CN103254395A - 一种纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫及其制备方法 - Google Patents
一种纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫，其特征在于：由重量份数的以下原材料制成：聚醚多元醇50-70份，聚合物多元醇15-25份，纳米碳酸钙15-25份，二甲基氨基乙基醚0.2-0.3份，凝胶催化剂0.7-1.0份，匀泡剂0.8-1.2份，聚氨酯表面活性剂0.5-0.8份，交联剂1.5-2份，开孔剂1-2份，水3-4份。本发明还公开了该种泡沫的高压发泡的制备方法。本发明的聚氨酯高回弹模塑泡沫成本低，机械性能好，承载性能好，VOC排放低。并且本发明仅对高压发泡机做小小改动，就能实现纳米碳酸钙的高压发泡，产品一致性得到有效提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯泡沫及其制备方法，特别涉及一种纳米碳酸钙填充的聚氨酯高回弹模塑泡沫及其制备方法。
背景技术
机动车座椅中使用的是聚氨酯高回弹模塑泡沫塑料产品，根据车型的不同，对泡沫制品的承载性能和舒适性有不同的要求。为了提高制品的承载性能目前生产厂家普遍的技术方案是在配方中添加一种叫做聚合物多元醇的有机石化原料（以下统称POP）。pop的用量达到聚醚多元醇：聚合物多元醇为50:50，其优缺点如下：
优点：在原料配方中添加一定比例的POP，可以提升高回弹泡沫制品的承载性能；同时可以改善生产过程的工艺宽容度。
缺点：由于POP得属性是石油化工，产品成本相当高，近几年来平均的市场价格为15-16元/公斤。
其次是生产POP是用聚醚多元醇为母料+苯乙烯+丙烯晴，通过专用化工设备进行聚合接链反应而得。其中的苯乙烯和丙烯晴两种原料都属于有毒有害化学元素，因此，生产出来的泡沫制品达不到国家对乘用车内空气有机物挥发限量的环保要求。因此寻找一种能替代或部分替代POP又能提高泡沫制品承载性能，降低VOC的原材料成为了目前业内人士研究的主要方向。
中国专利申请201010173350.x公开了一种纳米级碳酸钙填充聚丙烯/聚乙烯共混制成的发泡材料及其制备方法，里面将纳米碳酸钙填充到泡沫材料中，提高产品的抗冲击强度和物理机械性能。降低成本。添加纳米无机材料成为了降低VOC，降低成本的一大趋势，但是，目前的高压发泡机包括发泡机储料罐（1）、在发泡机储料罐（1）的出口上设置过滤器（2），所述过滤器（2）的出口上设置高压计量泵。无论是进口设备还是国产设备，绝大部分都是使用的德国力士乐生产的柱塞式高压计量泵，少数使用北京格兰力士乐柱塞式高压计量泵。无机纳米材料易对柱塞泵造成损坏，一方面由于该柱塞精度要求非常高，一旦出现磨损或者泵内零件损坏，就只能报废，无法维修，成本高，另外这种泵的价格本身也很昂贵，一台在3-6万元左右。其次，该泵不带自吸功能，靠压力容器式储料罐给泵的进料端输送原料，一旦储料罐压力不足时，就会直接影响到泵的额定流量，造成产品质量一致性波动。因此，纳米碳酸钙在使用高压发泡机进行聚氨酯高回弹模塑泡沫塑料生产领域还未使用。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种制造成本低，VOC低，又解决了泡沫制品承载性能的纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫。本发明的另一目的在于提供该种泡沫材料的高压发泡的制备方法。
本发明目的是这样实现的：一种纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫，其特征在于：由重量份数的以下原材料制成：聚醚多元醇50-70份，聚合物多元醇15-25份，纳米碳酸钙15-25份，二甲基氨基乙基醚0.2-0.3份，凝胶催化剂0.7-1.0份，匀泡剂0.8-1.2份，聚氨酯表面活性剂0.5-0.8份，交联剂1.5-2份，开孔剂1-2份，水3-4份。
采用上述技术方案，用纳米碳酸钙代替部分聚合物多元醇（POP），从而大大降低POP的用量，降低了成本，同时也降低了VOC的影响，且添加了无机纳米碳酸钙的泡沫材料的泡沫，抗冲击强度高，机械性能优异，承载性能好，舒适性好。产品经国家SGS检测中心TVOC检测达到国家限量标准。
在上述技术方案中：所述凝胶催化剂为三乙烯二胺。
本发明的另一目的是这样实现的：一种制备纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫的方法，按照如下步骤完成：
（1）、按照权利要求1中的配比，将聚醚多元醇、聚合物多元醇和纳米碳酸钙放入高速反应釜中 ，高速搅拌使得充分混合；
（2）、步骤（1）混合好的物料转入低速恒温反应釜中，加入二甲基氨基乙基醚、凝胶催化剂、匀泡剂、聚氨酯表面活性剂、交联剂、开孔剂和水，保持温度22-28℃，搅拌备用；
（3）、将步骤（2）中所得物料转移至高压发泡机中进行高压发泡，所述高压发泡机包括发泡机储料罐（1）、在发泡机储料罐（1）的出口上设置过滤器（2），所述过滤器（2）的出口上设置泵（3），所述泵（3）为双联直齿共轭内啮合齿轮泵，所述双联直齿共轭内啮合齿轮泵通过管道与高压混合头（4）连接，在双联直齿共轭内啮合齿轮泵和高压混合头（4）之间的管道上设有流量计（5）；所述步骤（2）中的物料先转移至高压发泡机的储料罐（1）中，然后经过过滤器（2）过滤，物料再经泵（3）输送至高压混合头（4），物料由高压混合头（4）浇铸到泡沫模具（7）中发泡成型。
采用上述方法，将高压发泡机中的柱塞泵替换为双联直齿共轭内啮合齿轮泵，不改变整台设备的其他配置。一方面这种泵的价格便宜，一台仅需要1600-2000元，且该泵能达到高压发泡机的压力和流量要求，节能高效。其次，由于该泵是齿轮泵，齿合之间咬合间隙精度要求不高，当添加无机纳米材料时，即使对泵产生磨损，仍然不影响高压发泡机的压力和流量。其次，该泵自身带有自吸功能，对供料***压力要求大大改善，产品一致性得到有效提升。本发明对高压发泡机做上述改动以后，使得添加了无机纳米碳酸钙的聚氨酯泡沫能实现高压发泡，原材料成本可直接降低8%-10%。
在上述技术方案中：所述泵（3）采用变频电机控制。
在上述技术方案中为了方便控制：所述高压发泡机还包括控制单元（6），所述流量计（5）将流量信号传递给控制单元（6），所述控制单元（6）将信号传递到泵（3）的变频电机的变频器（8），所述变频器（8）调整泵（3）输出频率。
在上述技术方案中：步骤（1）中，搅拌速度为130-150转/min，搅拌时间30-45min。
在上述技术方案中：所述步骤（2）中，搅拌速度为35-45转/min。
在上述技术方案中：所述泡沫模具的温度为50-60℃，保压时间300-360s
有益效果：本发明的聚氨酯高回弹模塑泡沫成本低，机械性能好，承载性能好，VOC排放低。并且本发明仅对高压发泡机做小小改动，就能实现纳米碳酸钙的高压发泡，产品一致性得到有效提升。
附图说明
图1为本发明聚氨酯高压发泡的结构示意图；
图2为本发明的电路图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明的聚氨酯高压发泡机主要由发泡机储料罐1、过滤器2、泵3、高压混合头4、流量计5、控制单元6等部件组成，所述聚氨酯高压发泡机的结构为现有技术，在此不做赘述，关键在于，在发泡机储料罐1的出口上设置过滤器2，所述过滤器2的出口上设置泵3，所述泵3为双联直齿共轭内啮合齿轮泵，包括一低压大流量的前泵和一高压小流量的后泵和一泵轴（该泵结构可参考ZL201220431753.4，在此不做赘述），所述双联直齿共轭内啮合齿轮泵通过管道与高压混合头4连接，高压混合头4将料浇铸到泡沫模具7中。在双联直齿共轭内啮合齿轮泵和高压混合头4之间的管道上设有流量计5。所述泵3采用变频电机控制。在控制单元6上设定流量信号，控制单元6控制泵3的变频电机的频率，从而按照指定流量输送原料，同时，流量计5将流量信号发送到控制单元6，所述控制单元6将信号传递到泵3的变频电机的变频器8，所述变频器8调整泵3的输出频率，从而保证产品的一致性。
所述匀泡剂 (或称泡沫稳定剂)属于聚氨酯表面活性剂;能够增加各组分的溶性一起着乳化泡沫物料、稳定泡沫和调节泡孔的作用。泡沫形成过程中，不溶性聚脲的析出会破坏泡沫的稳定。匀泡剂的一个重要作用是可使聚脲分散，增大聚脲与泡沫基体的相容性。目前使用的匀泡剂，多是聚醚改性有机硅聚氨酯表面活性剂，、它的主要结构是聚硅烷一氧化烯烃嵌段共聚物。匀泡剂的用量越大，泡孔越细，但有可能造成闭孔。在相同发泡体系中，泡沫稳定剂在低密度泡沫的用量一般需高于高密度配方中的用量。
所述开孔剂是一类特殊的聚氨酯表面活性剂，一般含疏水性和亲水性链段成基团，它的作用是降低泡沫的表面张力;促使泡孔破裂，提高聚氨酯泡沫塑料的开孔率，改善因闭孔造成的软质、半硬质、硬质泡沫材料制品收缩等问题。一般的聚氨酯硬泡由于交联密度高，发泡中泡孔壁膜强度大，一般是闭孔的泡孔结构，但添加开孔剂可制开孔硬质聚氨酯泡沫塑料，用于消音、过滤等。早期使用液体石蜡、聚丁二烯、甲基聚硅氧烷等，目前多采用特殊化学组成的聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚、聚氧化烯烃一聚硅氧烷共聚物等作为开孔剂。
聚氨酯表面活性剂(surfactant)，是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。聚氨酯表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。聚氨酯表面活性剂分为离子型聚氨酯表面活性剂和非离子型聚氨酯表面活性剂等。
交联剂是能在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相互键合交联成网络结构的物质。 促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。 交联剂在不同行业中有不同叫法。例如，在橡胶行业习惯称为“硫化剂”；在塑料行业称为“固化剂”、“熟化剂”、“硬化剂”；在胶黏剂或涂料行业称为“固化剂”、“硬化剂”等。以上称呼虽有不同，但所反映的化学本性是相同的。聚氨酯交联剂多使用三羟甲基丙烷，蓖麻油，季戊四醇，等等，一般是多元醇类。
纳米碳酸钙是20世纪80年代发展起来的一种新型超细固体粉末材料，其粒度介于0.01~0.1μm之间。由于纳米碳酸钙粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应。
实施例1
一种制备纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫的方法，按照如下步骤完成：
（1）、按照权利要求1中的配比，将聚醚多元醇50kg、聚合物多元醇25kg和纳米碳酸钙25kg放入高速反应釜中 ，高速搅拌,搅拌速度为130-150转/min，搅拌时间30-45min,使得充分混合；
（2）、步骤（1）混合好的物料转入低速恒温反应釜中，加入二甲基氨基乙基醚0.2kg、三乙烯二胺0.7kg、匀泡剂0.8kg、聚氨酯表面活性剂0.5kg、聚氨酯交联剂1.5kg、开孔剂1kg和水3kg，保持温度22-28℃，搅拌速度为35-45转/min,搅拌均匀备用；
（3）、将步骤（2）中所得物料转移至聚氨酯高压发泡的储料罐1中，在控制单元6中设定流量，控制单元6控制泵3的变频电机调整频率，流量计5将流量信号传递到控制单元6，控制单元6控制泵3的变频电机调整频率，实现闭环控制。从泵3中出来的物料到达高压混合头4，由高压混合头4将物料浇铸到泡沫模具7中，发泡 成型，所述泡沫模具的温度为50-60℃，保压时间300-360s。
实施例2
一种制备纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫的方法，按照如下步骤完成：
（1）、按照权利要求1中的配比，将聚醚多元醇70kg、聚合物多元醇15kg和纳米碳酸钙15kg放入高速反应釜中 ，高速搅拌,搅拌速度为130-150转/min，搅拌时间30-45min,使得充分混合；
（2）、步骤（1）混合好的物料转入低速恒温反应釜中，加入二甲基氨基乙基醚0.3kg、三乙烯二胺1.0kg、匀泡剂1.2kg、聚氨酯表面活性剂0.8kg、聚氨酯交联剂2kg、开孔剂2kg和水4kg，保持温度22-28℃，搅拌速度为35-45转/min,搅拌备用；
（3）、将步骤（2）中所得物料转移至聚氨酯高压发泡的储料罐1中，在控制单元6中设定流量，控制单元6控制泵3的变频电机调整频率，流量计5将流量信号传递到控制单元6，控制单元6控制泵3的变频电机调整频率，实现闭环控制。从泵3中出来的物料到达高压混合头4，由高压混合头4将物料浇铸到泡沫模具7中，发泡 成型，所述泡沫模具的温度为50-60℃，保压时间300-360s。
实施例3
一种制备纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫的方法，按照如下步骤完成：
（1）、按照权利要求1中的配比，将聚醚多元醇60kg、聚合物多元醇20kg和纳米碳酸钙20kg放入高速反应釜中 ，高速搅拌,搅拌速度为130-150转/min，搅拌时间30-45min,使得充分混合；
（2）、步骤（1）混合好的物料转入低速恒温反应釜中，加入二甲基氨基乙基醚0.25kg、三乙烯二胺0.8kg、匀泡剂1.0kg、聚氨酯表面活性剂0.6kg、聚氨酯交联剂1.8kg、开孔剂1.5kg和水3.5kg，保持温度22-28℃，搅拌速度为35-45转/min,搅拌备用；
（3）、将步骤（2）中所得物料转移至聚氨酯高压发泡的储料罐1中，在控制单元6中设定流量，控制单元6控制泵3的变频电机调整频率，流量计5将流量信号传递到控制单元6，控制单元6控制泵3的变频电机调整频率，实现闭环控制。从泵3中出来的物料到达高压混合头4，由高压混合头4将物料浇铸到泡沫模具7中，发泡 成型，所述泡沫模具的温度为50-60℃，保压时间300-360s。
Claims (8)
1.一种纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫，其特征在于：由重量份数的以下原材料制成：聚醚多元醇50-70份，聚合物多元醇15-25份，纳米碳酸钙15-25份，二甲基氨基乙基醚0.2-0.3份，凝胶催化剂0.7-1.0份，匀泡剂0.8-1.2份，聚氨酯表面活性剂0.5-0.8份，交联剂1.5-2份，开孔剂1-2份，水3-4份。
2.根据权利要求1所述纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫，其特征在于：所述凝胶催化剂为三乙烯二胺。
3.一种制备纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫的方法，其特征在于：按照如下步骤完成：
（1）、按照权利要求1中的配比，将聚醚多元醇、聚合物多元醇和纳米碳酸钙放入高速反应釜中 ，高速搅拌使得充分混合；
（2）、步骤（1）混合好的物料转入低速恒温反应釜中，加入二甲基氨基乙基醚、凝胶催化剂、匀泡剂、聚氨酯表面活性剂、交联剂、开孔剂和水，保持温度22-28℃，搅拌均匀备用；
（3）、将步骤（2）中所得物料转移至聚氨酯高压发泡机中进行高压发泡，所述聚氨酯高压发泡机包括发泡机储料罐（1）、在发泡机储料罐（1）的出口上设置过滤器（2），所述过滤器（2）的出口上设置泵（3），所述泵（3）为双联直齿共轭内啮合齿轮泵，所述双联直齿共轭内啮合齿轮泵通过管道与高压混合头（4）连接，在双联直齿共轭内啮合齿轮泵和高压混合头（4）之间的管道上设有流量计（5）；所述步骤（2）中的物料先转移至高压发泡机的储料罐（1）中，然后经过过滤器（2）过滤，物料再经泵（3）输送至高压混合头（4），物料由高压混合头（4）浇铸到泡沫模具（7）中发泡成型。
4.根据权利要求3所述制备纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫的方法，其特征在于：所述泵（3）采用变频电机控制。
5.根据权利要求4所述制备纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫的方法，其特征在于：所述高压发泡机还包括控制单元（6），所述流量计（5）将流量信号传递给控制单元（6），所述控制单元（6）将信号传递到泵（3）的变频电机的变频器（8），所述变频器（8）调整泵（3）输出频率。
6.根据权利要求3所述制备纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫的方法，其特征在于：步骤（1）中，搅拌速度为130-150转/min，搅拌时间30-45min。
7.根据权利要求3所述制备纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，搅拌速度为35-45转/min。
8.根据权利要求3所述制备纳米碳酸钙填充聚氨酯高回弹模塑泡沫的方法，其特征在于：所述泡沫模具（7）的温度为50-60℃，保压时间300-360s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130821 |