CN103172828A - 一种聚氨酯吸波凝胶材料的制备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚氨酯吸波凝胶材料的制备，该吸波材料以聚醚多元醇，多异氰酸酯，二氧化硅气凝胶颗粒，去离子水，无卤阻燃剂，导电炭黑，铁氧体份，阻燃消烟剂，复合催化剂，泡沫稳定剂，物理发泡剂为原料，通过聚合反应制备得到；该凝胶材料具有吸波性能好、成型工艺简单、阻燃性能好和环境性能优越等特点。

Description

一种聚氨酯吸波凝胶材料的制备

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种聚氨酯吸波凝胶材料的制备。

背景技术

吸波材料，是指能够将投射到它表面的电磁波大部分吸收并转化成其他形式的能量而几乎无反射的材料。随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。在机场，飞机航班因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院，移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。另外电磁辐射通过热效应、非热效应、累积效应对人体造成直接和间接的伤害。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料-吸波材料，已成为材料科学的一大课题。聚氨酯泡沫具有多孔、相对密度小，而且耐温、耐老化、抗有机溶剂侵蚀,容易成型加工等特点，在吸波材料中应用广泛。目前主要通过将吸波剂加入到硬质聚氨酯泡沫体系,再注入到模具中反应发泡，或者将软质聚氨酯泡沫切割成预定形状，浸渍吸波剂溶液来制备聚氨酯泡沫复合吸波材料,这些材料具有制作工艺复杂、功能单一、吸波助剂易于脱落、易燃等缺陷。

 中国专利CN200910029840.X“发泡型高回弹聚氨酯吸波材料及其制备方法”公开了一种使用吸收助剂、阻燃剂等原料制备的聚氨酯吸波材料。但该材料具有尺寸大、制作工艺复杂等缺陷。

如何提高吸波性能的同时提高阻燃性能、制作工艺简单、降低污染是吸波材料发展的关键问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有吸波材料制作工艺复杂、功能单一、吸波助剂易于脱落、易燃等问题，提供一种具有高吸波性能、低烟、低毒、难燃、制作工艺简单、可现场发泡等优点的聚氨酯吸波凝胶材料。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种聚氨酯吸波凝胶材料，其特征在于由底层、中间层及表层该吸波材料通过以下质量份的组分经聚合反应得到：

聚醚多元醇100份，多异氰酸酯20～70份，二氧化硅气凝胶颗粒0.01~0.5份，去离子水0.5～5份，无卤阻燃剂5～30份，导电炭黑2~10份，铁氧体10～40份，阻燃消烟剂1～10份，复合催化剂0.05～1.0份，泡沫稳定剂0.2～3份，开孔剂0.1~2份，物理发泡剂1～10份。

所述的聚醚多元醇羟值为20～60mgKOH/g。

所述的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，异氰酸酯的指数为0.60～1.15。

所述复合催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中一种与三乙烯二胺、四乙烯三胺中的一种组成的混合物，两者质量比为1：5～5：1。

所述的无卤阻燃剂为甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、三聚氰胺中一种或几种。所述的阻燃消烟剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌中一种或几种。

所述泡沫稳定剂为有机硅表面活性剂。所述物理发泡剂为环戊烷、正戊烷、异戊烷中一种。

上述的聚氨酯吸波凝胶材料的聚合方法，其特征在于该方法具体包括以下步骤：

将配方量的聚醚多元醇，无卤阻燃剂，二氧化硅气凝胶颗粒，导电炭黑，铁氧体，阻燃消烟剂，复合催化剂，去离子水，泡沫稳定剂在室温下搅拌均匀，静置10～60分钟，得到物料A；取出1/3质量份的物料A，加入配方量15-25%质量份的物理发泡剂和配方量1/3质量份的多异氰酸酯，搅拌3～10秒后，迅速倒入发泡模具进行室温发泡，得到厚度为5~15mm厚的底层泡沫；10分钟后再取出1/3质量份的物料A，加入配方量25-35%质量份的物理发泡剂和配方量1/3质量份的多异氰酸酯，搅拌3～10秒后，迅速倒入发泡模具在底层基础上进行室温发泡，得到10~20mm厚的中间层泡沫；10分钟后再取出1/3质量份的物料A，加入配方量剩余的物理发泡剂和配方量1/3质量份的多异氰酸酯，搅拌3～10秒后，迅速倒入发泡模具在中间层基础上进行室温发泡，最后将泡沫在室温下熟化1～4小时脱模，得到25~65mm厚的聚氨酯吸波凝胶材料。

与现有技术比较本发明的有益效果：

1、该聚氨酯吸波凝胶材料采用无卤阻燃剂与阻燃消烟剂相结合，使之起到阻燃协同作用，本发明吸波材料具有低烟、低毒、难燃等特点。

2、吸波剂与聚氨酯凝胶基体附着紧密，经振动试验后不会脱落。

3、该聚氨酯吸波凝胶材料可在施工现场发泡成型，运输方便，与现有吸波材料相比，可以大大减少存储和运输空间。

4、该聚氨酯吸波凝胶材料成型工艺简单，投资少，生产效率高，适合建筑墙体吸波及车辆、船只、飞机等吸波隐身领域。

5、本发明聚氨酯吸波凝胶材料阻燃性能达到HF-1级。

本发明制备的聚氨酯吸波凝胶材料， 42mm厚吸波性能在4GHz~20GHz频率范围内小于-20db。见实施例1。

本发明制备的聚氨酯吸波凝胶材料， 51mm厚吸波性能在4GHz~20GHz频率范围内小于-26db。见实施例2。

本发明制备的聚氨酯吸波凝胶材料， 58mm厚吸波性能在4GHz~20GHz频率范围内小于-30db。见实施例3。

具体实施方式

下面就本发明举例说明，但不是对本发明的限制。

实施例1

将聚醚多元醇100g(羟值56mgKOH/g)，甲基磷酸二甲酯15g，二氧化硅气凝胶颗粒0.05g，导电炭黑5g，铁氧体25g，氢氧化镁6g，辛酸亚锡0.2g，三乙烯二胺0.3g，去离子水3g，有机硅表面活性剂0.6g在室温下搅拌均匀，静置30分钟，得到物料A；取出1/3质量份的物料A，加入环戊烷1.2g和甲苯二异氰酸酯13.2g，搅拌5秒后，迅速倒入发泡模具进行室温发泡，得到厚度为10mm厚的底层泡沫；10分钟后再取出1/3质量份的物料A，加入环戊烷1.8g和甲苯二异氰酸酯13.2g，，搅拌7秒后，迅速倒入发泡模具在底层基础上进行室温发泡，得到12mm厚的中间层泡沫；10分钟后再取出1/3质量份的物料A，加入环戊烷3g和甲苯二异氰酸酯13.2g，搅拌7秒后，迅速倒入发泡模具在中间层基础上进行室温发泡，最后将泡沫在室温下熟化2小时脱模，得到42mm厚的聚氨酯吸波凝胶材料。其性能如下：吸波性能在4GHz~20GHz频率范围内小于-20db；阻燃性能达到HF-1级。

实施例2

将聚醚多元醇100g(羟值42mgKOH/g)，甲基磷酸二甲酯12g，三聚氰胺7g，二氧化硅气凝胶颗粒0.12g，导电炭黑7g，铁氧体30g，氢氧化铝5g、硼酸锌4g，二月桂酸二丁基锡0.25g，三乙烯二胺0.36g，去离子水4g，有机硅表面活性剂1.1g在室温下搅拌均匀，静置40分钟，得到物料A；取出1/3质量份的物料A，加入正戊烷1.4g和甲苯二异氰酸酯15g，搅拌4秒后，迅速倒入发泡模具进行室温发泡，得到厚度为11mm厚的底层泡沫；10分钟后再取出1/3质量份的物料A，加入正戊烷1.9g和甲苯二异氰酸酯15g，搅拌4秒后，迅速倒入发泡模具在底层基础上进行室温发泡，得到15mm厚的中间层泡沫；10分钟后再取出1/3质量份的物料A，加入正戊烷3.3g和甲苯二异氰酸酯15g，搅拌4秒后，迅速倒入发泡模具在中间层基础上进行室温发泡，最后将泡沫在室温下熟化2小时脱模，得到51mm厚的聚氨酯吸波凝胶材料。其性能如下：吸波性能在4GHz~20GHz频率范围内小于-26db；阻燃性能达到HF-1级。

实施例3

将聚醚多元醇100g(羟值34mgKOH/g)，乙基磷酸二乙酯12g，三聚氰胺9g，二氧化硅气凝胶颗粒0.3g，导电炭黑5g，铁氧体32g，氢氧化铝8g，辛酸亚锡0.25g，四乙烯三胺0.4g，去离子水4.5g，有机硅表面活性剂1.1g在室温下搅拌均匀，静置35分钟，得到物料A；取出1/3质量份的物料A，加入异戊烷1.6g和甲苯二异氰酸酯17g，搅拌4秒后，迅速倒入发泡模具进行室温发泡，得到厚度为14mm厚的底层泡沫；10分钟后再取出1/3质量份的物料A，加入异戊烷2.1 g和甲苯二异氰酸酯17g，搅拌4秒后，迅速倒入发泡模具在底层基础上进行室温发泡，得到17mm厚的中间层泡沫；10分钟后再取出1/3质量份的物料A，加入异戊烷3.3g和甲苯二异氰酸酯17g，搅拌5秒后，迅速倒入发泡模具在中间层基础上进行室温发泡，最后将泡沫在室温下熟化2小时脱模，得到58mm厚的聚氨酯吸波凝胶材料。其性能如下：吸波性能在4GHz~20GHz频率范围内小于-30db；阻燃性能达到HF-1级。

上述实施例吸波性能测定方法：将制成的聚氨酯吸波凝胶材料切割成面积为3 cm×3 cm，厚度为4mm的矩形片状样品，并在一侧表面上贴上一层表面非常平整的铝箔，采用数字化矢量网络分析仪(8722ET型)测试在4~20 GHz频段内样品的微波反射率曲线。

阻燃性能测定按照GB/T 8332-2008 泡沫塑料燃烧性能试验方法 水平燃烧法。

Claims (9)

1.一种聚氨酯吸波凝胶材料，其特征在于由底层、中间层及表层该吸波材料通过以下质量份的组分经聚合反应得到：

聚醚多元醇100份，多异氰酸酯20～70份，二氧化硅气凝胶颗粒0.01~0.5份，去离子水0.5～5份，无卤阻燃剂5～30份，导电炭黑2~10份，铁氧体10～40份，阻燃消烟剂1～10份，复合催化剂0.05～1.0份，泡沫稳定剂0.2～3份，物理发泡剂1～10份。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯凝胶吸波材料，其特征在于所述的聚醚多元醇羟值为20～60mgKOH/g。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯凝胶吸波材料，其特征在于所述的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，异氰酸酯的指数为0.60～1.15。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯吸波凝胶材料，其特征在于所述复合催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中一种与三乙烯二胺、四乙烯三胺中的一种组成的混合物，两者质量比为1：5～5：1。

5.根据权利要求1所述的聚氨酯吸波凝胶材料，其特征在于所述的无卤阻燃剂为甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、三聚氰胺中一种或几种。

6.根据权利要求1所述的聚氨酯吸波凝胶材料，其特征在于所述的阻燃消烟剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌中一种或几种。

7.根据权利要求1所述的聚氨酯吸波凝胶材料，其特征在于所述泡沫稳定剂为有机硅表面活性剂。

8.根据权利要求1所述的聚氨酯吸波凝胶材料，其特征在于所述物理发泡剂为环戊烷、正戊烷、异戊烷中一种。

9.一种权利要求1所述的聚氨酯吸波凝胶材料的聚合方法，其特征在于该方法具体包括以下步骤：

将配方量的聚醚多元醇，无卤阻燃剂，二氧化硅气凝胶颗粒，导电炭黑，铁氧体，阻燃消烟剂，复合催化剂，去离子水，泡沫稳定剂在室温下搅拌均匀，静置10～60分钟，得到物料A；取出1/3质量份的物料A，加入配方量15-25%质量份的物理发泡剂和配方量1/3质量份的多异氰酸酯，搅拌3～10秒后，迅速倒入发泡模具进行室温发泡，得到厚度为5~15mm厚的底层泡沫；10分钟后再取出1/3质量份的物料A，加入配方量25-35%质量份的物理发泡剂和配方量1/3质量份的多异氰酸酯，搅拌3～10秒后，迅速倒入发泡模具在底层基础上进行室温发泡，得到10~20mm厚的中间层泡沫；10分钟后再取出1/3质量份的物料A，加入配方量剩余的物理发泡剂和配方量1/3质量份的多异氰酸酯，搅拌3～10秒后，迅速倒入发泡模具在中间层基础上进行室温发泡，最后将泡沫在室温下熟化1～4小时脱模，得到25~65mm厚的聚氨酯吸波凝胶材料。