一种聚氨酯硬泡层喷涂用组合物及聚氨酯硬泡层的制作方法

本发明涉及聚氨酯泡沫，特别涉及一种聚氨酯硬泡层喷涂用组合物及聚氨酯硬泡层。

背景技术：

1、聚氨酯硬泡是一种优良的绝热保温材料，而且耐热耐寒，广泛的用于城市热力管道、石油天然气输送管道、航空航天领域助推器、建筑物保温层等各个领域，用量非常大。其中，聚氨酯保温管道是一种具有保温绝热作用的管道，由内向外依次为钢管、聚氨酯硬泡层、聚乙烯缠绕外护层。该类保温管可根据需求在工厂预制，大大方便了现场施工。大量需求以及越来越高的环保要求，迫使厂家必须提高生产效率，提高聚氨酯硬泡层的环保性。

2、为了提高生产效率，出现了连续式喷涂缠绕工艺，但此种技术对聚氨酯硬泡层的初始强度、熟化速度等具有较高的要求，否则将会出现各种质量问题，反而影响生产效率。

3、目前聚氨酯硬泡层的组合物仍是以hcfc-141b发泡剂为主，这种氯氟烃类发泡剂由于对臭氧层有破坏，施工过程会产生严重的刺鼻气味，即将面临淘汰和禁用。烷烃类发泡剂是较为理想的环保发泡剂，但由于其易燃易爆的危险性，使用范围将大大受限。全水发泡剂也是绿色无污染型发泡剂，但发泡过程产生的反应热较大，内部热量短时间积聚严重，不易散发，极易造成聚氨酯硬泡层烧芯和开裂，导致各种力学性能下降，同时由于水与异氰酸酯反应产生的脲键刚性较强，韧性差，在受到外力作用时(如钢管传送、聚乙烯缠绕时等)极易断裂和脱层，影响产品质量和效率，导致综合成本上升。

技术实现思路

1、鉴于以上问题，本技术旨在提供一种聚氨酯硬泡层喷涂用组合物及聚氨酯硬泡层，熟化速度快，可快速提升聚氨酯硬泡层的强韧性，解决了采用连续式喷涂缠绕工艺时管道通过传输轨道时产生变形开裂的问题，而且无刺鼻气味产生，显著改善了施工环境，是一种环境友好型聚氨酯硬泡层。

2、第一方面，本技术提供一种聚氨酯硬泡层喷涂用组合物，所述组合物按重量份计包括以下组分：

3、

4、根据本技术实施例提供的技术方案，所述聚醚多元醇二包括以乙二胺为起始剂，在碱性催化剂作用下，与环氧化合物开环聚合获得的聚醚多元醇。

5、具体的，由于聚醚多元醇二含极性叔氨基和大量羟基，极性叔氨基具有催化作用，可以促进与异氰酸酯结合形成聚氨酯，而大量的羟基可快速与异氰酸酯基团反应生产氨基甲酸酯，加快反应速度，故聚醚多元醇二不但具有催化效果，而且可以参与反应，快速形成交联度更高的网络结构，提升聚氨酯硬泡层的强度和韧性。

6、根据本技术实施例提供的技术方案，所述聚醚多元醇三包括以甲苯二胺为起始剂，与环氧化合物开环聚合获得的聚醚多元醇。

7、具体的，聚醚多元醇三的结构中存在n原子和苯环，使其具有自催化作用，同时增加了刚性基团，在与异氰酸酯混合后喷涂形成聚氨酯硬泡层时，使硬泡层加速熟化，而且提高了硬泡层强度及承载能力，使其快速具备良好的表皮性能，改善尺寸稳定性。

8、根据本技术实施例提供的技术方案，所述聚醚多元醇四包括以甘油为起始剂制得的聚醚多元醇。

9、具体的，经过聚醚多元醇二、聚醚多元醇三的调整，聚氨酯硬泡层在短时间内即获得了较高的硬度，但同时脆性也较高，在传输轨道上抗挤压冲击性能较差，容易开裂。而聚醚多元醇四相较于聚醚多元醇一、聚醚多元醇二、聚醚多元醇三，粘度较低，流动性较好，而且官能度较低，形成交联网络结构的速度慢，可使得聚氨酯硬泡层在反应初期仍具有较高的流动性和韧性。故本技术添加聚醚多元醇四，用以调整聚氨酯硬泡层形成初期的韧性，使得聚氨酯硬泡层在快速提升强度的同时仍可以保持一定的韧性，提高聚氨酯硬泡层的抗冲击性能。

10、根据本技术实施例提供的技术方案，所述聚醚多元醇一羟值为400～450mgkoh/g，官能度为5～6，在25℃时的粘度为4000-6000mpa·s。

11、所述聚醚多元醇二羟值为700～800mgkoh/g，官能度为4，在25℃时的粘度为20000～30000mpa·s。

12、聚醚多元醇三羟值为380～420mgkoh/g，官能度为4，在25℃时的粘度为15000～20000mpa·s。

13、聚醚多元醇四羟值为150～180mgkoh/g，官能度为3，在25℃时的粘度为500～800mpa·s。

14、根据本技术实施例提供的技术方案，所述聚酯多元醇为苯酐聚酯，具有阻燃性以及高强度的芳香环状结构，羟值为300～320mgkoh/g，官能度为2～3，在25℃时的粘度为500～800mpa·s。

15、根据本技术实施例提供的技术方案，所述聚醚多元醇一为亚东化工的yd-635或廊坊全振化工的qz-635。

16、根据本技术实施例提供的技术方案，所述聚醚多元醇二包括亚东化工的yd-403或廊坊全振化工的qz-403。

17、根据本技术实施例提供的技术方案，所述聚醚多元醇三包括亚东化工的yd-401p、yd-td400或yd-td405中的一种或几种。

18、根据本技术实施例提供的技术方案，所述聚醚多元醇四包括亚东化工的yd-310。

19、根据本技术实施例提供的技术方案，所述聚酯多元醇包括南京斯泰潘的ps-3152、ps-2915、ps-3020中的一种或几种。

20、根据本技术实施例提供的技术方案，所述催化剂包括催化剂一、催化剂二和催化剂三。

21、具体的，催化剂一包括118a或pt-303中的一种或两种，属发泡催化剂，主要促进水与异氰酸酯反应；

22、催化剂二包括t-12或pt-306中的一种或两种，属凝胶催化剂，主要促进多元醇和异氰酸酯的反应，其中，t12为二月桂酸二丁基锡；

23、催化剂三包括pc-41、醋酸钾或异辛酸钾中的一种或几种，属三聚催化剂，主要促进异氰酸酯自身的聚合反应，对异氰酸酯三聚形成聚异氰脲酸酯反应有催化效力，具有发泡快、凝胶快的特点。

24、现有技术中制备组合物以及组合物与异氰酸酯混合施工过程中，存在刺鼻的异味，主要是催化剂产生的，因为现有技术中催化剂在反应完成后，催化剂仍是以游离的状态存在，易挥发，所以容易产生较重的刺鼻气味。而本技术采用的催化剂均含有可与异氰酸酯反应的基团，反应结束后，催化剂与异氰酸酯反应形成新的结构，不再是游离状态，从而显著降低了制备聚氨酯硬泡层过程的气味，使得喷涂过程环保性显著提升。同时，本技术采用的聚醚多元醇二、聚醚多元醇三以及交联剂都具有自催化作用，在一定程度上也减少了催化剂的用量，进一步减轻了刺鼻气味的产生。

25、根据本技术实施例提供的技术方案，所述交联剂包括三乙醇胺、二乙醇胺或甲基二乙醇胺中的一种或几种。

26、具体的，本技术选用的交联剂是三官能度以上的多元胺，且带有可与异氰酸酯反应基团，在形成聚氨酯的化学反应中既起扩链作用，又使聚氨酯分子形成网状交联结构，同时具有交联、催化的作用，增加聚氨酯分子中的硬段含量，进一步改善聚氨酯硬泡层的强度、硬度性能，进而提高生产效率、改善生产工艺。

27、根据本技术实施例提供的技术方案，所述泡沫稳定剂包括非水解硅碳类表面活性剂，具体为美思德化学的m-8193或迈图的dc-193。

28、具体的，有机硅表面活性剂可分为si-o-c类和si-c类，其中si-c键不发生水解，产品可长期贮存也不易变质，而si-o-c键在强酸或强碱条件下易水解，与有机锡、胺类催化剂混合后不能稳定存在，可被分裂成硅氧烷和醚键，失去稳定作用，故本技术选择si-c类表面活性剂。

29、根据本技术实施例提供的技术方案，所述物理发泡剂包括hfc-245fa。

30、具体的，hfc-245fa发泡剂相较于hcfc-141b发泡剂，是一种较为环保的发泡剂，也是目前常用的发泡剂。为了促进hfc-245fa发泡剂良好的气化发泡，本技术添加少量的水，与异氰酸酯反应释放出大量热量，快速提升反应体系的温度，促使物理发泡剂hfc-245fa快速反应气化，形成气泡充填到上述网状交联结构中，提高形成稳定的聚氨酯硬泡层的效率。

31、根据本技术实施例提供的技术方案，所述组合物的制备过程包括以下步骤：

32、混合温度为15～25℃的所述聚醚多元醇一、所述聚醚多元醇二、所述聚醚多元醇三、所述聚醚多元醇四、所述聚酯多元醇，得到混合物一；

33、混合所述混合物一、所述交联剂、所述催化剂、所述泡沫稳定剂、所述水，得到混合物二；

34、混合物理发泡剂与所述混合物二，搅拌至均匀，得到所述组合物，其中，混合前，所述物理发泡剂的温度＜10℃。

35、第二方面，本技术还提供一种聚氨酯硬泡层，所述硬泡层采用所述组合物与异氰酸酯混合发泡而成，且所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯，其nco含量为30～32％，官能度为2.0～2.5。

36、具体的，喷涂温度为35～45℃；组合物与异氰酸酯的质量百分比为1:1.4～1.6。

37、根据本技术实施例提供的技术方案，所述异氰酸酯包括万华化学的pm-400或pm-200。

38、综上，本技术公开有一种聚氨酯硬泡层喷涂用组合物及聚氨酯硬泡层，基于上述方案产生的有益效果是：

39、(1)采用本技术提供的组合物与异氰酸酯混合喷涂后，硬泡层可在2～3min达到初始强度，较现阶段10min达到初始强度显著提升，解决了采用连续式喷涂缠绕工艺时管道通过传输轨道时产生变形开裂的问题，提高了生产效率。

40、(2)本技术提供的催化剂可与异氰酸酯反应，在混合喷涂过程中不再是游离状态，使之不再挥发，显著降低了喷涂过程的刺鼻气味，改善了作业环境，提升了聚氨酯硬泡层的环保性。

41、(3)本技术提供的聚醚多元醇二、聚醚多元醇三以及交联剂都具有自催化作用，在一定程度上也减少了催化剂的用量，进一步减轻了刺鼻气味的产生。而且可以减少添加型催化剂用量，降低催化剂的成本，进一步提升产品的竞争力。