一種改性煤矸石-硬質聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料的制作方法
【專利摘要】本發明提供的一種改性煤矸石?硬質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、發泡劑、有機硅泡沫穩定劑、微晶纖維素、復合催化劑、發泡劑、阻燃劑、水。本發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-硬質聚氨酯泡沬塑料復合保溫材料
技術領域
[0001] 本發明涉及一種改性煤矸石-硬質聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料，屬于材料科學 領域。
【背景技術】
[0002] 近幾年來，利用墻體保溫實現建筑節能已越來越被重視，國家也已經開始強制施 行建筑節能措施，現在市場上大規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點是質輕、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，那么硬質聚氨酯泡沫塑料就無法在我國建筑節能中獲得大規模 的推廣應用。
[0003] 硬質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 關系到硬質聚氨酯泡沫塑料能否繼續發展的關鍵因素之一。如何提高現有聚氨酯硬泡的耐 熱性并改善其阻燃性的研究以及大規模的推廣應用已成為現階段亟需解決的重要問題。

【發明內容】

[0004] 發明目的:本發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 聚氨酯泡沫塑料復合保溫材料及其制備方法。
[0005] 技術方案:本發明提供的一種改性煤矸石-硬質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； 發泡劑 10-20份； 有機硅泡沫穩定劑 1-3份； 微晶纖維素 1-3份； 復合催化劑 1-3份；
[0007] 發泡劑 】-3份； 阻燃劑 1-3份； 水 5-15份》
[0008] 作為優選，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的量濃度為0.008~0.012mol/L的鹽酸 中，進行部分質子化后，癸二胺被部分質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，轉速為1500~2500r/min;煤矸石和部分質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]作為另一種優選，所述復合催化劑為質量比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] 作為另一種優選，所述改性納米氫氧化鎂是由納米氫氧化鎂經硅烷偶聯劑KH-550 濕法改性制得。
[0018] 本發明還提供了上述一種改性煤矸石-硬質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的量濃度為0.008~0.012mol/L的鹽酸中， 進行部分質子化后，癸二胺被部分質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，轉速為1500~2500r/min;煤矸石和部分質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、發泡劑、有機硅 泡沫穩定劑、微晶纖維素、復合催化劑、發泡劑、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'_二環己基甲烷二異氰酸酯，攪拌1-3h;冷卻，即得。
[0024]有益效果:本發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]根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實 施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結果僅用于說明本發明，而不應當也不會限 制權利要求書中所詳細描述的本發明。
[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的量濃度為0.010m〇l/L的鹽酸中，進行 部分質子化后，癸二胺被部分質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，轉速為2000r/min;煤矸石和部分質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：將煤矸石加入物質的量濃度為0.008mol/L的鹽酸中浸泡 12h，過濾后加入物質的量濃度為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的量濃度為0.008mol/L的鹽酸中，進行 部分質子化后，癸二胺被部分質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，轉速為1500r/min;煤矸石和部分質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:將煤矸石加入物質的量濃度為0.012mol/L的鹽酸中浸泡8h， 過濾后加入物質的量濃度為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的量濃度為0.012mol/L的鹽酸中，進行 部分質子化后，癸二胺被部分質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，轉速為2500r/min;煤矸石和部分質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] 發泡劑 15份； 有機硅泡沫穩定劑 2份； 微晶纖維素 .2.份； 復合催化劑 2份； 發泡劑 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硅烷偶聯劑KH-550濕法改性制得。
[0046]上述改性煤矸石-硬質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、發泡劑、有機硅泡沫穩定劑、微晶纖維素、復合催化 劑、發泡劑、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] 發泡劑 1Q份； 有機硅泡沫穩定劑 3份； 微晶纖維素 1份； 復合催化劑 3份； 發泡劑 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硅烷偶聯劑KH-550濕法改性制得。
[0052]上述改性煤矸石-硬質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、發泡劑、有機硅泡沫穩定劑、微晶纖維素、復合催化 劑、發泡劑、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] 發泡劑 20份； 有機硅泡沫穩定劑 1份； 微晶纖維素 3份； 復合催化剤 1份； 發泡劑 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硅烷偶聯劑KH-550濕法改性制得。
[0058]上述改性煤矸石-硬質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、發泡劑、有機硅泡沫穩定劑、微晶纖維素、復合催化 劑、發泡劑、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] 發泡劑 16份： 有機硅泡沫穩定劑 2份； 微晶纖維素 2份； 復合催化劑 2份； 發泡劑 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硅烷偶聯劑KH-550濕法改性制得。
[0064]上述改性煤矸石-硬質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、發泡劑、有機硅泡沫穩定劑、微晶纖維素、復合催化 劑、發泡劑、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，對比例為市售硬質聚氨酯泡沫塑料。
[0071] 由上表可知，本發明產品具有較高的的壓縮強度、泡孔細膩、具有較低的導熱系 數、泡沫的阻燃性能好。
【主權項】
1. 一種改性煤矸石-硬質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； 發泡劑 10-20份； 有機硅泡沫穩定劑 1-3份； 微晶纖維素 1-3份； 復合催化劑 1-3份； 發泡劑 1-3份； 阻燃劑 1-3份； 7K 5-15 份。2. 根據權利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質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的量濃度為0.008~0.012mol/L的鹽酸中，進 行部分質子化后，癸二胺被部分質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，轉速為1500~2500r/min;煤矸石和部分質子化的癸二胺 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. 根據權利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質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. 根據權利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質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. 根據權利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質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. 根據權利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質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. 根據權利要求1所述的一種改性煤矸石-硬質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硅烷偶聯劑KH-550濕法改性制得。8. 權利要求1至7任一項所述的一種改性煤矸石-硬質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的量濃度為0.008~0.012mol/L的鹽酸中，進行 部分質子化后，癸二胺被部分質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，轉速為1500~2500r/min;煤矸石和部分質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、發泡劑、有機硅泡沫 穩定劑、微晶纖維素、復合催化劑、發泡劑、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
【發明人】黃宏坤
【申請人】南京理工大學