CN100376632C - 纳米蒙脱土聚氨酯软质泡沫塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米蒙脱土聚氨酯软质泡沫塑料及其制备方法，聚醚多元醇、纳米蒙脱土重量份数比：纳米蒙脱土5-40、聚醚多元醇60-95；制备方法是将的有机纳米蒙脱土与聚醚多元醇倒入同一容器进行复合；再依次倒入催化剂及发泡剂、匀泡剂后充分搅拌、混合成组合聚醚；再倒入NCO指数为1-1.2的异氰酸酯搅拌速度4000-5000转/分，搅拌时间7-15秒、熟化时间10-15分，与异氰酸酯反应；在环境温度15℃以上、物料温度为22-25℃、模具温度35-50℃、熟化温度为70-120℃。它不仅质地柔软、回弹性好、湿老化性能好、变形曲线理想，它代替了软泡聚醚与接枝聚醚配合使用，消除了生产接枝聚醚的危害与环境污染，而且用水发泡，消除了对大气的危害。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，更具体地说是涉及一种纳米蒙脱土聚氨酯软质泡沫塑料及其制备方法。
背景技术
目前，聚氨酯软质泡沫塑料通常以异氰酸酯与含有羟基官能度在3以上、分子量在3000-6500的聚醚为主要原材料，加入催化剂、发泡剂、匀泡剂发生化学反应成型，由于聚氨酯软质泡沫塑料具有质地柔软、回弹性好，压缩变形小、湿老化性能好、变形曲线理想的特点，因此发展速度很快。自二十世纪五十年代首次由美国怀安多特公司研制出环氧丙烷、环氧乙烷后制作出理想的聚氨酯软泡制品。尤其是在二十世纪七十年代高回弹聚氨酯软泡研制成功，并投入工业化生产。很快由美国、日本等国将高回弹技术用于汽车、轮船、飞机等交通工具的座垫、靠垫、软席扶手、头枕及其它行业，用量不断增大。我国开发是从二十世纪七十年代末，开始采用聚醚或聚醚与接枝聚醚配合使用，取得优良的物性指标和球回弹及良好的Sag值，尤其在模塑聚氨酯软泡的生产中，接枝聚醚是其中一个主要原材料。该材料是以丙烯氰或苯乙烯或二者相混合，在引发剂存在下接枝聚合而成，是有机填加剂，它可以增加分子链节的刚度，从而提高制品的球回弹和压缩负荷等性能。但是生产接枝聚醚所用原材料中，丙烯氰是高毒类物质，苯乙烯和如偶氮二异丁氰及其它引发剂均属有毒物质，在生产过程和使用过程中对人体都会有不同程度的危害，尤其是所使用的发泡剂为氟里昂11对环境能产生很大的危害，且生产成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米蒙脱土聚氨酯软质泡沫塑料及其制备方法，它不仅质地柔软、回弹性好、压缩变形小、湿老化性能好、变形曲线理想，而且对人体及环境均没有危害。
本发明的目的是这样实现的，一种纳米蒙脱土聚氨酯软质泡沫塑料，它包括有聚醚多元醇，其特征在于它还包含有机纳米蒙脱土，其重量份数比是：有机纳米蒙脱土5-40、聚醚多元醇60-95；首先将重量份数为5-40的有机纳米蒙脱土与60-95的聚醚多元醇置入同一容器中搅拌复合；加入重量份数为1-4的催化剂1、2、3；再加入重量份数为1-5的发泡剂-水；1-3的匀泡剂，然后充分搅拌混合，制备出组合聚醚；再加入NCO指数为1-1.2的异氰酸酯搅拌，搅拌速度为4000-5000转/分，搅拌时间7-15秒、熟化时间10-15分；环境温度为15℃以上、物料温度为22-25℃、模具温度35-50℃、熟化温度为70-120℃。
一种制备纳米蒙脱土聚氨酯软质泡沫塑料的方法，其特征是：首先将重量份数为5-40的有机纳米蒙脱土与60-95的聚醚多元醇置入同一容器中搅拌复合；加入重量份数为1-4的催化剂1、2、3；再加入重量份数为1-5的发泡剂-水；1-3的匀泡剂，然后充分搅拌混合，制备出组合聚醚；再加入NCO指数为1-1.2的异氰酸酯搅拌，搅拌速度为4000-5000转/分，搅拌时间7-15秒、熟化时间10-15分；环境温度为15℃以上、物料温度为22-25℃、模具温度35-50℃、熟化温度为70-120℃。
本发明的优点是，由于聚氨酯软质泡沫塑料是以有机蒙脱土纳米材料与软泡聚醚复合而成，纳米蒙脱土粒子复合于高分子聚醚分子链上，使其分子结构发生变化，增加了制品的钢度及负荷，提高了制品的物性指标，使聚氨酯软质泡沫塑料质地柔软、回弹性好、压缩变形小、湿老化性能好、变形曲线更理想，质量标准优于软泡聚醚与接枝聚醚配合使用所制的制品，因此是接枝聚醚的替代物，它也消除了生产接枝聚醚对人体及环境的危害与污染，因此解决了生产接枝聚醚带来的环保问题，又由于在制备中以水为发泡剂，省去了氟里昂发泡剂全面解决了发泡过程释放氟的问题，消除了对环境的危害、生产工艺简单、使操作更加方便，降低了成本，是一种新颖并独具特色纳米蒙脱上聚氨酯软质泡沫塑料产品。
具体实施方式
实施例1：制作汽车座垫，将座垫模具加热至35℃备用。
首先将重量份数为5的纳米蒙脱土与重量份数为95的聚醚多元醇，置入同一容器中搅拌复合；加入重量份数为0-4的混合催化剂，再加入重量份数为1-5的发泡剂-水、重量份数为1-3的匀泡剂，然后充分搅拌混合，制备出组合聚醚；最后加入NCO指数为1的异氰酸酯，搅拌。搅拌速度为4000转/分，搅拌时间为7秒、后倒入模具中；环境温度为15℃、物料温度为22℃、模具温度35℃、熟化温度为70℃，熟化时间为10分，脱模后即可形成高弹性的聚氨酯软质泡沫塑料。
实施例2：制作沙发座垫，将座垫模具加热至50℃备用。
首先将重量份数为40的纳米蒙脱土与重量份数为60的聚醚多元醇，置入同一容器中搅拌复合；加入重量份数为0-4催化剂，再加入重量份数为1-5的发泡剂-水、重量份数为1-3的匀泡剂，然后充分搅拌混合，制备出组合聚醚；最后加入NCO指数为1.2的异氰酸酯，搅拌。搅拌速度为5000转/分，搅拌时间为15秒、后倒入模具中；环境温度为20℃、物料温度为25℃、模具温度50℃、熟化温度为120℃，熟化时间为15分，脱模后即可形成高弹性的聚氨酯软质泡沫塑料。
实施例3：制作软质扶手，将模具加热至40℃备用。
首先将重量份数为20的纳米蒙脱土与重量份数为80的聚醚多元醇，置入同一容器中搅拌复合；加入重量份数为0-4的催化剂，再加入重量份数为1-5的发泡剂-水、重量份数为2的匀泡剂，然后充分搅拌混合，制备出组合聚醚；最后加入指数为1的异氰酸酯，搅拌。搅拌速度为4500转/分，搅拌时间为10秒、后倒入模具中；环境温度为18℃、物料温度为24℃、模具温度40℃、熟化温度为100℃，熟化时间为12分，脱模后即可形成高弹性的聚氨酯软质泡沫塑料。
下表是几种原材料及各自的配方，对同一辅助材料和同一工艺参数发泡后物性指标对比：
发泡配方对比
| 项目 | 配方一 | 配方二 | 配方三 | 配方四 |
| 820聚醚 | 70 | 70 | 100 | |
| 920聚醚 | 30 | 30 | ||
| 纳米复合820聚醚 | 100 | |||
| 催化剂1 | 适量 | 适量 | 适量 | 适量 |
| 催化剂2 | 适量 | 适量 | 适量 | 适量 |
| 催化剂3 | 适量 | 适量 | 适量 | 适量 |
| 物理发泡剂 | 适量 | 适量 | 适量 | 适量 |
| 化学发泡剂 | 2.5 | 2.8 | 2.5 | 3 |
| 硅油 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
| NCO指数 | 105 | 110 | 105 | 105 |
四个试验中工艺参数控制以下标准
| 项目 | 单位 | 指标 |
| 搅拌速度 | 转/分 | 4000-5000 |
| 搅拌时间 | 秒 | 7-15 |
| 熟化时间 | 分 | 10-15 |
| 熟化温度 | ℃ | 50-70 |
| 模具温度 | ℃ | 35-55 |
| A料温度 | ℃ | 20-25 |
| B料温度 | ℃ | 20-25 |
泡沫物性
| 项目 | 单位 | 配方一 | 配方二 | 配方三 | 配方四 |
| 自由上升密度 | Kg/m<sup>3</sup> | 45.38 | 43.50 | 42.00 | 43.00 |
| 断裂伸长率 | ％ | 130 | 126 | 97.5 | 150 |
| 球回弹 | ％ | 61.50 | 62.10 | 56.40 | 63 |
| 压缩永久变型 | ％ | 6.8 | 5.1 | 7.42 | 6.3 |
| 撕裂强度 | N/M | 183 | 171 | 154 | 270 |
由以上数据可以看出由于配方中使用适量的接枝聚醚球回弹等物性指标均好于单独使用高活性聚醚，而复合纳米材料的高活性聚醚在同样条件下，物性指标均超过与接枝聚醚配合使用的指标，达到设计要求，并均达到或超过美国ASTM-3770-79标准。
纳米聚氨酯软质泡沫是以官能度在3以上分子量在3000-6500伯羟基在40-85的软泡聚醚和有机纳米材料，主要成分为蒙脱土等经化学和物理手段处理使其有机化，颗粒度为几纳米至几百纳米在一定条件下生成纳米蒙脱土聚醚复合材料，用所得复合聚醚材料，在催化剂、发泡剂、匀泡剂的存在下与异氰酸酯反应生成无氟纳米聚氨酯软泡。
本发明采用了一种用有机蒙脱土纳米材料与软泡聚醚复合而成纳米蒙脱土复合聚醚为原料，用以替代聚醚与接枝聚醚配合使用。由于分子链上复合了纳米材料，是分子结构发生了改变，分子链上带有刚性。再者纳米材料不参与和异氰酸酯反应，因此，它不影响聚醚多元醇的活性。只是纳米材料在聚醚参与交联反应后纳米材料只起到支撑及连接作用，从而可提高泡沫体的压缩负荷，球回弹和提高其它物性指标，纳米材料添加量占复合聚醚5-40％
本发明的反应原理
(1)含羟基化合物(如聚醚)和异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯
这个反应是制备各种聚氨酯的基本化学反应，反应中除氢原子转移的特点外，没有小分子副产析出。
(2)异氰酸酯与水反应(发泡反应)
异氰酸酯与水反应生成不稳定的氨基甲酸，随即分解成胺同时放出二氧化碳。
R-NCO+HOH→RNHCOOH→RNH2+CO2↑
(3)异氰酸酯与胺反应
反应后生成脲的衍生物，然后再以一定速度与异氰酸酯反应，最终生成缩二脲。
(4)异氰酸酯与氨基甲酸酯反应
在较高的温度下，以氰酸酯与氨基甲酸酯反应生成脲基甲酸酯。
(5)异氰酸酯与脲的衍生物反应
异氰酸酯与脲的衍生物反应生成缩二脲。
(6)异氰酸酯与羧酸反应
异氰酸酯与羧酸反应和与水反应相似，先是加成反应形成酸酰胺，遇热后分解而放出二氧化碳。
(7)异氰酸酯与酰胺反应
(8)异氰酸酯本身自聚和反应
制作方法(以手工浇注模塑发泡为例)
模塑纳米蒙脱土聚氨酯软质泡沫塑料制备方法是：
(1)根据制品要求，制作合格模具；
(2)脱模剂为有机硅或石蜡；
(3)模具升温35-55℃(备用)；
(4)甲乙料分别升温20-25℃；
(5)将甲料与乙料按一定比例放入容器中，使用电动搅拌对混合料进行强制搅拌混合7-15秒浇注模具中，发泡时间控制在60-150秒以内，送55-70℃熟化箱中去熟化8-12分或12-15分。得合板模塑高回弹聚氨酯软质泡沫塑料。
(6)脱模。
制备的聚氨酯软质泡沫塑料物性指标达到或高于目前通用的聚谜与接枝聚醚配合使用生产出的泡沫制品，因此可替代接枝聚醚。由于发泡剂是水，可替代氟里昂11，根据聚醚分子量的大小，纳米蒙脱土的加入量的变化。在复合聚醚中有机蒙脱土加入量的变化发泡配方中辅助材料的变化，或异氰酸酯品种的变化使其功能发生了变化，因此它的应用面十分广乏。
(1)适用于间歇和连续平顶发泡工艺制造普通聚氨酯软泡大块；
(2)适用于热熟化高承载聚氨酯软泡制品；
(3)适用于冷熟化高回弹软泡制品；
(4)适用于半软半硬泡制品；
(5)适用于整皮模塑半软半硬泡制品。
下面再提供基础配方实施例见下表：
1、普通聚氨酯软质泡沫塑料
| 甲组份 | 乙组份 |
| TDI20/80NCO指数105 | 3010聚醚60-95份纳米粉5-40份水2-5份硅油1-4份三乙烯二胺0.5-2份 |
| 有机锡0-0.5份 |
2、高回弹聚氨酯软泡
| 甲组份 | 乙组份 |
| TDI20/80MDINCO指数105-110 | TR5000聚醚60-95份纳米粉5-40份水0-5份匀泡剂0.5-2.5份三乙烯二胺0-3份A<sub>1</sub>催化剂0-0.5有机锡0-0.5份 |
3、半软半硬聚氨酯泡沫
| 甲组份 | 乙组份 |
| MRNCO指数105-120 | TR5000聚醚60-95份纳米粉5-40份水1-2份匀泡剂1-2.5份交联剂5-6三乙醇胺3-6份A<sub>P</sub>开孔剂0.4 |
4、整皮模塑半硬泡
| 甲组份 | 乙组份 |
| TDI35/65NCO指数105 | TR5000聚醚60-95份纳米粉5-40份二甲基硅油0.5-2份三乙烯二胺1-3份芳香二胺20份水0.3-1份 |
Claims (2)
1.一种纳米蒙脱土聚氨酯软质泡沫塑料，它包括有聚醚多元醇，其特征在于它还包含有机纳米蒙脱土，其重量份数比是：有机纳米蒙脱土5-40、聚醚多元醇60-95；首先将重量份数为5-40的有机纳米蒙脱土与60-95的聚醚多元醇置入同容器中搅拌复合；加入重量份数为1-4的催化剂1、2、3；再加入重量份数为1-5的发泡剂-水；1-3的匀泡剂，然后充分搅拌混合，制备出组合聚醚；再加入指数为1-1.2的异氰酸酯搅拌，搅拌速度为4000-5000转/分，搅拌时间7-15秒、熟化时间10-15分；环境温度为15℃以上、物料温度为22-25℃、模具温度35-50℃、熟化温度为70-120℃。
2.一种制备权利要求1所述的纳米蒙脱土聚氨酯软质泡沫塑料的方法，其特征是：首先将重量份数为5-40的有机纳米蒙脱土与60-95的聚醚多元醇置入同一容器中搅拌复合；加入重量份数为1-4的催化剂1、2、3；再加入重量份数为1-5的发泡剂-水；1-3的匀泡剂，然后充分搅拌混合，制备出组合聚醚；再加入指数为1-1.2的异氰酸酯搅拌，搅拌速度为4000-5000转/分，搅拌时间7-15秒、熟化时间10-15分；环境温度为15℃以上、物料温度为22-25℃、模具温度35-50℃、熟化温度为70-120℃。
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