勻;再加入改性煤矸石攪拌l〇min， 最后加入4，4 二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，攪拌3h;冷卻，即得。
[0054] 實施例6
[0055] 改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，由以下重量份的組份制成： 實施例3制得的改性煤矸石 10份； 4, 4' -二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯40份； 聚酯多元醇 30份； 聚醚多元醇 10份·， 乙二醇 10份·， 改性納米氫氧化鋁 5份；
[0056] 發(fā)泡劑 20份； 有機硅泡沫穩(wěn)定劑 1份； 微晶纖維素 3份； 復合催化剤 1份； 發(fā)泡劑 3份； 阻燃劑 1份； 水 15份。
[0057]其中，分子量為600的芳烴聚酯多元醇；分子量為2000的山梨醇類聚醚多元醇；所 述復合催化劑為質(zhì)量比3:2:1的三亞乙基二胺、2,4,6_三(二甲氨基甲基）苯酚和二丁基錫 二月桂酸酯的混合物;所述阻燃劑為9，10_二氫-9-氧雜-10-磷雜菲基-4-羥基苯甲醇;所述 改性納米氫氧化鎂是由納米氫氧化鎂經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH-550濕法改性制得。
[0058]上述改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料的制備，包括以下步驟：
[0059] 將聚酯多元醇和聚醚多元醇加熱至120°C，混勻，冷卻至80°C，得初混料;將含羥基 的低分子量化合物、改性納米氫氧化鋁、發(fā)泡劑、有機硅泡沫穩(wěn)定劑、微晶纖維素、復合催化 劑、發(fā)泡劑、阻燃劑加入水中混合后，加入至初混料中，混勻;再加入改性煤矸石攪拌20min， 最后加入4,4'_二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，攪拌lh;冷卻，即得。
[0060] 實施例7
[0061]改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，由以下重量份的組份制成： 實施例1制得的改性煤矸石 6份； 4, 4' -二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯46份； 聚酯多元醇 22份； 聚醚多元醇 15份； 乙二醇 7汾； 改性納米氫氧化鋁 9份；
[0062] 發(fā)泡劑 16份： 有機硅泡沫穩(wěn)定劑 2份； 微晶纖維素 2份； 復合催化劑 2份； 發(fā)泡劑 1份； 阻燃劑 3份； 水 K)份。
[0063]其中，分子量為2000的芳烴聚酯多元醇；分子量為500的山梨醇類聚醚多元醇；所 述復合催化劑為質(zhì)量比3:2:1的三亞乙基二胺、2,4,6_三(二甲氨基甲基）苯酚和二丁基錫 二月桂酸酯的混合物;所述阻燃劑為9，10_二氫-9-氧雜-10-磷雜菲基-4-羥基苯甲醇;所述 改性納米氫氧化鎂是由納米氫氧化鎂經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH-550濕法改性制得。
[0064]上述改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料的制備，包括以下步驟：
[0065] 將聚酯多元醇和聚醚多元醇加熱至115°C，混勻，冷卻至75°C，得初混料;將含羥基 的低分子量化合物、改性納米氫氧化鋁、發(fā)泡劑、有機硅泡沫穩(wěn)定劑、微晶纖維素、復合催化 劑、發(fā)泡劑、阻燃劑加入水中混合后，加入至初混料中，混勻;再加入改性煤矸石攪拌15min， 最后加入4，4 二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，攪拌2h;冷卻，即得。
[0066]測試實施例4至7的性能。
[0067] 表 1
[0068]

[0070] 其中，對比例為市售硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。
[0071] 由上表可知，本發(fā)明產(chǎn)品具有較高的的壓縮強度、泡孔細膩、具有較低的導熱系 數(shù)、泡沫的阻燃性能好。
【主權(quán)項】
1. 一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，其特征在于：由以下重量份的 組份制成： 改性煤矸石 5-10份； 4, 4' -二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯 40-50份; 聚酯多元醇 20-30份； 聚醚多元醇 10-20份； 含羥基的低分子量化合物 5-10份； 改性納米氫氧化鋁 5-10份； 發(fā)泡劑 10-20份； 有機硅泡沫穩(wěn)定劑 1-3份； 微晶纖維素 1-3份； 復合催化劑 1-3份； 發(fā)泡劑 1-3份； 阻燃劑 1-3份； 7K 5-15 份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，其特征 在于:所述改性煤矸石采用以下方法制得： (1) 煤矸石的預處理:將煤矸石加入物質(zhì)的量濃度為0.008~0.012mol/L的鹽酸中浸泡 8-12h，過濾后加入物質(zhì)的量濃度為0.008~0.012mol/L的氫氧化鈉中浸泡4-6h; (2) 將過量的癸二胺溶解于配制好的物質(zhì)的量濃度為0.008~0.012mol/L的鹽酸中，進 行部分質(zhì)子化后，癸二胺被部分質(zhì)子化成一端仍帶有活性-NH2基團的氨鹽； (3) 將步驟（1)預處理后的煤矸石加入部分質(zhì)子化的癸二胺溶液中，置于50~60°C油浴 里，用電動攪拌機攪拌2~4小時，轉(zhuǎn)速為1500~2500r/min;煤矸石和部分質(zhì)子化的癸二胺 溶液的用量比為l〇g: l〇〇ml; (4) 抽濾，濾餅用蒸餾水清洗3~4次，烘干，研磨，過篩，即得改性煤矸石。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，其特征 在于:所述聚酯多元醇為分子量400-5000的聚碳酸酯二元醇或分子量為600-2000的芳烴聚 酯多元醇。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，其特征 在于:所述聚醚多元醇為分子量為500-2000的芳香胺類聚醚多元醇或分子量為500-2000的 山梨醇類聚醚多元醇。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，其特征 在于:所述含羥基的低分子量化合物為乙二醇。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，其特征 在于:所述復合催化劑為質(zhì)量比3:2:1的三亞乙基二胺、2,4,6_三(二甲氨基甲基)苯酚和二 丁基錫二月桂酸酯的混合物;所述阻燃劑為9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲基-4-羥基苯甲 醇。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，其特征 在于:所述改性納米氫氧化鎂是由納米氫氧化鎂經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH-550濕法改性制得。8. 權(quán)利要求1至7任一項所述的一種改性煤矸石-硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料的 制備方法，其特征在于:包括以下步驟： (1) 改性煤矸石的制備： 將過量的癸二胺溶解于配制好的物質(zhì)的量濃度為0.008~0.012mol/L的鹽酸中，進行 部分質(zhì)子化后，癸二胺被部分質(zhì)子化成一端仍帶有活性-NH2基團的氨鹽； 將煤矸石加入部分質(zhì)子化的癸二胺溶液中，置于50~60°C油浴里，用電動攪拌機攪拌2 ~4小時，轉(zhuǎn)速為1500~2500r/min;煤矸石和部分質(zhì)子化的癸二胺溶液的用量比為10g: 100ml； 抽濾，濾餅用蒸餾水清洗3~4次，烘干，研磨，過篩，即得改性煤矸石； (2) 復合保溫材料的制備:將聚酯多元醇和聚醚多元醇加熱至100-120°C，混勻，冷卻至 70-80°C，得初混料;將含羥基的低分子量化合物、改性納米氫氧化鋁、發(fā)泡劑、有機硅泡沫 穩(wěn)定劑、微晶纖維素、復合催化劑、發(fā)泡劑、阻燃劑加入水中混合后，加入至初混料中，混勻； 再加入改性煤矸石攪拌10-20min，最后加入4,4'_二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，攪拌l-3h;冷 卻，即得。
【文檔編號】C08G18/50GK105949432SQ201610321821
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】黃宏坤
【申請人】南京理工大學