一种用于冷链物流的改性聚氨酯保温材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及保温材料技术领域，特别是涉及一种用于冷链物流的改性聚氨酯保温材料及其制备方法。

背景技术

目前，市场上的冷链运输箱大部分均是采用普通聚氨酯为内胆保温材料，制冷技术和工艺落后，无法更有效的为易腐食品流通提供低温保障。现在我国的冷藏运输率(即易腐货物采用冷藏运输所占的比例)仅能达到10％～20％，远远不能满足冷链运输的要求。并且现有冷链运输过程中损耗高，整个物流费用占到易腐物品成本的70％，超过国际规定的易腐物品物流成本最高不超过其总成本的50％。

现代冷链物流的冷链效果在很大程度上受制于用于冷链物流的保温材料的性能。随着科技的发展，用于冷链物流的保温材料的制备近年来已有不少研究，也取得了一定的进展和成果，如申请号为CN200920097784.9的实用新型专利公开了一种填充式蜂窝纸板保温环保板材，主要应用在制作制冷物流行业中。但该保温材料的耐低温性能和阻燃性能有待进一步提高。

目前，保温材料主要分为有机和无机保温材料两大类，有机类保温材料主要有聚氨酯泡沫、发泡聚苯乙烯板、挤塑聚苯乙烯板等。无机保温材料主要有珍珠岩、发泡水泥、气凝胶毡、岩棉等。其中，有机保温材料保温效果好，而且具有重量轻、可加工性好、致密性高，但是不耐老化，变形系数大，稳定性差，安全环保性差；无机保温材料具有较好的防火阻燃和抗老化性能，使用寿命长，变形系数小，性能稳定，但保温效果稍差。

由此可见，上述现有的用于冷链物流的保温材料显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的用于冷链物流的改性聚氨酯保温材料及其制备方法，使其能兼具有机保温材料的低导热系数，又具有无机保温材料的防火阻燃性能，提升用于冷链物流的保温材料的综合性能，成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于冷链物流的改性聚氨酯保温材料，使其能兼具有机保温材料的低导热系数，又具有无机保温材料的防火阻燃性能，提升用于冷链物流的保温材料的综合性能，从而克服现有的用于冷链物流的保温材料的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于冷链物流的改性聚氨酯保温材料，所述改性聚氨酯保温材料为气凝胶改性聚氨酯材料，所述气凝胶改性聚氨酯材料中气凝胶的体积占比为10～60％。

进一步改进，所述气凝胶改性聚氨酯材料中气凝胶的体积占比为40～50％。

进一步改进，所述气凝胶改性聚氨酯材料的导热系数低于0.015W/m·K。

进一步改进，所述改性聚氨酯保温材料的制备方法为：在具有氮气保护的反应容器中加入原料聚已二酸丁二醇酯多元醇、四氢呋喃聚醚多元醇和异佛尔酮二异氰酸酯，于温度70～90℃，不断搅拌下反应1～3h，再加入原料二羟甲基丙酸和聚环氧丙烷二醇，继续反应1～3h后，降温至50℃，再加入丙酮和与所述原料总和体积比为1:1～5的气凝胶粉末，采用脉动搅拌方式，在搅拌速率160r/min～600r/min的高速搅拌下充分搅拌1～3h，得到预聚体；再将所得到的预聚体在高速剪切下，加水乳化，加乙二胺扩链，最后减压去除丙酮，即得到所述气凝胶改性聚氨酯材料。

进一步改进，所述制备方法中原料异佛尔酮二异氰酸酯与聚已二酸丁二醇酯多元醇的体积比为1～2:1，异佛尔酮二异氰酸酯与四氢呋喃聚醚多元醇的体积比为2～3:1，异佛尔酮二异氰酸酯与聚环氧丙烷二醇的体积比为0.5～1:1，异佛尔酮二异氰酸酯与二羟甲基丙酸的体积比为5～6:1。

进一步改进，所述制备方法中丙酮的加入量为原料总和体积比的15～30％，水乳化步骤中水的加入量为所得到的预聚体的体积的10～30％，乙二胺扩链步骤中乙二胺的加入量为所得到的预聚体的体积的10～30％。

进一步改进，所述气凝胶粉体的导热系数≤0.011W/m·K，表面积≥1250m

作为本发明的另一改进，还提供一种用于冷链物流的改性聚氨酯保温材料的制备方法，所述制备方法为：在具有氮气保护的反应容器中加入原料聚已二酸丁二醇酯多元醇、四氢呋喃聚醚多元醇和异佛尔酮二异氰酸酯，于温度70～90℃，不断搅拌下反应1～3h，再加入原料二羟甲基丙酸和聚环氧丙烷二醇，继续反应1～3h后，降温至50℃，再加入丙酮和与所述原料总和体积比为1:1～5的气凝胶粉末，采用脉动搅拌方式，在搅拌速率160r/min～600r/min的高速搅拌下充分搅拌1～3h，得到预聚体；再将所得到的预聚体在高速剪切下，加水乳化，加乙二胺扩链，最后减压去除丙酮，即得到所述气凝胶改性聚氨酯材料。

所述制备方法中原料异佛尔酮二异氰酸酯与聚已二酸丁二醇酯多元醇的体积比为1～2:1，异佛尔酮二异氰酸酯与四氢呋喃聚醚多元醇的体积比为2～3:1，异佛尔酮二异氰酸酯与聚环氧丙烷二醇的体积比为0.5～1:1，异佛尔酮二异氰酸酯与二羟甲基丙酸的体积比为5～6:1；

所述制备方法中丙酮的加入量为原料总和体积比的15～30％，水乳化步骤中水的加入量为所得到的预聚体的体积的10～30％，乙二胺扩链步骤中乙二胺的加入量为所得到的预聚体的体积的10～30％。

所述气凝胶粉体的导热系数≤0.011W/m·K，表面积≥1250m

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明气凝胶改性聚氨酯保温材料通过在水性聚氨酯乳液聚合反应过程中，加入优质的气凝胶粉体，使其在高速搅拌和剪切下，实现气凝胶的均匀分散，使制备得到的气凝胶改性聚氨酯保温材料，进一步降低了现有聚氨酯材料的导热性能，又具有无机保温材料气凝胶的防火阻燃性能，为冷链物流提供综合性能更强的保温材料，保障冷链物流的耐低温性能和阻燃性能。

本发明气凝胶改性聚氨酯保温材料的制备方法工艺简单，易于控制，安全环保，成本低，利于降低冷链运输的整体成本。

具体实施方式

为了克服现有技术中的缺陷，本发明在水性聚氨酯乳液聚合反应过程中，加入优质的气凝胶粉体，使其在高速搅拌和剪切下，实现气凝胶的均匀分散，制备得到用于冷链物流的新型气凝胶改性聚氨酯保温材料。该新型气凝胶改性聚氨酯保温材料的制备方法实施例如下：

实施例1

在具有氮气保护的反应容器中加入原料聚已二酸丁二醇酯多元醇(PTAd)199g、四氢呋喃聚醚多元醇(PTMG)142g和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)284g，于温度80℃，不断搅拌下反应2h，再加入原料二羟甲基丙酸(DMPA)57g和聚环氧丙烷二醇(PPG)318g，继续反应2h后，降温至50℃，再加入200ml丙酮和1008g的气凝胶粉末，采用脉动搅拌方式，在搅拌速率160r/min～600r/min的高速搅拌下充分搅拌2h，得到预聚体；再将所得到的预聚体在高速剪切下，加440ml的水乳化，加450ml的乙二胺扩链，最后减压去除丙酮，即得到该气凝胶改性聚氨酯材料1。

其中，本申请气凝胶粉体的导热系数为0.011W/m·K，表面积为1250m

实施例2

在具有氮气保护的反应容器中加入原料聚已二酸丁二醇酯多元醇(PTAd)210g、四氢呋喃聚醚多元醇(PTMG)153g和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)295g，于温度70℃，不断搅拌下反应3h，再加入原料二羟甲基丙酸(DMPA)69g和聚环氧丙烷二醇(PPG)331g，继续反应2h后，降温至50℃，再加入210ml丙酮和1019g的气凝胶粉末，采用脉动搅拌方式，在搅拌速率160r/min～600r/min的高速搅拌下充分搅拌1h，得到预聚体；再将所得到的预聚体在高速剪切下，加460ml的水乳化，加470ml的乙二胺扩链，最后减压去除丙酮，即得到该气凝胶改性聚氨酯材料2。

实施例3

在具有氮气保护的反应容器中加入原料聚已二酸丁二醇酯多元醇(PTAd)230g、四氢呋喃聚醚多元醇(PTMG)185g和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)320g，于温度70℃，不断搅拌下反应3h，再加入原料二羟甲基丙酸(DMPA)95g和聚环氧丙烷二醇(PPG)353g，继续反应2h后，降温至50℃，再加入235ml丙酮和1028g的气凝胶粉末，采用脉动搅拌方式，在搅拌速率160r/min～600r/min的高速搅拌下充分搅拌3h，得到预聚体；再将所得到的预聚体在高速剪切下，加480ml的水乳化，加490ml的乙二胺扩链，最后减压去除丙酮，即得到该气凝胶改性聚氨酯材料3。

应用实施例1

上述实施例1、2、3得到的气凝胶改性聚氨酯材料1、2、3进行保温隔热实验测试，并以现有聚氨酯材料作为对照，其导热系数值见下表1。

表1气凝胶改性聚氨酯材料的导热系数测定结果

从表1可知，该气凝胶改性聚氨酯材料1、2、3的导热系数均低于现有聚氨酯材料的导热系数，表明本申请制备方法得到的气凝胶改性聚氨酯材料能进一步降低现有聚氨酯材料的导热性能。

应用实施例2

使用上述实施例1、2、3得到的气凝胶改性聚氨酯材料1、2、3分别填充至冷链运输的保温箱中，对该保温箱的保冷效果进行检测。具体方法为：分别在填充有气凝胶改性聚氨酯材料1、2、3的保温箱a、b、c中放置一块-8℃的冻肉，并以填充有现有聚氨酯材料的保温箱d做对照，同样放置一块-8℃的冻肉。将保温箱a、b、c、d均处于相同的外部环境50℃条件下，经过18h后，检测各保温箱中冻肉的温度。其结果见下表2。

表2气凝胶改性聚氨酯材料的保冷效果测定结果

从表2可知，填充有气凝胶改性聚氨酯材料1、2、3的保温箱的保冷性能明显比填充现有聚氨酯材料的保温箱的保冷性能优异，表明本申请制备方法得到的气凝胶改性聚氨酯材料具有良好的保冷性能，进一步降低了现有聚氨酯材料的导热性能，又兼具了无机保温材料气凝胶的防火阻燃性，从而大大提升用于冷链物流的保温材料的综合性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。