聚氨酯硬泡组合物、保温层及保温管道的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种聚氨酯硬泡组合物、保温层及保温管道。该聚氨酯硬泡组合物按重量份计包括：95～230份的多异氰酸酯、45～95份的聚醚多元醇、5～55份的聚酯多元醇、适量的催化剂和发泡剂；其中，聚醚多元醇包括至少两种羟值不同的聚醚多元醇。这种聚氨酯硬泡组合物通过将多异氰酸酯、至少两种聚醚多元醇以及聚酯多元醇按配比同时添加，能够调整组合物的流动性；通过至少两种多元醇与多异氰酸酯形成不同反应体系，能够调整组合物的固化速率；通过不同多元醇与异氰酸酯的共同调节，能够匹配组合物的流平和固化的时间。进而改善聚氨酯硬泡组合物在管道喷涂时被旋转离心力甩脱的现象，以及管道保温层的凹凸不平的现象。
【专利说明】聚氨酯硬泡组合物、保温层及保温管道
【技术领域】
[0001]本发明涉及保温管制造领域，具体而言，涉及一种聚氨酯硬泡组合物、保温层及保温管道。
【背景技术】
[0002]聚氨酯硬泡保温管的结构由内至外主要包括工作钢管、聚氨酯硬泡保温层及聚乙烯外护管。其中，聚氨酯硬泡具有密度小、比强度高、隔热效果好、成型工艺简单等优点。用其制作的保温层还具有耐磨蚀、不吸水的特点。这些优势使得聚氨酯硬泡在保温工程中，特别是在保冷工程中受到了广泛的青睐。目前，聚氨酯硬泡保温管已经在区域供暖、区域供冷、石油天然气、工业液体传输以及船舶液体传输等领域得到了广泛应用。
[0003]现有的聚氨酯保温管道中保温层的生产工艺主要有“两步法”、“一步法”和“喷涂法”。其中，“喷涂法”的具体操作步骤如下:将待喷管道以一定的转速旋转，使聚氨酯组合物的喷头以一定的速度沿待喷管道的轴向进行单向相对移动，以此进行管道喷涂。由于采用“喷涂法”具有发泡均匀、生产效率高等优势，使其在聚氨酯保温管道的制备中得到了广泛关注。但是，适用于管道喷涂的聚氨酯硬泡组合物很少，这主要是由以下原因造成:
[0004]当聚氨酯硬泡组合物的流平时间过短、固化时间过长时，组合物迅速流平后因来不及固化而使组合物内部的作用力较低。较低的内部作用力使得组合物极易被由于管道旋转而产生的离心力所甩脱。当聚氨酯硬泡组合物的流平时间过长、固化时间过短时，组合物来不及流平就迅速固化，使得组合物极易出现结块，进而导致保温层出现凹凸不平的现象。在此基础上，如何匹配聚氨酯硬泡组合物的流平时间和固化时间，是保证管道保温层喷涂效果的关键。
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种聚氨`酯硬泡组合物、保温层及保温管道，以提供一种适用于管道喷涂法的聚氨酯硬泡组合物。
[0006]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种聚氨酯硬泡组合物，其按重量份计包括:95~230份的多异氰酸酯、45~95份的聚醚多元醇、5~55份的聚酯多元醇、适量的催化剂和发泡剂；其中，聚醚多元醇包括至少两种羟值不同的聚醚多元醇。
[0007]进一步地，上述聚醚多元醇包括35~60份羟值为400~470mgK0H/g的聚醚多元醇1、10~20份羟值为360~500mgK0H/g的聚醚多元醇II及O~30份羟值为720~81OmgKOH/g的聚醚多元醇III。
[0008]进一步地，其按重量份计，催化剂的用量为1.6~12.5份，发泡剂的用量为5~37份。
[0009]进一步地,其按重量份计包括:100~180份的所述多异氰酸酯、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份的所述催化剂和10~30.1的所述发泡剂。[0010]进一步地，上述聚醚多元醇I与聚醚多元醇II为蔗糖聚醚多元醇；聚醚多元醇III为二胺聚醚多元醇；聚酯多元醇为芳香族聚酯多元醇和/或松香聚酯多元醇。
[0011]进一步地，上述多异氰酸酯的官能度为2.6~2.7，优选异氰酸酯为多次甲基多苯基异氰酸酯。
[0012]进一步地,上述催化剂包括0.5~4.2份的起发催化剂、0.5~4份的凝胶催化剂、
0.5~4份的三聚催化剂及0.1~0.3份的二月桂酸二丁基锡；优选地，起发催化剂为五甲基二乙烯三胺与碳含量为C2~C5的醇的混合溶液，或五甲基二乙烯三胺与二甲基环己胺的混合物；凝胶催化剂为三乙烯二胺与碳含量为C2~C5的醇的混合溶液，或三乙烯二胺与N, N- 二甲基乙醇胺的混合物；三聚催化剂为醋酸钾和/或1，3，5-三(二甲氨基丙基)六氢三嗪。
[0013]进一步地，上述发泡剂为一氟二氯乙烷，或一氟二氯乙烷与水的混合物。
[0014]进一步地，上述组合物按重量份计还包括:1~3份的均泡剂，所述均泡剂为硅氧烷类表面活性剂，优选为LK665、AK8801、AK8805、AK8803和AK8812中的一种或几种。
[0015]根据本发明的另一方面，提供了一种保温层，其由上述的聚氨酯硬泡组合物经喷涂、固化而成。
[0016]根据本发明的另一方面，还提供了一种保温管道，包括保温层，该保温层为上述的保温层。
[0017]应用本发明聚氨酯硬泡组合物、管道保温层及保温管道。通过将多异氰酸酯、具有不同羟值含量的聚醚多元醇以及聚酯多元醇按配比同时添加，能够调整聚氨酯硬泡组合物的流动性；同时，通过采用不同羟值的多元醇与多异氰酸酯形成不同反应体系，能够调整聚氨酯硬泡组合物的固化速率；进一步地，通过不同多元醇与异氰酸酯的共同调节，能够匹配组合物的流平时间和固化时间。这种固化时间和流平时间的匹配，能够有效避免聚氨酯硬泡组合物在管道喷涂时，因流平过快或固化时间太长而导致组合物内部作用力过低，进而被管道的旋转离心力甩脱的现象。同时，避免了来不及流平的组合物迅速固化结块所导致的管道保温层凹凸不平的现象，进一步地改善了组合物的管道喷涂效果。
【具体实施方式】
[0018]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
[0019]在聚氨酯硬泡组合物中，多元醇与多异氰酸酯的固化反应时间受到了体系中反应官能团比例及催化剂含量的影响。同时，组合物在管道喷涂过程中的流平时间受到了组合物中各组分的含量的影响。上述固化时间和流平时间会直接影响组合物的管道喷涂效果。当组合物的流平时间过短、固化时间过长时，由于管道的旋转会产生一定的离心力，使得组合物因来不及固化而被这种离心力甩脱；当组合物的流平时间过长、固化时间过短时，组合物来不及流平就发生了固化，使得组合物容易结块，进而会导致保温层出现凹凸不平的现象。
[0020]为了解决【背景技术】中所提出的采用喷涂法制备管道保温层时组合物的流平时间和固化时间难以匹配的问题，本发明发明人提供了一种聚氨酯硬泡组合物，其按重量份计包括95~230份的多异氰酸酯、45~95份的聚醚多元醇、5~55份的聚酯多元醇、适量的催化剂和发泡剂；聚醚多元醇包括至少两种羟值不同的聚醚多元醇。
[0021]本发明所提供的这种聚氨酯硬泡组合物中，基于不同原料的流动性之间的差异，按照比例同时添加了多异氰酸酯、具有不同羟值含量的聚醚多元醇以及聚酯多元醇，以调整聚氨酯硬泡组合物的流平时间。并且通过将多异氰酸酯与具有不同羟值含量的聚醚多元醇以及聚酯多元醇协同添加，形成不同的固化反应体系以调节聚氨酯硬泡组合物的固化时间。进一步地，通过不同多元醇与异氰酸酯的共同调节，以匹配组合物的流平时间和固化时间。本发明所提供的这种聚氨酯硬泡组合物通过匹配组合物的流平时间和固化时间，能够在管道喷涂时能够降低因管道的旋转而被甩脱的发生率，同时能够使组合物流平后及时地完成固化反应，进而避免管道保温层出现凹凸不平的问题。
[0022]在本发明的一种优选的实施方式中，聚醚多兀醇包括35~60份轻值为400~470mgK0H/g的聚醚多元醇1、10~20份羟值为360~500mgK0H/g的聚醚多元醇I1、0~30份羟值为720~810mgK0H/g的聚醚多元醇III。上述组合物中，通过将不同羟值的聚醚多元醇按特定比例范围协同添加，能够使固化时间与流平时间更加匹配。进而使组合物的喷涂效果更加优异。
[0023]在本发明的一种更优选的实施方式中，上述组合物按重量份计，催化剂的用量为
1.6~12.5份，发泡剂的用量为5~37份。上述组合物中，通过进一步加入适量的催化剂和发泡剂，有利于进一步调整组合物的固化时间和流平时间，使两者更为匹配，进而符合采用喷涂法形成聚氨酯硬泡组合物对流平时间和固化时间的要求。
[0024]在本发明的一种进一步优选的实施方式中，上述组合物按重量份计包括100~180份的多异氰酸酯、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份的催化剂及10.1~30.1的发泡剂。上述重量份范围的组分有利于形成流平时间和固化时间更为匹配的聚氨酯硬泡组合物，进而能够使得所制备的管道保温层表面更加光滑均匀。
[0025]本发明所提供的上述聚氨酯硬泡组合物中，所使用的各种聚醚多元醇按照羟基数量选择适当的原料即可。更为优选地，可选的聚醚多元醇I与聚醚多元醇II为蔗糖聚醚多元醇，其中聚醚多元醇I包括但不限于蔗糖聚醚多元醇4110 (羟值430-470mgK0H/g)和/或蔗糖聚醚多元醇835 (羟值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 (羟值440-480mgK0H/g)。可选的聚醚多元醇III为二胺聚醚多元醇，其包括但不限于二胺聚醚多元醇403 (羟值735-805mgK0H/g)。本发明所提供的上述聚氨酯硬泡组合物中，可选的聚酯多元醇并没有特定的要求，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。本发明上述所使用的上述原料均为市售产品，其中蔗糖聚醚多元醇680与松香聚酯多元醇800为绍兴恒丰聚氨酯有限公司生产。
[0026] 在本发明中只要通过不同种类的多元醇相互搭配，就能够调整聚氨酯硬泡组合物的固化时间和流平时间。在采用上述几类多元醇相互搭配时，有利于使得聚氨酯硬泡组合物在管道喷涂过程中的固化时间和流平时间更为匹配，进而改善了管道喷涂的效果。
[0027]本发明所提供的上述聚氨酯硬泡组合物中，可以采用的多异氰酸酯并没有特定的要求，只要其中包含异氰酸酯基即可。优选的上述多异氰酸酯的官能度为2.6~2.7。采用官能度为2.6~2.7的多异氰酸酯，一方面能够保证所形成的聚氨酯保温层的压缩强度和密度等综合性能，另一方面能够协调组合物的固化时间和流平时间。更优选异氰酸酯为多次甲基多苯基异氰酸酯。
[0028]本发明所提供的上述聚氨酯硬泡组合物中，可以使用的催化剂有多种，只要能够促进各原料反应即可。在本发明的一种优选实施方式中，组合物中的催化剂包括0.5~4.2份的起发催化剂、0.5~4份的凝胶催化剂、0.5~4份的三聚催化剂及0.1~0.3份的二月桂酸二丁基锡。在这种优选实施方式中，通过不同类型的催化剂相互搭配，能够有效的调整上述聚氨酯硬泡组合物中各固化体系的固化速率，进一步调整组合物的固化时间。采用上述催化剂形成的聚氨酯硬泡组合物，将其进行管道喷涂时，聚氨酯硬泡组合物能够在流平的过程中逐渐固化，进而能够提高管道保温层的喷涂效率和喷涂效果。
[0029]本发明所提供的上述聚氨酯硬泡组合物中，上述起发催化剂采用常规用料即可，其优选包括但不限于五甲基二乙烯三胺与碳含量为C2~C5的醇的混合溶液，或五甲基二乙烯三胺与二甲基环己胺的混合物；上述凝胶催化剂包括但不限于三乙烯二胺与碳含量为C2~C5的醇的混合溶液，或三乙烯二胺与N，N- 二甲基乙醇胺的混合物；上述三聚催化剂包括但不限于醋酸钾和/或1，3，5-三(二甲氨基丙基)六氢三嗪。采用上述催化剂形成的聚氨酯硬泡组合物，其在管道喷涂过程中，流平时间与固化时间能够更加匹配。进而能够促使组合物在管道喷涂过程中更加稳定，并促使所形成的管道保温层具有更加优异的综合性能。
[0030]本发明所提供的上述组合物中，其发泡剂可以根据反应物的种类进行选择。优选地，发泡剂为一氟二氯乙烷，或一氟二氯乙烷与水的混合物。更优选地，发泡剂按重量份计包括5~35份的一氟二氯乙烷和0.1~2份的水。采用这种发泡剂，能够利用其发泡速率调整组合物的流动性，进而匹配组合物的流平时间和固化时间，保证组合物的喷涂效果。
[0031]在本发明的一种优选实施方式中，上述聚氨酯硬泡组合物还包括I~3份的均泡剂，更优选上述均泡剂为硅 氧烷类表面活性剂，进一步优选为LK665 (Air products andchemicals Inc)、AK8801 (江苏美思德化学股份有限公司)、AK8805 (江苏美思德化学股份有限公司)、AK8803 (江苏美思德化学股份有限公司)和AK8812 (江苏美思德化学股份有限公司)中的一种或几种。将上述均泡剂加入至聚氨酯硬泡组合物中，能够促使保温层中的泡孔分布更加均匀，进而保证保温层的压缩强度等综合性能。
[0032]同时，在本发明中还提供了一种保温层，该保温层是由上述聚氨酯硬泡组合物经喷涂、固化而成。这种管道保温层的表面光滑，具有较高的密度、压缩强度和闭孔率，并具有较低的导热系数和吸水率，其综合性能更加优异。
[0033]另外，在本发明中还提供了一种保温管道，其包括保温层，且该保温层为上述的管道保温层。这种保温管道具有优异的综合性能，其保温性能较好，且由于采用喷涂法直接制备，其生产效率较高。
[0034]本发明所提供的上述的聚氨酯硬泡组合物通过将各组分混合即可形成喷涂浆料，在形成保温管道的保温层时，优选地，上述喷涂过程中管道旋转的线速度为94mm土 18mm/s，喷料头与待喷管道的相对速度为lm±0.lm/min，各物料的预加热温度为70±2°C。
[0035]以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。[0036]实施例1
[0037]配置聚氨酯硬泡组合物，并将其置于喷料机中待用，其组分和配比如下:
[0038]
组分重量份
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
一氟二氯乙烧Ti 浓度为33wt%的五甲基二乙烯三胺/乙醇溶液
醋酸钾H
重量比为4:1的三乙烯二胺/N，N- 二甲基乙醇胺混合物4
二月桂酸二丁基锡005
均泡剂LK665O
官能度为2.6~2.7的多次甲基多苯基异氰酸酯230
[0039]利用上述聚氨酯硬泡组合物，采用喷涂法在管道表面制备保温层，具体方法如下:将待喷管道(DN300)在固定支架上以6r/min的转速旋转。采用固瑞克H-VR喷涂机，将组合物加热至70°C。然后，将喷料头距离待喷管道表面Im处设置，且使喷料头沿管道的轴向方向以lm±0.lm/min的速度单向相对移动，以将上述组合物喷涂至管道外表面。其中，钢管表面温度为20 V，一次成型后在管道表面形成了管道保温层。
[0040]实施例2
[0041]配置聚氨酯硬泡组合物，并将其置于喷料机中待用，其组分和配比如下:
[0042]
组分重量份
蔗糖聚醚多元醇83530
蔗糖聚醚多元醇68015
二胺聚醚多元醇403O
【权利要求】
1.一种聚氨酯硬泡组合物，其特征在于，按重量份计包括:95~230份的多异氰酸酯、45~95份的聚醚多元醇、5~55份的聚酯多元醇、适量的催化剂和发泡剂；其中，所述聚醚多元醇包括至少两种羟值不同的聚醚多元醇。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚醚多元醇包括35~60份羟值为400~470mgK0H/g的聚醚多元醇1、10~20份羟值为360~500mgK0H/g的聚醚多元醇II及O~30份羟值为720~810mgK0H/g的聚醚多元醇III。
3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，按重量份计，所述催化剂的用量为1.6~12.5份，所述发泡剂的用量为5~37份。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，按重量份计包括:100~180份的所述多异氰酸酯、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份的所述催化剂和10~30.1的所述发泡剂。
5.根据权利要求2或4所述的组合物，其特征在于，所述聚醚多元醇I与所述聚醚多元醇II为蔗糖聚醚多元醇；所述聚醚多元醇III为二胺聚醚多元醇；所述聚酯多元醇为芳香族聚酯多元醇和/或松香聚酯多元醇。
6.根据权利要求1或4所述的组合物，其特征在于，所述多异氰酸酯的官能度为2.6~2.7，优选所述异氰酸酯为多次甲基多苯基异氰酸酯。
7.根据权利要求3或4所述的组合物，其特征在于，所述催化剂包括0.5~4.2份的起发催化剂、0.5~4份的凝胶催化剂、0.5~4份的三聚催化剂及0.1~0.3份的二月桂酸二丁基锡；优选地，所述起发·催化剂为五甲基二乙烯三胺与碳含量为C2~C5的醇的混合溶液，或五甲基二乙烯三胺与二甲基环己胺的混合物；所述凝胶催化剂为三乙烯二胺与碳含量为C2~C5的醇的混合溶液，或三乙烯二胺与N，N- 二甲基乙醇胺的混合物；所述三聚催化剂为醋酸钾和/或1，3，5-三(二甲氨基丙基)六氢三嗪。
8.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述发泡剂为一氟二氯乙烷，或一氟二氯乙烷与水的混合物。
9.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物按重量份计还包括:1~3份的均泡剂，所述均泡剂为硅氧烷类表面活性剂，优选为LK665、AK8801、AK8805、AK8803和AK8812中的一种或几种。
10.一种保温层，其特征在于，所述保温层由权利要求1至9中任一项所述的聚氨酯硬泡组合物经喷涂、固化而成。
11.一种保温管道，包括保温层，其特征在于，所述保温层为权利要求10所述的保温层。
【文档编号】C08G101/00GK103709356SQ201310741891
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】任建鹏, 邸建军, 刘小平, 李依璇, 赖广森, 张凯昌 申请人:北京碧海舟腐蚀防护工业股份有限公司, 廊坊碧海舟涂料有限公司