[发明专利]可释放二氧化碳的疏水改性聚乙烯亚胺发泡剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于发泡剂及其制备和应用技术领域，具体涉及一种可释放二氧化碳的疏水改性聚乙烯亚胺发泡剂及其制备方法以及该发泡剂在制备聚氨酯泡沫材料方面的应用。

背景技术

聚氨酯泡沫是一种重要的合成材料，不仅具有多孔性、相对密度小、比强度高等特点，且产量大、应用广泛。聚氨酯泡沫占世界塑料使用量的5％，发达国家建筑保温材料50％都使用了聚氨酯泡沫材料(杨春柏.聚氨酯,2009；(3):68-71)。我国2007年聚氨酯产量为300万吨，其中聚氨酯泡沫就占70％以上，并广泛用于沙发、床垫、冰箱保温、汽车座垫、管道保温和建筑保温等领域。

聚氨酯泡沫的生产需要大量的发泡剂，从1937年Bayer研究聚氨酯以来，聚氨酯泡沫的发泡剂已经经历了三代。第一代发泡剂为低沸点氟氯烃(CFC)类化合物，然而CFC分子会严重破坏臭氧层，威胁人类和地球其他生物的生存，使得“蒙特利尔议定书”对CFC等高臭氧消耗潜值(Ozone Depletion Potential,ODP)的物质使用加以了限制。第二代发泡剂为氢氯氟烃(HCFC)化合物。该类化合物的ODP值虽大大降低，但仍有很高的温室气体效应，即地球变暖潜值(Global Warming Potential,GWP)较大。第三代发泡剂为氢氟碳(HFC)化合物，虽然该化合物不含氯，其ODP值为零，但是其GWP值仍较大，如常用的HFC-245fa发泡剂(化学结构为CF₃CH₂CHF₂)的GWP值为二氧化碳的820倍(朱吕明,刘益军等编.聚氨酯泡沫塑料(第三版).北京:化学工业出版社,2004)。因此第三代发泡剂的使用将受“京都议定书”的限制，其遭淘汰也是迟早的事。

为了克服上述发泡剂存在的缺点，目前已研究公开了一些气候友好型的发泡技术，主要有三种。一种是全水发泡技术(Wada H,Fukuda H.Journal of Cellular Plastics2009；45(4):293-302.)，即利用水和异氰酸酯反应生成的二氧化碳作为发泡剂。虽然该技术可以避免产生温室气体效应，但由于水和异氰酸酯反应时会放出大量的热，使得在制备厚度较大的制品时容易造成制品中心温度过高，甚至引起自燃。另外，这种方法产生的二氧化碳有限，对于生产低密度泡沫还必须外加戊烷发泡剂才能满足制备要求，而添加的发泡剂仍会产生一定的温室效应。因此，全水发泡技术不仅只适用于薄型硬泡制品，且还不能完全避免产生温室气体效应。第二种是液体二氧化碳作为发泡剂(Melle A,Desnier MC.Cellular Polymers1999；18(4): 271-283.)。这种技术方案不仅需要低温和高压使二氧化碳保持液态，还需要高压氮气作为泡沫成核剂，因而设备复杂，难以推广。第三种是采用戊烷作为发泡剂(Bazzo W,Cappella A,Talbot S.Journal of Cellular Plastics1996；32(1):46.)。但一方面因烷烃存在易燃易爆的问题，需严格控制环境中戊烷的浓度，另一方面戊烷的GWP值为7，是CO₂的七倍，仍有一定的温室效应。现在气候变暖已成为全球关注的焦点，CO₂和其他温室气体的排放量已受到严格控制。因此戊烷作为发泡剂也必将受到越来越严的限制。

二氧化碳(CO₂)是大气中存在的气体，如果能够利用其来作为聚氨酯泡沫的发泡剂，不仅不会消耗臭氧，不会燃烧，且也不会产生额外的温室效应，无疑是一件具有很好的社会效益和经济效益的大好事情。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，首先提供一种可释放二氧化碳的疏水改性聚乙烯亚胺发泡剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种由上述方法制备的可释放二氧化碳的疏水改性聚乙烯亚胺发泡剂。

本发明的再一目的在于提供一种可释放二氧化碳的疏水改性聚乙烯亚胺发泡剂在制备聚氨酯泡沫材料方面的应用。

为了实现本发明的目的，本发明人致力于找到一种材料，该材料能够在较低温度吸收CO₂气体，同时又能在生产聚氨酯泡沫过程中释放CO₂气体，以作为发泡剂参与聚氨酯泡沫材料的形成，尤其是能够克服现有发泡剂消耗臭氧和/或产生严重温室效应的缺点。