CN103436007A

CN103436007A - 一种吸水软质聚氨酯泡沫及其制备方法

Info

Publication number: CN103436007A
Application number: CN2013104029358A
Authority: CN
Inventors: 张连锋
Original assignee: QUANZHOU YUANLI SHOES MATERIAL Co Ltd
Current assignee: QUANZHOU YUANLI SHOES MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: CN103436007B

Abstract

本发明涉及聚氨酯泡沫技术领域，提供一种韧性好、回弹效果好、吸水能力强、吸水稳定性好的吸水软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：聚合物多元醇40-60份，聚乙二醇40-60份，二异氰酸酯30-50份，吸水性聚合物10-30份，发泡剂2-4份，催化剂0.5-1份，泡沫稳定剂1-3份；同时提供一种所述吸水软质聚氨酯泡沫的制备方法，包括（1）组合聚醚的制备，（2）泡沫材料的制备。

Description

一种吸水软质聚氨酯泡沫及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯泡沫技术领域，尤其涉及一种吸水软质聚氨酯泡沫及其制备方法。

背景技术

高吸水性树脂是近几十年来开发的一种具有三维网络空间结构的低交联度的新型功能高分子材料，它具有自身质量数十倍乃至数千倍的吸水能力，在加压或受热条件下也可以保持水分，但在干燥空气中可以缓慢地控制释放吸收的水分的能力。因此，它在农、林、园艺、医药、生理卫生、石油、化学化工、日用品、环境保护、建材、生化技术、食品等领域有着广泛的应用前景。

目前已有的高吸水性树脂，根据其制备原料不同大致分为三大系列：合成系、淀粉系和纤维素系。淀粉系原料来源丰富、绿色环保且吸水倍率较高，但该类树脂吸水后凝胶强度低，长期保水性差，且易受细菌等微生物分解而失去吸水、保水作用；天然纤维素是世界上储量最大、无毒无害、价格低廉的可再生资源，但纤维素溶解困难，其主要应用集中在以纤维素衍生物为原料接枝聚合，这导致一般接枝率不高、组分分布不均匀，制得的吸水树脂存在微观相分离，导致最终产品吸水倍率不高；合成系发展最早、成熟品种最多，主要有聚丙烯腈类、聚乙烯醇类、聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸（盐）类或其共聚物等，尽管受制于原料成本高、不可生物降解和严重依赖于石油资源等缺点限制，但由于这些树脂的吸水和保水能力强，短期内依旧无法替代。软质聚氨酯泡沫由于合成工艺简单，且具有优良的韧性和回弹性，也被广泛应用于高吸水树脂领域。早在1991年，美国专利（U.S. Pat. No. 4,985,467）报道了一种高吸水性聚氨酯泡沫的制备方法，该法是通过在软质聚氨酯发泡的配方中，加入吸水性物质，使之充填到泡沫体中来获得一种高吸水性材料。国内也有类似添加型吸水性软质聚氨酯泡沫的研究报道（聚氨酯工业，2001,16:20-23；功能材料，2007,38:3381-3383；材料科学与工程学报，2007,25:587-589。），但由于泡沫骨架本身不具吸水能力或吸水能力较弱，吸水性物质是分散在泡沫体中，易随水析出，因此使用时受到一定的局限，从而影响其应用领域。

发明内容

因此，针对以上内容，本发明提供一种韧性好、回弹效果好、吸水能力强、吸水稳定性好的吸水软质聚氨酯泡沫，同时提供一种所述吸水软质聚氨酯泡沫的制备方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种吸水软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚合物多元醇 40-60份

聚乙二醇 40-60份

二异氰酸酯 30-50份

吸水性聚合物 10-30份

发泡剂 2-4份

催化剂 0.5-1份

泡沫稳定剂 1-3份。

进一步的改进是：所述聚合物多元醇为聚环氧丙烷三元醇、聚四氢呋喃醚三元醇、聚己内酯三元醇中的任意一种，所述聚合物多元醇的摩尔质量为3000～5000 g/mol。

进一步的改进是：所述聚乙二醇的摩尔质量为1000～10000 g/mol。

进一步的改进是：所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二苯甲烷二异氰酸酯。

进一步的改进是：所述吸水性聚合物为交联聚丙烯酸钠、淀粉和丙烯酸盐的交联共聚物、纤维素接枝交联聚丙烯酸钠中的任意一种，所述吸水性聚合物的粒径为50～300目。

进一步的改进是：所述发泡剂为蒸馏水。

进一步的改进是：所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、三乙醇胺中的任意一种。

进一步的改进是：所述泡沫稳定剂为硅油。

一种吸水软质聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：

（1）组合聚醚的制备：按权利要求1所述的重量份数称取聚合物多元醇、聚乙二醇、发泡剂、催化剂和泡沫稳定剂，在40-65 ^oC下均匀搅拌5-20 min待用；

（2）泡沫材料的制备：往步骤（1）中迅速加入权利要求1所述重量份的吸水性聚合物和二异氰酸酯，计时搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内，使泡沫充满模具，静置10-30 min，再放到110～120℃烘箱内熟化1-2 h，冷却脱模，即制得吸水软质聚氨酯泡沫。

进一步的改进是：所述步骤（2）中模具的容积为300mm×300mm×1000mm。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过将可吸水柔顺性单元聚合物多元醇引入聚氨酯链节，并加入吸水性聚合物作为填充物，使得该聚氨酯泡沫韧性、回弹性好，吸水保水能力强，从而拓展了该吸水软质聚氨酯泡沫的应用领域，特别是在医药卫生领域如病人床垫、母乳垫以及手术用的各种垫褥等，具有很好的市场前景。

具体实施方式

以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。

实施例一

一种吸水软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚四氢呋喃醚三元醇40份，聚乙二醇60份，甲苯二异氰酸酯30份，交联聚丙烯酸钠（50目）10份，蒸馏水2份，二月桂酸二丁基锡0.5份，硅油1份。

其制备工艺为：

（1）组合聚醚的制备：称取40份聚四氢呋喃醚三元醇（3000 g/mol）、60份聚乙二醇(1000 g/mol)、蒸馏水2份、二月桂酸二丁基锡0.5份和1份硅油，一起加入到烧杯中，于40℃搅拌5 min得均匀混合液，待用；

（2）泡沫材料的制备：往步骤（1）中迅速加入10份交联聚丙烯酸钠（50目）、30份的甲苯二异氰酸酯，计时搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置10 min，再放到110℃烘箱内熟化1 h，冷却脱模，即制得吸水软质聚氨酯泡沫。

实施例二

一种吸水软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚四氢呋喃醚三元醇60份，聚乙二醇40份，甲苯二异氰酸酯50份，交联聚丙烯酸钠（10目）50份，蒸馏水4份，二月桂酸二丁基锡1份，硅油3份。

其制备工艺为：

（1）组合聚醚的制备：称取60份聚四氢呋喃醚三元醇（3000 g/mol）、40份聚乙二醇(1000 g/mol)、蒸馏水4份、二月桂酸二丁基锡1份和3份硅油，一起加入到烧杯中，于50℃搅拌10 min得均匀混合液，待用；

（2）泡沫材料的制备：往步骤（1）中迅速加入30份交联聚丙烯酸钠（100目）、50份的甲苯二异氰酸酯，计时搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置30 min，再放到115℃烘箱内熟化1.5 h，冷却脱模，即制得吸水软质聚氨酯泡沫。

实施例三

一种吸水软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚四氢呋喃醚三元醇50份，聚乙二醇50份，甲苯二异氰酸酯40份，交联聚丙烯酸钠（300目）20份，蒸馏水3份，二月桂酸二丁基锡0.75份，硅油2份。

其制备工艺为：

（1）组合聚醚的制备：称取50份聚四氢呋喃醚三元醇（3000 g/mol）、50份聚乙二醇(1000 g/mol)、蒸馏水3份、二月桂酸二丁基锡0.75份和2份硅油，一起加入到烧杯中，于30℃搅拌20 min得均匀混合液，待用；

（2）泡沫材料的制备：往步骤（1）中迅速加入20份交联聚丙烯酸钠（300目）、40份的甲苯二异氰酸酯，计时搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置30 min，再放到120℃烘箱内熟化2 h，冷却脱模，即制得吸水软质聚氨酯泡沫。

实施例四

一种吸水软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚环氧丙烷三元醇50份，聚乙二醇50份，二苯甲烷二异氰酸酯40份，淀粉和丙烯酸盐的交联共聚物（100目）20份，蒸馏水3份，三乙醇胺0.75份，硅油2份。

其制备工艺为：

（1）组合聚醚的制备：称取50份聚环氧丙烷三元醇（5000 g/mol）、50份聚乙二醇(10000 g/mol)、蒸馏水3份、三乙醇胺0.75份和2份硅油，一起加入到烧杯中，于65℃搅拌20 min得均匀混合液，待用；

（2）泡沫材料的制备：往步骤（1）中迅速加入20份淀粉和丙烯酸盐的交联共聚物（100目）、40份的二苯甲烷二异氰酸酯，计时搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置30 min，再放到120℃烘箱内熟化1 h，冷却脱模，即制得吸水软质聚氨酯泡沫。

实施例五

一种吸水软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚己内酯三元醇50份，聚乙二醇50份，二苯甲烷二异氰酸酯40份，纤维素接枝交联聚丙烯酸钠（200目）20份，蒸馏水3份，三乙烯二胺0.75份，硅油2份。

其制备工艺为：

（1）组合聚醚的制备：称取50份聚己内酯三元醇（4000 g/mol）、50份聚乙二醇(5000 g/mol)、蒸馏水3份、三乙烯二胺0.75份和2份硅油，一起加入到烧杯中，于60℃搅拌15 min得均匀混合液，待用。

（2）泡沫材料的制备：往（1）中迅速加入20份纤维素接枝交联聚丙烯酸钠（200目）、40份的二苯甲烷二异氰酸酯，计时搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置30 min，再放到115 ℃烘箱内熟化2 h，冷却脱模，即制得吸水软质聚氨酯泡沫。

比较例1：一种吸水软质聚氨酯泡沫，其制备工艺为：

（1）组合聚醚的制备：称取40份聚四氢呋喃醚三元醇（3000 g/mol）、60份聚乙二醇(3000 g/mol)、蒸馏水2份、二月桂酸二丁基锡0.5份和1份硅油，一起加入到烧杯中，于40℃搅拌5 min得均匀混合液，待用；

（2）泡沫材料的制备：往（1）中迅速加入30份的甲苯二异氰酸酯，计时搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置10 min，再放到120℃烘箱内熟化2 h，冷却脱模即可。

比较例2：一种吸水软质聚氨酯泡沫，其制备工艺为：

（1）组合聚醚的制备：称取40份聚四氢呋喃醚三元醇（3000 g/mol）、60份聚乙二醇(5000 g/mol)、蒸馏水2份、二月桂酸二丁基锡0.5份和1份硅油，一起加入到烧杯中，于50℃搅拌10 min得均匀混合液，待用；

（2）泡沫材料的制备：往（1）中迅速加入30份的甲苯二异氰酸酯，计时搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置30 min，再放到115 ^oC烘箱内熟化1.5 h，冷却脱模即可。

比较例3：一种吸水软质聚氨酯泡沫，其制备工艺为：

（1）组合聚醚的制备：称取40份聚四氢呋喃醚三元醇（3000 g/mol）、60份聚乙二醇(10000 g/mol)、蒸馏水2份、二月桂酸二丁基锡0.5份和1份硅油，一起加入到烧杯中，于65℃搅拌20 min得均匀混合液，待用；

（2）泡沫材料的制备：往（1）中迅速加入30份的甲苯二异氰酸酯，计时搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置30 min，再放到110℃烘箱内熟化1 h，冷却脱模即可。

主要性能测试方法：

力学性能测试：依GB6344-1996测试；

密度测试：用分析天平称量尺寸为300mm×300mm×500mm的干态泡沫的样品的质量，并精确到0.001 g，然后计算出泡沫密度；

吸水率测定：先将尺寸为100mm×100mm×50mm的各泡沫样品放在温度为100℃的真空干燥箱中烘干6 h，用电子天平准确称取各样品质量，然后放入水桶中用水将其淹没30 min，吸足水后取出，用滤纸吸干表面水，称其质量，按下式计算吸水率。

吸水率=（吸水后的质量-吸水前干态质量）/吸水前干态质量

保水性测试：将上述浸过水的样品，放在与水平角呈一定角度的玻璃板上静置30 min，然后用滤纸吸去表面水分，称量其质量，计算保水性（吸水材料中被保持的水的质量与泡沫材料原始质量的比率。）

表1 各样品主要性能参数

例子	密度（kg/m³）	吸水倍率	保水性	断裂伸长率（%）	拉伸强度（MPa）
						实施例1	95.5	550	527	350	3.2
实施例2	95	615	585	300	3.1
						实施例3	97	600	583	330	3.5
实施例4	94.4	850	830	770	3.0
						实施例5	96.3	680	650	550	3.2
比较例1	96	300	295	600	4.5
						比较例2	95.5	370	366	850	4.4
比较例3	98	450	442	1125	4.7

从表1各测试结果可知，本发明所获得的软质聚氨酯泡沫材料，质量很轻，吸水能力和保水能力均很好，并具有很好的韧性和强度，而且，泡沫骨架吸水能力随着亲水性基团聚乙二醇分子量的增大而增强。

其中，本发明中，所述聚环氧丙烷三元醇、聚四氢呋喃醚三元醇、聚己内酯三元醇均为聚合物多元醇，所述聚合物多元醇的摩尔质量在3000～5000 g/mol，所述聚乙二醇的摩尔质量在1000～10000 g/mol，所述甲苯二异氰酸酯及二苯甲烷二异氰酸酯均为二异氰酸酯，所述交联聚丙烯酸钠、淀粉和丙烯酸盐的交联共聚物、纤维素接枝交联聚丙烯酸钠均为吸水性聚合物，所述吸水性聚合物的粒径为50～300目。所述蒸馏水为发泡剂，所述二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、三乙醇胺中均为催化剂，所述硅油为泡沫稳定剂。所述聚合物多元在40～60重量份，聚乙二醇40～60重量份，二异氰酸酯30～50重量份，吸水性聚合物10～30重量份，发泡剂2～4重量份，催化剂0.5～1重量份，泡沫稳定剂1～3重量份，在以上参数范围内皆可实现本发明的目的。

其制备方法中，所述步骤（1）中，搅拌时温度控制在40～65 ^oC，搅拌时间控制在5～20 min，所述步骤（2）中，静置10～30 min，再放到110～120℃烘箱内熟化1～2 h，在以上参数范围内皆可实现本发明的目的。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims

1.一种吸水软质聚氨酯泡沫，其特征在于，由以下重量份的各组分组成：

聚合物多元醇 40～60份

聚乙二醇 40～60份

二异氰酸酯 30～50份

吸水性聚合物 10～30份

发泡剂 2～4份

催化剂 0.5～1份

泡沫稳定剂 1～3份。

2.根据权利要求1所述的吸水软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述聚合物多元醇为聚环氧丙烷三元醇、聚四氢呋喃醚三元醇、聚己内酯三元醇中的任意一种，所述聚合物多元醇的摩尔质量为3000～5000 g/mol。

3.根据权利要求1所述的吸水软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述聚乙二醇的摩尔质量为1000～10000 g/mol。

4.根据权利要求1所述的吸水软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二苯甲烷二异氰酸酯。

5.根据权利要求1所述的吸水软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述吸水性聚合物为交联聚丙烯酸钠、淀粉和丙烯酸盐的交联共聚物、纤维素接枝交联聚丙烯酸钠中的任意一种，所述吸水性聚合物的粒径为50～300目。

6.根据权利要求1所述的吸水软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述发泡剂为蒸馏水。

7.根据权利要求1所述的吸水软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、三乙醇胺中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的吸水软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述泡沫稳定剂为硅油。

9.一种吸水软质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）组合聚醚的制备：按权利要求1所述的重量份数称取聚合物多元醇、聚乙二醇、发泡剂、催化剂和泡沫稳定剂，在40～65 oC下均匀搅拌5～20 min待用；

（2）泡沫材料的制备：往步骤（1）中迅速加入权利要求1所述重量份的吸水性聚合物和二异氰酸酯，计时搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内，使泡沫充满模具，静置10～30 min，再放到110～120℃烘箱内熟化1～2 h，冷却脱模，即制得吸水软质聚氨酯泡沫。

10.根据权利要求9所述的吸水软质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中模具的容积为300mm×300mm×1000mm。