CN101503504A - 一种聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法 - Google Patents

一种聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，该聚氨酯硬泡仿木材料是以聚醚多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、阻燃剂等的混合物为白料，以多亚甲基多苯基多异氰酸酯为黑料，在白料和黑料的温度均为23－25℃，机械搅拌速度为2000－3000r/min，白料/黑料(质量比)100/105－110的条件下，将一定量的混合料注入模具后，35℃恒温半小时脱模，即可得到聚氨酯硬泡仿木材料。白料中的聚醚多元醇为GR－4110、GR－403和GE－210的混合物；催化剂为SFC、A33和PC－41的混合物；泡沫稳定剂为AK－8805，发泡剂为HCFC－141b和H2O的混合物；阻燃剂为DMMP。黑料为PM－200、Suprasec 5005或Desmodur 44V20L中的一种。

Description

一种聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，具体地说，本发明涉及一种以聚醚多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、阻燃剂等的混合物为白料，以多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)为黑料，二者在一定条件下按一定比例混合、反应成型制备聚氨酯硬泡仿木材料的方法。
背景技术
天然木材的用途广泛，是人们生产生活中必不可少的使用材料。但若干年来，由于森林资源的过度开采以及对现有森林资源缺乏足够的保护，造成了生态环境的恶化和水土的大量流失，因而一些国家已严令控制天然林业资源的开采与开发，制止滥砍滥伐。所以，木材的替代问题已逐渐引起人们的广泛关注。
现有用于合成木材的原料有多种，一般用无机或有机填料与粘合剂采用模压工艺制造。无机填料有碳酸钙、滑石粉等，有机填料主要是稻草、秸秆及麻类等天然纤维，用于仿木材料的树脂主要有聚氯乙烯、聚酯、聚苯乙烯、ABS等，但普遍存在制品对环境污染大、制品使用寿命短，强度差等问题。
聚氨酯结构泡沫塑料是20世纪70年代中期发展起来的一种中高密度微孔材料，由于这种材料的刚性和机械强度高，密度低，但承载能力强，可以替代密度较大的传统石膏板、聚酯、玻璃钢等其他材料，用来合成木材。
近年来，聚氨酯硬泡仿木材料已经成为各国科研工作者研究和开发的一个新领域。在天然木材的许多传统应用领域，聚氨酯硬泡仿木材料已经部分替代了木材，如在木质家具、门窗、电器外壳、木盆、雕刻装修器件、镜框等方面得到了广泛的使用，并且此种材料可钉、可刨、可锯，且外观、手感、密度和天然木材类似，还有防潮、防虫蛀、阻燃、无需油漆等优于木材的特点。
聚氨酯硬泡仿木材料是一类中高密度的结构性硬质聚氨酯泡沫塑料，它具有微细的泡孔结构，密度通常高于0.2g/cm3，用于合成木材的聚氨酯硬质泡沫塑料具有致密坚韧的表皮，使得这种合成材料不仅具有木材的外观和密度范围，而且制品的整体强度较高，而制件的芯部可以做到较低的密度，因而可以减轻制件的重量。
聚氨酯仿木材料与天然木材相比明显的优点是可以通过模具设计，模塑成型批量生产各种形状，成型工艺简单，产品重复性能优良，生产效率高，特别是精确复制各种复杂的雕刻工艺品，形态逼真，省时省工，可以产品可实现大规模工业化生产，生产工艺简单，一次成型生产效率高。强度比天然木材高，密度比天然木材低，耐酸碱性和防腐性能优异。另外，该种材料根据需要可以具有很强的阻燃性能，制品的氧指数和烟密度可以在一定范围内进行调节，满足不同的使用要求。因而聚氨酯硬泡仿木材料可替代天然木材用作各类高档制品，深受用户的欢迎，所以近10年我国聚氨酯硬泡仿木材料在家具木业、装饰工程等行业中得到了迅速的发展。
发明内容
本发明提供了一种聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，以聚醚多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、阻燃剂等的混合物为白料，以多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)为黑料，二者在一定条件下按一定比例混合、浇注、反应成型制备聚氨酯硬泡仿木材料。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明公开了一种聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，此种仿木材料是由白料和黑料在一定的反应条件、一定比例下混合、反应成型制得的。白料是由聚醚多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、阻燃剂等的共混物组成，黑料为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
本发明以聚醚多元醇100份、催化剂1.3～1.5份、泡沫稳定剂1.5～2.0份、发泡剂8.3～9.5份、交联剂甘油1.0～1.2份，阻燃剂7～8份的混合物为白料；以多亚甲基多苯基多异氰酸酯为黑料，白料与黑料在23-25℃的温度下进行混合、反应；混合时的搅拌速度为2000-3000r/min，混合后的白料和黑料注入模具，在35±2℃，恒温0.5-1小时，脱模，得到制品；所述白料与黑料的质量比为100/105-110；所述单位为质量份。
本发明制备的聚氨酯硬泡仿木材料，所述白料中的聚醚多元醇为聚醚多元醇GR-4110 70～78份、GR-403 5～15份和GE-210 10～20份的混合物，单位为质量份。
所述催化剂为SFC、A33和PC-41的混合物；每100份聚醚多元醇中加入：SFC 0.5～0.6份、A33 0.4～0.5份和PC-41 0.3～0.4份，单位为质量份。
本发明制备的聚氨酯硬泡仿木材料，所述白料中的泡沫稳定剂为AK-8805，泡沫稳定剂AK-8805的加入量为每100份聚醚多元醇中加入1.5～2.0份；
发泡剂为HCFC-141b和H2O的混合物；每100份聚醚多元醇中加入：HCFC-141b 8～9份和H2O 0.3～0.5份，单位为质量份。
本发明制备的聚氨酯硬泡仿木材料，所述白料中的泡沫稳定剂为AK-8805，每100份聚醚多元醇中，阻燃剂的加入量为DMMP 7～8份，单位为质量份。
本发明制备的聚氨酯硬泡仿木材料，所述白料是指将聚醚多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、阻燃剂等按一定比例机械搅拌，混合均匀而成的。
本发明制备的聚氨酯硬泡仿木材料，所述的黑料多亚甲基多苯基多异氰酸酯按不同的厂家所命名的商品名为PM-200、Suprasec 5005或Desmodur 44V20L。
本发明以白料和黑料在一定条件下混合、反应成型制得聚氨酯硬泡仿木材料，原料易得、工艺简单，产品性能重复性好，可实现批量生产。并且制品的表皮厚、强度好，氧指数和烟密度可以在一定范围进行调节，可满足不同的使用要求，可替代天然木材用作各类高档制品，为聚氨酯硬泡仿木材料的工业化生产提供了一条有效的途径，因而本发明的特点十分突出。
具体实施方式
实施例一
催化剂为二甲基环己胺SFC、三乙烯二胺和乙二醇A33和六氢三嗪PC-41的混合物；泡沫稳定剂为AK-8805，发泡剂为一氟二氯乙烷HCFC-141b和水H2O的混合物；阻燃剂为亚邻酸酯DMMP。黑料为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(商品名为：PM-200、Suprasec 5005或Desmodur 44V20L；所述PM-200、Suprasec5005或Desmodur 44V20L是不同生产厂家的牌号)。
表1 白料中各原材料的配比
 
原料组成 质量比 原料组成 质量比
聚醚多元醇GR-4110聚醚多元醇GR-403聚醚多元醇GR-210发泡剂H2O催化剂SFC催化剂A33         7010200.30.50.5 催化剂PC-41泡沫稳定剂AK-8805交联剂甘油Glycerol阻燃剂DMMP发泡剂HCFC-141b   0.31.51.06.58  
黑料为PM-200、Suprasec 5005或Desmodur 44V20L中的一种；
控制白料和黑料的温度为23-25℃，设备的机械搅拌速度为2000-3000r/min，按照白料/黑料(质量比)为100/110的比例将一定量的组合料注射到模具中，35℃恒温半小时脱模，即可得到聚氨酯硬泡仿木材料成品。制得的成品表皮光洁度好，基本无针孔和气泡，且表皮坚硬，整体硬度高。
将成型后的样品放置24小时后测定性能。成品的性能指标如表2所示：
表2 聚氨酯硬泡仿木材料的物性指标
 
测试指标 物性值 测试指标 物性值
密度/Kg·m-3压缩强度/MPa弯曲强度/Mpa弯曲模量/MPa 2364.310.7362  形变温度/℃冲击强度/KJ·m-2硬度(邵-D)氧指数％         523.04323.5
实施例二
表3 白料中各原材料的配比
 
原料组成 质量比 原料组成 质量比
GR-4110GR-403GR-210H2OSFCA33     7015100.40.550.45 PC-41AK-8805Glycerol阻燃剂DMMPHCFC-141b  0.371.81.07.08.6 
黑料为PM-200、Suprasec 5005或Desmodur 44V20L中的一种；
控制白料和黑料的温度为23-25℃，设备的机械搅拌速度为2000-3000r/min，按照白料/黑料(质量比)为100/105比例将一定量的组合料注射到模具中，35℃恒温半小时脱模，即可得到聚氨酯硬泡仿木材料成品。制得的成品表皮光洁度好，基本无针孔和气泡，且表皮坚硬，整体硬度高。
将成型后的样品放置24小时后测定性能。成品的性能指标如表4所示：
表4 聚氨酯硬泡仿木材料的物性指标
 
测试指标 物性值 测试指标 物性值
密度/Kg·m-3 253 形变温度/℃ 55
 
压缩强度/MPa弯曲强度/Mpa弯曲模量/MPa 5.111.3386 冲击强度/KJ·m-2硬度(邵-D)氧指数％ 3.44927.5
实施例三
表5 白料中各原材料的配比
 
原料组成 质量比 原料组成 质量比
GR-4110GR-403GR-210H2OSFCA33 787150.50.60.4 PC-41AK-8805GlycerolDMMPHCFC-141b 0.341.61.17.58.3
黑料为PM-200、Suprasec 5005或Desmodur 44V20L中的一种；
控制白料和黑料的温度为23-25℃，设备的机械搅拌速度为2000-3000r/min，按照白料/黑料(质量比)为100/110比例将一定量的组合料注射到模具中，35℃恒温半小时脱模，即可得到聚氨酯硬泡仿木材料成品。制得的成品表皮光洁度好，基本无针孔和气泡，且表皮坚硬，整体硬度高。
将成型后的样品放置24小时后测定性能。成品的性能指标如表6所示：
表6 氨酯硬泡仿木材料的物性指标
 
测试指标 物性值 测试指标 物性值
密度/Kg·m-3压缩强度/MPa弯曲强度/Mpa弯曲模量/MPa 2565.912.7403 形变温度/℃冲击强度/KJ·m-2硬度(邵-D)氧指数％ 613.85327.1
实施例四
表7 白料中各原材料的配比
 
原料组成 质量比 原料组成 质量比
GR-4110GR-403GR-210H2OSFCA33 805150.450.60.5 PC-41AK-8805GlycerolDMMPHCFC-141b 0.42.01.289
黑料为PM-200、Suprasec 5005或Desmodur 44V20L中的一种；
控制白料和黑料的温度为23-25℃，设备的机械搅拌速度为2000-3000r/min，按照白料/黑料(质量比)为100/110比例将一定量的组合料注射到模具中，35℃恒温半小时脱模，即可得到聚氨酯硬泡仿木材料成品。制得的成品表皮光洁度好，基本无针孔和气泡，且表皮坚硬，整体硬度高。
将成型后的样品放置24小时后测定性能。成品的性能指标如表8所示：
表8 聚氨酯硬泡仿木材料的物性指标
 
测试指标 物性值 测试指标 物性值
密度/Kg·m-3压缩强度/MPa弯曲强度/Mpa弯曲模量/MPa 2233.89.3327 形变温度/℃冲击强度/KJ·m-2硬度(邵-D)氧指数％ 462.73925.6

Claims (9)

1、一种聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，其特征在于，以聚醚多元醇100份、催化剂1.3～1.5份、泡沫稳定剂1.5～2.0份、发泡剂8.3～9.5份、交联剂甘油1.0～1.2份，阻燃剂7～8份的混合物为白料；以多亚甲基多苯基多异氰酸酯为黑料，白料与黑料在23～25℃的温度下进行混合、反应；混合时的搅拌速度为2000～3000r/min，混合后的白料和黑料注入模具，在35±2℃，恒温0.5～1小时，脱模，得到制品；所述白料与黑料的质量比为100/105～110；所述单位为质量份。
2、如权利要求1所述聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，其特征在于，所述白料中的聚醚多元醇为聚醚多元醇GR-4110 70～78份、聚醚多元醇GR-4035～15份和聚醚多元醇GE-210 10～20份的混合物；
3、如权利要求1所述聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为催化剂SFC、催化剂A33和催化剂PC-41的混合物；每100份聚醚多元醇中加入：SFC 0.5～0.6份、A33 0.4～0.5份和PC-41 0.3～0.4份，单位为质量份。
4、如权利要求1所述聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，其特征在于，所述泡沫稳定剂为AK-8805。
5、如权利要求1所述聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为HCFC-141b和H2O的混合物；每100份聚醚多元醇中加入：HCFC-141b8～9份和H2O 0.3～0.5份，单位为质量份。
6、如权利要求1所述聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，其特征在于，所述交联剂为甘油。
7、如权利要求1所述聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为DMMP。
8、如权利要求1所述聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，其特征在于，所述的黑料为PM-200、Suprasec 5005或Desmodur 44V20L中的一种。
9、如如权利要求1和5所述聚氨酯硬泡仿木材料的制备方法，其特征在于，制品的密度为200-300Kg·m-3，压缩强度为3.5-6.0Mpa，冲击强度为2.5-4.0KJ·m-2，邵氏-D硬度为90-95度，氧指数为23.0-27.5％。
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