CN113174028A - 一种全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法和用途,属于高分子材料领域。该聚氨酯泡沫是由以下重量配比的组分制备而成:多元醇80~120份,扩链剂3~10份,发泡剂1~5份,胺类催化剂1~6份,凝胶催化剂0.1~1.5份,表面活性剂2~8份,交联剂1~10份,异氰酸酯40~150份。本发明采用全水发泡制备得到聚氨酯泡沫,绿色环保。同时,制得的泡沫内部泡孔结构良好,表观密度低,自重小,抗撕裂能力和抗压能力好。该聚氨酯泡沫在提高压缩强度的同时,克服了撕裂强度下降、表观密度增加的问题,同时实现了高压缩强度、高撕裂强度和低表观密度,提升了聚氨酯泡沫的整体性能,可用于制备在汽车内饰、减震缓冲、吸音、包装等中使用的材料,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域,具体涉及一种全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法和用途。
背景技术
聚氨酯泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料,在多种助剂的作用下,发泡形成的高分子聚合物。聚氨酯泡沫由交替的软段和硬段组成,硬段结构赋予泡沫的刚性;软段结构赋予泡沫黏弹性。聚氨酯泡沫依据泡沫的硬度可分为硬质聚氨酯泡沫、半硬质聚氨酯泡沫和软质聚氨酯泡沫。作为一种多孔材料,聚氨酯泡沫具有优良的吸声隔音和阻尼性能,被广泛应用于汽车内饰件、减震缓冲材料、包装材料、吸音材料等方面。
聚氨酯泡沫的压缩性能是衡量泡沫的使用性能的力学性能之一。更大的压缩强度能够赋予泡沫更好的抗压能力,有利于聚氨酯泡沫在不同场景下的应用。因此改善聚氨酯泡沫的压缩性能十分有必要。目前提高聚氨酯泡沫的压缩性能常采用以下方式:提升硬段结构的含量(比如增加异氰酸酯、扩链剂和发泡剂的含量)、设计引入交联结构和加入固体粒子或纤维增强。
上述方法虽能大幅度提升聚氨酯泡沫的压缩性能,但随着压缩强度的提升,也存在撕裂强度下降和表观密度增加的问题,从而影响聚氨酯泡沫的应用。因此,研究一种压缩强度和撕裂强度高,且表观密度低的聚氨酯泡沫十分有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法和用途。
本发明提供了一种全水发泡聚氨酯泡沫,它是由以下重量配比的组分制备而成:多元醇80~120份,扩链剂3~10份,发泡剂1~5份,胺类催化剂1~6份,凝胶催化剂0.1~1.5份,表面活性剂2~8份,交联剂1~10份,异氰酸酯40~150份。
进一步地,前述的全水发泡聚氨酯泡沫是由以下重量配比的组分制备而成:多元醇100~120份,扩链剂4份,发泡剂2份,胺类催化剂2~2.25份,凝胶催化剂0.25份,表面活性剂3份,交联剂2份,异氰酸酯80~100份。
进一步地,前述的全水发泡聚氨酯泡沫是由以下重量配比的组分制备而成:多元醇120份,扩链剂4份,发泡剂2份,胺类催化剂2.25份,凝胶催化剂0.25份,表面活性剂3份,交联剂2份,异氰酸酯100份。
进一步地,所述多元醇选自聚醚多元醇或/和聚酯多元醇;和/或,所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯中的任一种或多种。
进一步地,所述多元醇为聚氧化丙烯三醇;和/或,所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯。
进一步地,所述聚氧化丙烯三醇选自分子量为1000、3000或4800的聚氧化丙烯三醇中的一种或多种;优选地,所述聚氧化丙烯三醇由分子量为1000和3000的聚氧化丙烯三醇组成。
进一步优选地,所述分子量为1000的聚氧化丙烯三醇和分子量为3000的聚氧化丙烯三醇的质量比为1:5。
进一步地,所述扩链剂为乙二醇;和/或,所述发泡剂为H2O;和/或,所述胺类催化剂由33wt%的三亚乙基二胺与67wt%的一缩二丙二醇组成;和/或,所述凝胶催化剂为二月桂酸二丁基锡;和/或,所述表面活性剂为硅油;和/或,所述交联剂为三乙醇胺。
优选地,所述表面活性剂为硅油DC193。
本发明还提供了一种制备前述的全水发泡聚氨酯泡沫的方法,它包括如下步骤:
(1)按重量配比称取各组分;
(2)将多元醇、扩链剂、发泡剂、胺类催化剂、凝胶催化剂、表面活性剂和交联剂混合,搅拌均匀,得混合物;
(3)将异氰酸酯加入步骤(2)的混合物中,搅拌均匀;
(4)将步骤(3)搅拌好的原料倒入模具中进行发泡,发泡结束后固化,即得。
进一步地,步骤(2)中,所述搅拌的搅拌速度为≥2000r/min,搅拌时间为30~60s;和/或,步骤(3)中,所述搅拌的搅拌速度为≥2000r/min,搅拌时间为10~15s;和/或,步骤(4)中,所述发泡时间为≤2min;和/或,步骤(4)中,固化为室温固化24h。
本发明还提供了前述的全水发泡聚氨酯泡沫在制备汽车内饰件、减震缓冲材料、包装材料、吸音材料中的用途。
本发明中,室温为25±5℃。
本发明采用全水发泡制备得到聚氨酯泡沫,该制备方法没有小分子溢出,绿色环保。同时,制得的聚氨酯泡沫内部泡孔结构良好,表观密度低,自重小,且撕裂强度和压缩强度高,抗撕裂能力和抗压能力好。该聚氨酯泡沫在提高压缩强度的同时,克服了撕裂强度下降、表观密度增加的问题,同时实现了高压缩强度、高撕裂强度和低表观密度,提升了聚氨酯泡沫的整体性能,可用于制备在汽车内饰、减震缓冲、吸音、包装等中使用的材料,具有广阔的应用前景。
显然,根据本发明的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式,对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为各组聚氨酯泡沫的泡孔形貌。
具体实施方式
本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品,通过购买市售产品获得。
实施例1、本发明全水发泡聚氨酯泡沫的制备
1、原料配方
2、制备方法
按原料配方中的重量称取各原料,并将A组份混合,高速机械搅拌,搅拌速度为≥2000r/min,搅拌时间为60s;搅拌均匀后,将B组份迅速倒入A组份中,高速机械搅拌,搅拌速度为≥2000r/min,搅拌时间为10~15s;将搅拌好的原料浇注入内侧铺有聚乙烯膜的模具中,自由发泡≤2min,发泡结束后,室温固化24h,得到全水发泡聚氨酯泡沫,命名为Neat。
实施例2、本发明全水发泡聚氨酯泡沫的制备
1、原料配方
2、制备方法
按原料配方中的重量称取各原料,并将A组份混合,高速机械搅拌,搅拌速度为≥2000r/min,搅拌时间为60s;搅拌均匀后,将B组份迅速倒入A组份中,高速机械搅拌,搅拌速度为≥2000r/min,搅拌时间为10~15s;将搅拌好的原料浇注入内侧铺有聚乙烯膜的模具中,自由发泡≤2min,发泡结束后,室温固化24h,得到全水发泡聚氨酯泡沫,命名为GP-20。
实施例3、本发明全水发泡聚氨酯泡沫的制备
1、原料配方
2、制备方法
按原料配方中的重量称取各原料,并将A组份混合,高速机械搅拌,搅拌速度为≥2000r/min,搅拌时间为60s;搅拌均匀后,将B组份迅速倒入A组份中,高速机械搅拌,搅拌速度为≥2000r/min,搅拌时间为10~15s;将搅拌好的原料浇注入内侧铺有聚乙烯膜的模具中,自由发泡≤2min,发泡结束后,室温固化24h,得到全水发泡聚氨酯泡沫,命名为V-20。
以下通过试验例来说明本发明的有益效果。
试验例1、全水发泡聚氨酯泡沫的形貌和密度表征测试
1、试验方法
取实施例1~3的全水发泡聚氨酯泡沫,利用扫描电子显微镜观察各组聚氨酯泡沫的泡孔形貌;并按照GB/T 6343-2009方法测各组聚氨酯泡沫的表观密度。
2、试验结果
各组全水发泡聚氨酯泡沫的泡孔形貌如图1所示;各组全水发泡聚氨酯泡沫的表观密度如表1所示。
表1.各组全水发泡聚氨酯泡沫的表观密度
组别 | 表观密度(kg/m<sup>3</sup>) |
Neat | 49.6±0.3 |
GP-20 | 44.2±0.7 |
V-20 | 44.2±0.5 |
从图1的结果可知,各组聚氨酯泡沫内部泡孔结构良好。从表1的结果可知,相比Neat,GP-20和V-20的表观密度更低,这有利于降低聚氨酯泡沫自重,便于实际应用。
试验例2、全水发泡聚氨酯泡沫的力学性能测试
1、试验方法
取实施例1~3的全水发泡聚氨酯泡沫,参照GB/T 10808-2006《高聚物多孔弹性材料撕裂强度测试》,撕裂试样尺寸25mm×25mm×85mm,撕裂速率50mm/min;参照GB/T 8813-2008《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》,压缩试样尺寸30mm×30mm×30mm,压缩速率为3mm/min等方法测各组聚氨酯泡沫的撕裂强度和压缩强度。
2、试验结果
各组全水发泡聚氨酯泡沫的力学性能测试结果如表2所示。
表2.各组全水发泡聚氨酯泡沫的力学性能测试结果
组别 | 撕裂强度(N/m) | 压缩强度(MPa) |
Neat | 2.45±0.04 | 0.0160±0.0003 |
GP-20 | 2.71±0.05 | 0.0188±0.0008 |
V-20 | 2.29±0.05 | 0.0149±0.0005 |
撕裂强度和压缩强度高能够赋予泡沫更好的抗撕裂能力和抗压能力。从表2的结果可知,相比于Neat和V-20,GP-20在更低的表观密度下具有更高的撕裂强度和压缩强度,取得了更好的效果,有利于聚氨酯泡沫的应用。
综上,本发明采用全水发泡制备得到聚氨酯泡沫,该制备方法没有小分子溢出,绿色环保。同时,制得的聚氨酯泡沫内部泡孔结构良好,表观密度低,自重小,且撕裂强度和压缩强度高,抗撕裂能力和抗压能力好。该聚氨酯泡沫在提高压缩强度的同时,克服了撕裂强度下降、表观密度增加的问题,同时实现了高压缩强度、高撕裂强度和低表观密度,提升了聚氨酯泡沫的整体性能,可用于制备在汽车内饰、减震缓冲、吸音、包装等中使用的材料,具有广阔的应用前景。
Claims (10)
1.一种全水发泡聚氨酯泡沫,其特征在于:它是由以下重量配比的组分制备而成:多元醇80~120份,扩链剂3~10份,发泡剂1~5份,胺类催化剂1~6份,凝胶催化剂0.1~1.5份,表面活性剂2~8份,交联剂1~10份,异氰酸酯40~150份。
2.根据权利要求1所述的全水发泡聚氨酯泡沫,其特征在于:它是由以下重量配比的组分制备而成:多元醇100~120份,扩链剂4份,发泡剂2份,胺类催化剂2~2.25份,凝胶催化剂0.25份,表面活性剂3份,交联剂2份,异氰酸酯80~100份。
3.根据权利要求2所述的全水发泡聚氨酯泡沫,其特征在于:它是由以下重量配比的组分制备而成:多元醇120份,扩链剂4份,发泡剂2份,胺类催化剂2.25份,凝胶催化剂0.25份,表面活性剂3份,交联剂2份,异氰酸酯100份。
4.根据权利要求1~3任一项所述的全水发泡聚氨酯泡沫,其特征在于:所述多元醇选自聚醚多元醇或/和聚酯多元醇;和/或,所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯中的任一种或多种。
5.根据权利要求4所述的全水发泡聚氨酯泡沫,其特征在于:所述多元醇为聚氧化丙烯三醇;和/或,所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯。
6.根据权利要求5所述的全水发泡聚氨酯泡沫,其特征在于:所述聚氧化丙烯三醇选自分子量为1000、3000或4800的聚氧化丙烯三醇中的一种或多种;优选地,所述聚氧化丙烯三醇由分子量为1000和3000的聚氧化丙烯三醇组成。
7.根据权利要求1~3任一项所述的全水发泡聚氨酯泡沫,其特征在于:所述扩链剂为乙二醇;和/或,所述发泡剂为H2O;和/或,所述胺类催化剂由33wt%的三亚乙基二胺与67wt%的一缩二丙二醇组成;和/或,所述凝胶催化剂为二月桂酸二丁基锡;和/或,所述表面活性剂为硅油;和/或,所述交联剂为三乙醇胺。
8.一种制备权利要求1~7任一项所述的全水发泡聚氨酯泡沫的方法,其特征在于:它包括如下步骤:
(1)按重量配比称取各组分;
(2)将多元醇、扩链剂、发泡剂、胺类催化剂、凝胶催化剂、表面活性剂和交联剂混合,搅拌均匀,得混合物;
(3)将异氰酸酯加入步骤(2)的混合物中,搅拌均匀;
(4)将步骤(3)搅拌好的原料倒入模具中进行发泡,发泡结束后固化,即得。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:步骤(2)中,所述搅拌的搅拌速度为≥2000r/min,搅拌时间为30~60s;和/或,步骤(3)中,所述搅拌的搅拌速度为≥2000r/min,搅拌时间为10~15s;和/或,步骤(4)中,所述发泡时间为≤2min;和/或,步骤(4)中,固化为室温固化24h。
10.权利要求1~7任一项所述的全水发泡聚氨酯泡沫在制备汽车内饰件、减震缓冲材料、包装材料、吸音材料中的用途。
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JING ZOU,等: "Effect of hard segments on the thermal and mechanical properties of water blown semi-rigid polyurethane foams", 《JOURNAL OF POLYMER RESEARCH》, vol. 22, no. 6, 30 May 2015 (2015-05-30), pages 1 - 10 * |
YINFU LUO,等: "Effect of crosslinking agent on properties and morphology of water-blown semirigid polyurethane foam", 《JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE》 * |
YINFU LUO,等: "Effect of crosslinking agent on properties and morphology of water-blown semirigid polyurethane foam", 《JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE》, vol. 135, no. 42, 22 August 2018 (2018-08-22), pages 1 - 11 * |
李洪波: "全水发泡聚氨酯硬质泡沫塑料的制备及结构与性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 1, pages 016 - 194 * |
薛海蛟,等: "高性能硬质聚氨酯泡沫塑料的制备及性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
薛海蛟,等: "高性能硬质聚氨酯泡沫塑料的制备及性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 1, 15 December 2011 (2011-12-15), pages 016 - 193 * |
雷雁洲,等: "聚醚多元醇分子量对全水发泡慢回弹聚氨酯泡沫回弹性能的影响", 《2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题C:高分子结构与性能》 * |
雷雁洲,等: "聚醚多元醇分子量对全水发泡慢回弹聚氨酯泡沫回弹性能的影响", 《2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题C:高分子结构与性能》, 31 October 2013 (2013-10-31), pages 173 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113896860A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-01-07 | 康达新材料(集团)股份有限公司 | 一种全水聚氨酯硬泡材料及制备方法及应用 |
CN113896860B (zh) * | 2021-11-02 | 2023-04-07 | 康达新材料(集团)股份有限公司 | 一种全水聚氨酯硬泡材料及制备方法及应用 |
CN114516947A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-05-20 | 宁夏领航保温材料有限公司 | 一种发泡制备工艺及配方 |
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CN113174028B (zh) | 2023-08-29 |
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