一种聚氨酯泡沫复合隔热材料制备方法与流程

本发明涉及隔热材料制备，特别涉及一种聚氨酯泡沫复合隔热材料制备方法。

背景技术：

1、隔热材料是一种能够阻碍热量传递的功能性材料，其内部通常具有多孔、纤维状或空心微珠等特殊结构，通过降低热传导、抑制空气对流以及反射热辐射等方式，有效阻断或减缓物体与外界之间的热交换，从而起到保温、保冷或防护高温的作用。

2、传统隔热材料往往难以兼顾低导热系数与高阻燃性能，导热系数低的材料易燃，阻燃性能好的材料隔热效果不佳；普通二氧化钛填料与树脂基体之间仅为物理共混，界面结合力弱，长期使用后填料易脱落导致性能衰减；传统丙烯酸乳液缺乏功能性活性基团，无法与填料形成化学键合，界面缺陷多，材料的压缩强度和与基材附着力不足；单一阻燃体系难以达到高等级防火要求，且阻燃剂添加量大时反而损害力学性能；多孔填料与树脂基体之间相容性差，分散不均匀，导致隔热效果不稳定。基于此，本发明提供了一种聚氨酯泡沫复合隔热材料制备方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种导热系数低、氧指数高的聚氨酯泡沫复合隔热材料制备方法，应用于一种聚氨酯泡沫复合隔热材料制备方法中。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、本发明提供了一种聚氨酯泡沫复合隔热材料制备方法，所述聚氨酯泡沫复合隔热材料制备方法包括以下步骤：

4、s1.将废旧硬质聚氨酯泡沫经清洗、干燥、两级粉碎，一级粉碎至粒径200-300μm，二级粉碎至粒径50-150μm，得到聚氨酯泡沫再生粉。

5、s2.将水性聚氨酯分散体、改性丙烯酸乳液与去离子水加入反应釜，设定转速300-500rpm，搅拌5分钟，加入2-氨基-2-甲基-1-丙醇调节ph至7.5-8.5，依次加入分散剂、消泡剂、催化剂，搅拌3-5分钟，转速调至600-800rpm，控制温度不超过40℃，加入空心玻璃微珠和短切中空有机阻燃纤维，分散8-10分钟，加入聚氨酯泡沫再生粉、杂化金红石型二氧化钛，分散5-7分钟，加入流平剂、膨胀树脂微球和聚氨酯缔合型增稠剂，转速调至200-300rpm，搅拌2分钟，得到a组分。

6、s3.将亲水改性多异氰酸酯三聚体和丙二醇甲醚醋酸酯混合，密封保存，得到b组分。

7、s4.将a组分和b组分混合，设定转速400-600rpm，混合30-60秒，停止搅拌，静置消泡5-10分钟，固化成型，得到聚氨酯泡沫复合隔热材料。

8、所述2-氨基-2-甲基-1-丙醇的有效胺含量≥95%。

9、所述改性丙烯酸乳液由丙烯酸酯类基础单体与甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯基膦酸、1-乙烯基咪唑通过自由基共聚制得。

10、所述杂化金红石型二氧化钛以金红石型二氧化钛为基底，由正硅酸乙酯、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与植酸通过分步水解缩聚、环氧开环接枝在粉体表面形成一体化共价杂化包覆层制得。

11、所述分散剂的型号为byk-190（德国毕克）。

12、所述消泡剂的型号为tegofoamex825（德国赢创）。

13、所述流平剂为byk-348（德国毕克）和byk-381（德国毕克）按质量比1:1混合而成。

14、所述聚氨酯缔合型增稠剂为rm-8w（罗门哈斯）和rheolate299（海明斯）按质量比1:1混合而成。

15、所述亲水改性多异氰酸酯三聚体的型号为desmodurn3600（科思创）。

16、进一步地，所述s2中a组分包括以下质量百分比原料：30-45%水性聚氨酯分散体、5-10%聚氨酯泡沫再生粉、3-5%杂化金红石型二氧化钛、10-15%改性丙烯酸乳液、0.3-0.8%分散剂、0.1-0.3%消泡剂、0.1-0.3%流平剂、0.01-0.05%催化剂、8-12%空心玻璃微珠、2-4%短切中空有机阻燃纤维、3-5%膨胀树脂微球、0.5-1%聚氨酯缔合型增稠剂、其余为去离子水。

17、所述a组分各原料质量百分比之和为100%。

18、所述水性聚氨酯分散体的型号为baybondud210。

19、所述空心玻璃微珠的d50为10-80μm，壁厚为1-3μm。

20、进一步地，所述改性丙烯酸乳液包括以下质量份原料：25-35份甲基丙烯酸甲酯、30-40份丙烯酸丁酯、3-5份丙烯酸羟乙酯、1-2份丙烯酸、2-5份甲基丙烯酸缩水甘油酯、3-6份乙烯基膦酸、1.5-3份1-乙烯基咪唑、2-3份乳化剂、0.3-0.5份过硫酸铵、85-125份去离子水。

21、所述乳化剂为十二烷基硫酸钠与辛基酚聚氧乙烯醚按质量比1：（1-2）复配而成。

22、所述改性丙烯酸乳液的固含量为42-48%。

23、进一步地，所述改性丙烯酸乳液的制备包括以下步骤：

24、a1.将过硫酸铵和去离子水混合搅拌，得到过硫酸铵水溶液。

25、a2.将部分乳化剂和去离子水混合搅拌，得到乳化剂滴加液。

26、a3.将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯基膦酸和1-乙烯基咪唑混合搅拌，设定转速200-300rpm，搅拌15-20分钟，得到混合单体。

27、a4.将部分混合单体、剩余乳化剂和去离子水加入反应釜，开启搅拌，设定转速800-1000rpm，搅拌30分钟，开启加热，以1-2℃/分钟的升温速率加热至78-82℃，转速调至300-400rpm，加入部分过硫酸铵水溶液，恒温搅拌20-30分钟，同步匀速滴加剩余混合单体、乳化剂滴加液和剩余过硫酸铵水溶液，控制温度80-83℃，全部加入后，恒温搅拌1.5-2小时，以0.5-1℃/分钟的降温速率降温至40℃，转速调至200-300rpm，滴加氨水调节ph至7.5-8.5，搅拌5分钟，过80-120目筛，得到改性丙烯酸乳液。

28、所述部分混合单体占混合单体总质量的15-20%。

29、所述部分过硫酸铵水溶液占过硫酸铵水溶液总质量的1/3。

30、所述部分乳化剂占乳化剂总质量的60-70%。

31、所述过硫酸铵水溶液的质量浓度为2-5%。

32、所述氨水的质量浓度为15-25%。

33、进一步地，所述杂化金红石型二氧化钛的制备包括以下步骤：

34、b1.将正硅酸乙酯和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷混合搅拌，设定转速300-500rpm，搅拌15-20分钟，得到预混合液。

35、b2.将金红石型二氧化钛干粉和去离子水配制成均匀浆料，加入聚丙烯酸钠搅拌，设定转速1000-1500rpm，搅拌30分钟，得到物料b，将物料b研磨至细度≤15μm，将研磨后的物料b放入反应釜，开启搅拌，设定转速200-400rpm，以1-2℃/分钟的升温速率升温至60-65℃，加入冰乙酸调节ph至4.5-5.5，搅拌10-15分钟，滴加预混合液和稀氢氧化钠溶液，恒温搅拌60-90分钟，滴加植酸水溶液，转速调至300-400rpm，以1-2℃/分钟的升温速率升温至75-80℃，恒温搅拌120-150分钟，停止加热，温度自然冷却至室温，得到物料c。

36、b3.将物料c放入压滤机压滤，设定压力0.3-0.5mpa，收集滤饼，使用去离子水洗涤滤饼3-5次，将洗涤后的滤饼鼓风干燥，设定温度100-110℃，干燥12-16小时，将干燥后的滤饼粉碎粒径d50至0.5-1.5μm，得到杂化金红石型二氧化钛。

37、所述均匀浆料固含量为35～40wt%。

38、所述聚丙烯酸钠的分子量为3000-5000。

39、所述金红石型二氧化钛干粉的晶型为金红石型，密度4.2-4.3g/cm³，原始粒径d50为0.1-0.2μm，纯度≥98%。

40、进一步地，所述b1中正硅酸乙酯和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的质量比为1：（2.5-3）。

41、所述b2中以金红石型二氧化钛干粉、去离子水、聚丙烯酸钠和预混合液的质量比为100：（150-186）：（0.3-0.5）：（7-11.2）。

42、所述稀氢氧化钠溶液的浓度为0.5-1.0mol/l，加入稀氢氧化钠溶液调节ph至4.5-5.5。

43、所述植酸水溶液的质量浓度为10-20%，加入植酸水溶液调节ph至4.5-5.5。

44、进一步地，所述s2中短切中空有机阻燃纤维为聚丙烯腈基预氧化纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或多种。

45、所述短切中空有机阻燃纤维的中空率≥30%，极限氧指数≥32%。

46、所述膨胀树脂微球的起始发泡温度70-120℃，最大发泡倍率4-8倍，膨胀前微球粒径10-40μm。

47、所述膨胀树脂微球为热塑性丙烯酸微球、偏氯乙烯类共聚物微球、聚苯乙烯类微球中的一种或多种。

48、所述催化剂为二月桂酸二丁基锡和异辛酸锌按质量比1：（2-5）复配而成。

49、进一步地，所述s3中亲水改性多异氰酸酯三聚体和丙二醇甲醚醋酸酯的质量比为100：（10-20）。

50、进一步地，所述s4中a组分和b组分的质量比为1：（1-1.2）。

51、所述固化成型采用阶梯升温工艺：将消泡后的a组分和b组分混合料先在40℃保温30分钟，再以1-2℃/分钟的升温速率升温至60-80℃保温固化2-6小时。

52、进一步地，所述固化方式为将混合料刮涂于基材表面，60-80℃固化2h后室温养护24h；或将混合料注入模具，60-80℃固化2-6h，脱模后室温养护72h中的一种。

53、本发明具有如下有益效果：

54、1.本发明中，通过聚氨酯泡沫再生粉、空心玻璃微珠、膨胀树脂微球与短切中空有机阻燃纤维构建多级孔隙与阻燃骨架，提供物理隔热与屏障效应；杂化金红石型二氧化钛引入磷-硅协同阻燃单元，并通过表面环氧基与树脂基体发生多重化学键合，增强界面结合。二者叠加使物理隔热、阻燃屏障与化学键合增强、磷-硅阻燃产生耦合增效，最终实现导热系数降低、氧指数提升及附着力同步增强，达成隔热、阻燃、力学三位一体的综合提升。

55、2.本发明中，添加了杂化金红石型二氧化钛，其表面的硅氧杂化网络由正硅酸乙酯与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷共水解缩聚形成，在二氧化钛表面构建致密的无机包覆层，有效钝化金红石型二氧化钛的光催化活性，避免其降解有机树脂基体，同时硅氧网络本身具有优异的热稳定性，能够阻碍热量传递，降低导热系数。植酸通过环氧开环反应共价接枝于硅氧网络表面，引入大量磷元素，与硅元素形成磷-硅协同阻燃体系，在燃烧时促进致密炭层快速生成并抑制火焰传播，显著提升材料的氧指数。杂化层表面保留的环氧基团为后续与树脂基体的化学键合提供了充足的活性反应位点，增强了填料与基体之间的界面结合力，从而提升材料的附着力。

56、3.本发明中，杂化金红石型二氧化钛与改性丙烯酸乳液协同作用，杂化二氧化钛表面的环氧基与改性丙烯酸乳液中的膦酸基、咪唑基发生开环反应和配位键合，并与水性聚氨酯中的异氰酸酯基进一步反应，构建三维共价键桥接网络，消除界面缺陷，大幅提升附着力。硅元素与磷元素形成多重磷-硅阻燃单元，促进致密炭层生成，提升氧指数。化学键合细化孔隙结构并增加界面热阻，使导热系数进一步降低。材料协同使隔热、阻燃和附着性能同时显著提升。