一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法与流程

1.本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法。


背景技术：

2.玻璃钢由于性价比高、耐腐蚀、生产工艺简单等优点被广泛应用于石油、建筑、船舶、航天和风电等领域，据统计在各个领域的应用制品年产500万吨左右。到寿命的玻璃钢制品和制造过程中产生的边角余料和废品逐年增加，寿命到期的玻璃钢渔船、风电叶片等逐年批量下线，每年预计产生几百万吨的废旧玻璃钢，而传统的掩埋、焚烧方法易造成环境污染，处理量有限，还占用大量土地，远不能满足玻璃钢废弃物数量剧增的要求，如何资源化处理废旧玻璃钢成为函待解决的环保问题。
3.传统的硬质聚氨酯泡沫存在阻燃性不好，易发脆，抗压强度和保温性能不足等问题，且通常需要进一步引入阻燃剂以提升对应的阻燃性能。进一步探索更大掺量的废旧玻璃钢粉末应用于硬质聚氨酯泡沫塑料，以提高其强度和阻燃，为建筑低碳提高了新的思路。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种利用废旧玻璃钢制备的硬质聚氨酯泡沫塑料，在实现大掺量废旧玻璃钢资源化利用的同时，可有效兼顾聚氨酯泡沫塑料的轻质高强、保温性能和阻燃性能等；且涉及的制备方法较简单、具有显著的经济和环境效益，适合推广应用。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料，各组分及其所占重量份数包括：聚醚多元醇100份，异氰酸酯125～150份，改性废旧玻璃钢粉体40～60份，水2～3份，泡沫稳定剂2.5～4份，复合催化剂1～3份。
7.优选的，所述硬质聚氨酯泡沫塑料中改性废旧玻璃钢粉体所占重量份数为45～48份。
8.上述方案中，所述聚醚多元醇的羟值为300～480mgkoh/g，25℃下粘度小于1000mpa
·
s，水分含量为0.1wt％以下。
9.上述方案中，所述异氰酸酯可选用甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二异氰酸酯等中的一种或几种。
10.上述方案中，所述泡沫稳定剂为有机硅泡沫稳定剂，具体可选用b8433、b8534、b84803、silbyk-9231、ak8805、ak8818等中的一种或几种，其中：b8433、b8534和b84803为德固赛公司产品，silbyk-9231为毕克化学公司产品，ak8805、ak8818为中国德美世创化工有限公司产品。
11.上述方案中，所述复合催化剂由二丁基锡二月桂酸酯与n,n-二甲基环己胺按1～2:1的质量比复合而成。
12.上述方案中，所述改性废旧玻璃钢粉体的尺寸大小为1mm以下，优选为0.04～1mm。
13.上述方案中，所述改性废旧玻璃钢粉体通过将废旧玻璃钢粉进行丙酮萃取再进行硅烷偶联剂改性而成；具体制备方法包括如下步骤：首先采用丙酮作为溶剂将废旧玻璃钢粉体在70～90℃水浴下索式萃取40～90min，一次干燥；然后加入含1.5～2.5wt％硅烷偶联剂的无水乙醇溶液浸泡处理40～70min，抽滤，二次干燥；最后再经机械粉碎至尺寸大小为1mm以下。
14.上述方案中，所述废旧玻璃钢粉体与丙酮的质量比为1:(8～20)。
15.上述方案中，所述废旧玻璃钢粉体取自废旧玻璃钢渔船、废旧风力叶片、废旧玻璃钢冷却塔等废旧玻璃钢中的一种或几种，将其切块并机械粉碎，最后筛选得到粒径1mm以下(优选为0.04～1mm)的粉体。
16.上述方案中，所述一次干燥采用的温度为80～100℃，时间为40～60min；二次干燥采用的温度为110～120℃，时间为90～150min。
17.上述一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料的制备方法，包括如下步骤：
18.1)按配比称取各原料，各原料及其所占重量份数包括：聚醚多元醇100份，异氰酸酯125～150份，改性废旧玻璃钢粉体40～60份，水2～3份，泡沫稳定剂2.5～4份，复合催化剂1～3份；
19.2)将称取的聚醚多元醇、水、泡沫稳定剂和复合催化剂在1800～2400r/min转速下搅拌60～120s使其混合均匀，得第一混合料；将改性废旧玻璃钢粉体与异氰酸酯搅拌均匀，得第二混合料；将第一混合料和第二混合料混合，在1800～2400r/min转速下搅拌10～15s使其搅拌均匀，倒入模具发泡固化，即得所述基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料。
20.上述方案中，所述改性废旧玻璃钢粉体与异氰酸酯的搅拌过程包括：将改性废旧玻璃钢粉体加入异氰酸酯中，以360～600r/min的速率搅拌10～20min，以保证废旧玻璃钢粉体充分浸润，混合均匀。
21.上述方案中，所述发泡固化步骤采用室温(23～28℃)静置(24～36h)条件或在50～60℃下恒温2～4h的条件。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23.1)本发明首先对废旧玻璃钢粉依次进行萃取和硅烷偶联剂表面改性，然后将所得改性废旧玻璃钢与泡沫聚氨酯体系进行复合，无需额外引入其他阻燃剂等功能性组分，即可有效兼顾并提升所得硬质泡沫聚氨酯的强度、燃烧性能和保温性能；利于建筑墙体的低碳节能改造，可为高性能泡沫聚氨酯塑料的制备提供新思路；
24.2)采用本发明所述改性手段，可实现废旧玻璃钢组分在泡沫聚氨酯体系的大掺量(相对)应用，实现废旧玻璃钢的高附加值资源化利用，显著降低高性能硬质聚氨酯泡沫的制备成本，具有显著的经济和环境效益；
25.3)本发明采用的原料简单、易得，合成工艺较简单、操作方便，适合推广应用。
具体实施方式
26.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下。
27.以下实施例中，采用的废旧玻璃钢粉体取材自废旧玻璃钢渔船，将其切块并机械
粉碎，筛选得到粒径尺寸为0.04～1mm的粉体。
28.采用的r2305聚醚多元醇为万华化学的成熟产品，其羟值为335
±
10mgkoh/g，25℃下粘度为200～400mpa
·
s，水分含量为≤0.08wt％。
29.实施例1
30.一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料，其制备方法包括如下步骤：
31.1)称取40g废旧玻璃钢粉体加入500g丙酮中，在70℃水浴下索式萃取60min，之后放入干燥箱在100℃下干燥40min，然后加入200ml含2wt％kh550的无水乙醇溶液中，浸泡处理40min，抽滤，最后将废旧玻璃钢粉体在110℃烘箱内干燥120min后待用；
32.2)分别称取r2305聚醚多元醇100g、去离子水2g、b8433泡沫稳定剂3g、复合催化剂2g(由二丁基锡二月桂酸酯和n,n-二甲基环己胺按2:1的质量比复合而成)，室温下在1800r/min转速下搅拌60s，使其混合均匀，得第一混合料；
33.将经步骤1)处理好的改性废旧玻璃钢粉体40g与称取好的140g多亚甲基多苯基多异氰酸酯的搅拌混合，以480r/min的速率搅拌15min，得第二混合料；
34.将第一混合料和第二混合料混合到一起，在1800r/min转速下搅拌10s，倒入模具中，在室温下固化24h后，即得自由发泡的泡沫塑料。
35.实施例2
36.一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料，其制备方法包括如下步骤：
37.1)称取45g废旧玻璃钢粉体加入500g丙酮中，在80℃水浴下索式萃取60min，之后放入干燥箱在100℃下干燥60min，然后加入200ml含1.5wt％kh550的无水乙醇溶液中，浸泡处理60min，抽滤，最后将废旧玻璃钢粉体在110℃烘箱内干燥120min后待用；
38.2)分别称取r2305聚醚多元醇100g，去离子水2g，b8433泡沫稳定剂3g，复合催化剂1.5g(由二丁基锡二月桂酸酯和n,n-二甲基环己胺按1.5:1的质量比复合而成)，室温下在1800r/min转速下搅拌60s，使其混合均匀，得到第一混合料；
39.将经步骤1)处理好的改性废旧玻璃钢粉体45g与称取好的140g多亚甲基多苯基多异氰酸酯的搅拌混合，搅拌转速为600r/min，搅拌时间为15min，得到第二混合料；
40.将第一混合料和第二混合料混合到一起，在1800r/min转速下搅拌10s，倒入模具中，在室温下固化24h后，即得自由发泡的泡沫塑料。
41.实施例3
42.一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料，其制备方法包括如下步骤：
43.1)称取50g废旧玻璃钢粉体加入500g丙酮中，在70℃水浴下索式萃取60min，之后放入干燥箱在100℃下干燥60min，然后加入200ml含2.5wt％kh550的无水乙醇溶液中，浸泡处理60min，抽滤，最后将废旧玻璃钢粉体在110℃烘箱内干燥150min后待用；
44.2)分别称取r2305聚醚多元醇100g，去离子水2g，ak8818泡沫稳定剂4g，复合催化剂2.5g(由二丁基锡二月桂酸酯和n,n-二甲基环己胺按1.8:1的质量比复合而成)，室温下在1800r/min转速下搅拌60s，使其混合均匀，得到第一混合料；
45.将经步骤1)处理好的改性废旧玻璃钢粉体50g与称取好的150g多亚甲基多苯基多异氰酸酯搅拌混合，搅拌转速为480r/min，搅拌时间为20min，得到第二混合料；
46.将第一混合料和第二混合料混合到一起，在1800r/min转速下搅拌10s，倒入模具中，放入烘箱60℃固化4h后，得到自由发泡的泡沫塑料。
47.实施例4
48.一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料，其制备方法包括如下步骤：
49.1)称取60g废旧玻璃钢粉体加入600g丙酮中，在80℃水浴下索式萃取60min，之后放入干燥箱在100℃下干燥60min，然后加入200ml含2wt％kh550的无水乙醇溶液中，浸泡处理60min，抽滤，最后将废旧玻璃钢粉体在110℃烘箱内干燥120min后待用；
50.2)分别称取r2305聚醚多元醇100g，去离子水2.5g，silbyk-9231泡沫稳定剂3.5g，复合催化剂2g(由二丁基锡二月桂酸酯和n,n-二甲基环己胺按2:1的质量比复合而成)，室温下在1800r/min转速下搅拌120s，使其混合均匀，得到第一混合料；
51.将经步骤1)处理好的改性废旧玻璃钢粉体60g与称取好的145g多亚甲基多苯基多异氰酸酯搅拌混合，搅拌转速为480r/min，搅拌时间为15min，得到第二混合料；
52.将第一混合料和第二混合料混合到一起，在1800r/min转速下搅拌10s，倒入模具中，放入烘箱60℃固化2h后，得到自由发泡的泡沫塑料。
53.实施例5
54.一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料，其制备方法包括如下步骤：
55.1)称取45g废旧玻璃钢粉体加入500g丙酮中，在80℃水浴下索式萃取60min，之后放入干燥箱在100℃下干燥40min，然后加入200ml含2wt％kh550的无水乙醇溶液中，浸泡处理40min，抽滤，最后将废旧玻璃钢粉体在110℃烘箱内干燥120min后待用；
56.2)分别称取r2305聚醚多元醇100g，去离子水2g，b8433泡沫稳定剂4g，复合催化剂1.6g(由二丁基锡二月桂酸酯和n,n-二甲基环己胺按1.8:1的质量比复合而成)，室温下在1800r/min转速下搅拌60s，使其混合均匀，得第一混合料；
57.将经步骤1)处理好的改性废旧玻璃钢粉体45g与称取好的130g多亚甲基多苯基多异氰酸酯搅拌混合，搅拌转速为480r/min，搅拌时间为15min，得第二混合料；
58.将第一混合料和第二混合料混合到一起，在1800r/min转速下搅拌10s，倒入模具中，在室温下固化24h后，得自由发泡的泡沫塑料。
59.对比例1
60.一种聚氨酯泡沫塑料，其制备方法包括如下步骤：
61.1)分别称取r2305聚醚多元醇100g，去离子水2g，b8433泡沫稳定剂3g，复合催化剂2g(由二丁基锡二月桂酸酯和n,n-二甲基环己胺按2:1的质量比复合而成)，室温下在1800r/min转速下搅拌2min，使其混合均匀，得到第一混合料；
62.2)称取多亚甲基多苯基多异氰酸酯140g，将其加入第一混合料中，在1800r/min转速下搅拌10s，倒入模具中，在室温下固化24h后，得到自由发泡的泡沫塑料。
63.对比例2
64.一种聚氨酯泡沫塑料，其制备方法包括如下步骤：
65.1)分别称取r2305聚醚多元醇100g，去离子水2g，b8433泡沫稳定剂3g，复合催化剂1.5g(由二丁基锡二月桂酸酯和n,n-二甲基环己胺按1.5:1的质量比复合而成)，室温下在1800r/min转速下搅拌2min，使其混合均匀，得第一混合料；
66.2)称取45g废旧玻璃钢粉体与140g多亚甲基多苯基多异氰酸酯搅拌混合，搅拌转速为600r/min，搅拌时间为15min，得第二混合料；
67.将第一混合料和第二混合料混合到一起，在1800r/min转速下搅拌10s，倒入模具
中，在室温下固化24h后，得自由发泡的泡沫塑料。
68.对比例3
69.一种聚氨酯泡沫塑料，其制备方法包括如下步骤：
70.1)分别称取r2305聚醚多元醇100g，去离子水2g，b8433泡沫稳定剂4g，复合催化剂1.6g(由二丁基锡二月桂酸酯和n,n-二甲基环己胺按1.8:1的质量比复合而成)，室温下在1800r/min转速下搅拌2min，使其混合均匀，得第一混合料；
71.2)称取尺寸为5～10mm的短切玻璃纤维45g与130g多亚甲基多苯基多异氰酸酯搅拌混合，搅拌转速为480r/min，搅拌时间为15min，得第二混合料；
72.将第一混合料和第二混合料混合到一起，在1800r/min转速下搅拌10s，倒入模具中，在室温下固化24h后，得自由发泡的泡沫塑料。
73.将实施例1～5和对比例1～3制备得到的产品进行性能测试，测试结果见表1。
74.表1实施例1～5和对比例1～3所得泡沫塑料的性能测试结果
[0075][0076]
上述结果表明，本发明提供的制备方法步骤简单，容易操作，经过一步反应即可得到硬质聚氨酯泡沫，可有效实现废旧玻璃钢粉体相关组分在硬质发泡聚氨酯体系中大掺量应用，并可同步提升所得泡沫塑料的压缩性能、保温性能和阻燃性能；具有显著的环境和经济效益。
[0077]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，各组分及其所占重量份数包括：聚醚多元醇100份，异氰酸酯125～150份，改性废旧玻璃钢粉体40～60份，水2～3份，泡沫稳定剂2.5～4份，复合催化剂1～3份。2.根据权利要求1所述的硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，所述改性废旧玻璃钢粉体通过将废旧玻璃钢粉进行丙酮萃取再进行硅烷偶联剂改性而成。3.根据权利要求2所述的硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，所述废旧玻璃钢粉的粒径为1mm以下。4.根据权利要求2所述的硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，所述丙酮萃取采用的温度为70～90℃，时间为40～90min；废旧玻璃钢粉体与丙酮的质量比为1:(8～20)。5.根据权利要求2所述的硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh570、kh792、dl602中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，所述复合催化剂由二丁基锡二月桂酸酯与n,n-二甲基环己胺按(1～2):1的质量比复合而成。7.根据权利要求1所述的硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，所述聚醚多元醇的羟值为300～480mgkoh/g，25℃下粘度小于1000mpa
·
s，水分含量为0.1wt％以下；所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二异氰酸酯中的一种或几种。8.根据权利要求1所述的硬质聚氨酯泡沫塑料，其特征在于，所述泡沫稳定剂为有机硅泡沫稳定剂。9.权利要求1～8任一项所述基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按配比称取各原料，各原料及其所占重量份数包括：聚醚多元醇100份，异氰酸酯125～150份，改性废旧玻璃钢粉体40～60份，水2～3份，泡沫稳定剂2.5～4份，复合催化剂1～3份；2)将称取的聚醚多元醇、水、泡沫稳定剂和复合催化剂混合均匀，得第一混合料；将改性废旧玻璃钢粉体加入异氰酸酯中搅拌均匀，得第二混合料；将第一混合料和第二混合料混合均匀，倒入模具发泡固化，即得所述基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述发泡固化步骤采用室温静置条件或在50～60℃下恒温2～4h的条件。

技术总结
本发明公开了一种基于废旧玻璃钢的硬质聚氨酯泡沫塑料，各组分及其所占重量份数包括：聚醚多元醇100份，异氰酸酯125～150份，改性废旧玻璃钢粉体40～60份，水2～3份，泡沫稳定剂2.5～4份，复合催化剂1～3份。本发明首先对废旧玻璃钢粉依次进行萃取和硅烷偶联剂表面改性，然后将所得改性废旧玻璃钢与泡沫聚氨酯体系进行复合，无需额外引入其他阻燃剂等功能性组分，即可有效兼顾并提升所得硬质泡沫聚氨酯的强度、燃烧性能和保温性能；利于建筑墙体的低碳节能改造，并可实现废旧玻璃钢组分在泡沫聚氨酯体系的大掺量应用，可显著降低高性能硬质聚氨酯泡沫的制备成本，具有显著的经济和环境效益。和环境效益。


技术研发人员：张琨 王开强 陈波 江龙 刘巍巍 闵恒
受保护的技术使用者：中建三局集团有限公司
技术研发日：2022.05.27
技术公布日：2023/7/25