CN105315428A - 一种环氧树脂改性聚氨酯粘性发泡材料 - Google Patents

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黄红军
杜志鸿
万红敬
王晓梅
胡建伟
李志广
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一种环氧树脂改性聚氨酯粘性发泡材料，属于高分子合成技术领域，具有高膨胀性、高粘性、耐低温性强、可常温固化的特点，施放后，可制造一种“粘”和“陷”的效果，用于阻滞恐怖分子的车辆和人员的机动。本发明的主要组成为：聚醚多元醇3050、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、环氧树脂E-44、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、硅油L580、二月桂酸二丁基锡、2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)、辛酸亚锡、三乙烯二胺和H2O等。其合成工艺过程包括：预聚体制备和粘性发泡材料制备。本发明的主要优点是：①在播撒后较短时间内迅速膨胀，大量占用空间，较强的粘接力使其容易紧密附着在各类表面，阻碍物体的移动。②室温(25℃左右)即可固化，1小时内达到最高粘附性能。③本材料发泡后完全固化前具有良好的耐低温性能。

Description

一种环氧树脂改性聚氨酯粘性发泡材料
技术领域
本发明涉及一种环氧树脂改性聚氨酯粘性发泡材料，属于高分子合成技术领域。
背景技术
高分子合成技术是一门具有很大发展前途和应用前景的材料合成与改性技术，应用改性后的聚氨酯粘性泡沫材料，可以同时获得高膨胀性与高粘接性，并获得发泡材料的快速固化性。
基于目前国内外恐怖主义事件频发，反恐防暴形势越来越严峻，以削减或者消除目标破坏力为目的的非致命软杀伤武器的研究和应用逐渐被人们熟识。美国人率先提出并研制的泡沫枪就是一种具有代表性的新概念反恐防暴武器。该武器的显著特点是便于携带，效能突出，其工作原理主要是通过高压喷射装置向目标喷射大量胶状化学粘稠剂，包覆在目标表面后迅速获得强粘性，限制其行动能力，冻结其破坏力。国内外对泡沫枪中主要成分粘稠剂的研究鲜见报道，对此类新概念武器的探索也不够深入。因此，研究粘性膨胀材料的制备方法以及控制工艺很有必要。
目前，对聚氨酯材料的研究及应用主要集中在涂料、胶黏剂和建筑材料等方面。传统的聚氨酯泡沫材料大多利用其熟化成型后的性能，常作为过滤、隔音、防震及隔热保温等功能材料应用，此时的泡沫材料都已完全固化，不具备高粘性、大空间的应用潜能。然而，聚氨酯泡沫材料完全熟化之前处于的粘稠状态正适合反恐防暴对粘性的需求，粘稠状的发泡材料具有较高以及持续的粘性，高的膨胀性能和良好的耐低温性，使用高分子粘合剂作为主体所制造的软杀伤武器恰能弥补杀伤性武器留下的使用缺陷，达到以最小代价换取最大战略效益的目的。
制备一种基于环氧树脂改性聚氨酯的发泡材料，具有高膨胀性、高粘性、耐低温性强、可常温固化且固化周期长的粘性材料，是当前国内外软杀伤武器领域的新的重要方向之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种环氧树脂改性聚氨酯粘性发泡材料。
本粘性发泡材料的组成及含量(质量百分比)如下：
预聚体79％
引发剂21％
其中预聚体的组成见表1，通过合成工艺(1)制备；引发剂的组成见表2。
表1聚氨酯预聚体的组成及含量(质量百分比)
表2本粘性发泡材料所用引发剂的组成及含量(质量百分比)
本粘性发泡材料的合成工艺过程为：
(1)预聚体制备：65℃时，按一定配比将MDI-50滴入聚醚多元醇3050中，边滴边搅拌，升温至80℃，保温2h后，加入一定量的环氧树脂E-44进行接枝反应，80℃保温2h，得到环氧树脂/聚氨酯预聚体(以下简称EP/PU预聚体)。
(2)粘性发泡材料制备：取一定量EP/PU预聚体，加入MDI-50和硅油L580，混合搅拌均匀，室温(25℃)下按比例加入二月桂酸二丁基锡、H2O、2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)、辛酸亚锡、三乙烯二胺等其他助剂，转速1000r/min下搅拌均匀，10s内发泡膨胀，即制成粘性发泡材料。
本粘性发泡材料的主要优点是：
①本材料在播撒后较短时间内迅速膨胀，大量占用空间，较强得粘接力使其容易紧密附着在各类表面，阻碍物体的移动。
②本材料室温(25℃左右)下即可固化，1小时内达到最高粘附性能。
③本材料发泡后完全固化前具有良好的耐低温性能。
具体实施方式
实施例1：
(1)聚氨酯预聚体制备：65℃时，将15克MDI-50滴入85克聚醚多元醇3050中，升温至80℃，保温2h后，加入10克环氧树脂E-44进行接枝反应，80℃保温2h，得到环氧树脂/聚氨酯预聚体(以下简称EP/PU预聚体)。
(2)粘性发泡材料制备：在30克EP/PU预聚体中，加入4.4克MDI-50和0.96克硅油L580，混合搅拌均匀，室温(25℃)下依次加入0.16克二月桂酸二丁基锡、1.2克H2O、0.96克2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)、0.24克辛酸亚锡、0.08克三乙烯二胺等助剂，转速1000r/min下搅拌均匀，10s内发泡膨胀，即制成粘性发泡材料。
实施例2：
(1)聚氨酯预聚体制备：65℃时，将10克MDI-50滴入90克聚醚多元醇3050中，升温至80℃，保温2h后，在70克聚氨酯预聚体中，加入30克环氧树脂E-44进行接枝反应，80℃保温2h，得到环氧树脂/聚氨酯预聚体(以下简称EP/PU预聚体)。
(2)粘性发泡材料制备：在30克EP/PU预聚体中，加入4.4克MDI-50和0.96克硅油L580，混合搅拌均匀，室温(25℃)下依次加入0.16克二月桂酸二丁基锡、1.2克H2O、0.96克2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)、0.24克辛酸亚锡、0.08克三乙烯二胺等助剂，转速1000r/min下搅拌均匀，10s内发泡膨胀，即制成粘性发泡材料。
比较例：
将10克MDI-50与90克聚醚多元醇3050直接混合，取混合材料30克，加入4.4克MDI-50和0.96克硅油L580，混合搅拌均匀，室温(25℃)下依次加入0.16克二月桂酸二丁基锡、1.2克H2O、0.96克2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)、0.24克辛酸亚锡、0.08克三乙烯二胺等助剂，转速1000r/min下搅拌均匀，10s内即行发泡。
上述实施例粘性发泡材料性能见表3。
表3改性聚氨酯粘性发泡材料性能
上述实施例的拉伸强度和剪切强度通过以下试验进行验证。
1、粘附性能试验
此试验用于验证实施例的粘附性能，试验方法参照GB/T7124-2008。
参考例：
将环氧树脂E-44为参考例测量其粘附性能。
试验一：将参考例环氧树脂E-44制成测试试片，胶层厚度为2mm；
试验二：将比较例完全发泡后的粘性材料制成测试试片，胶层厚度为2mm；
试验三：将实施例1完全发泡后的粘性材料制成测试试片，胶层厚度为2mm；
试验四：将实施例2完全发泡后的粘性材料制成测试试片，胶层厚度为2mm。
试验条件：环境温度25℃，相对湿度40％，发泡完成后1分钟内开始监测拉伸剪切强度变化，间隔1小时测试一次。试验时间为20小时。
拉伸强度试验结果见表4。
表4拉伸强度测试结果
剪切强度试验结果见表5。
表5剪切强度测试结果
由表4和表5中的数据可以看出，作为参考例的环氧树脂E-44初粘力以及最高粘附力均比较小。作为比较例的物理混合粘性发泡材料初粘力略大于参考例，特别是剪切强度，物理混合粘性发泡材料约为参考例的5倍，但随着固化时间增加粘性不断下降在发泡后3小时左右即完全固化。实施例1和实施例2的初粘力以及最高粘附力较比较例均有很大提高，且在达到粘附力峰值之后能保持较长时间的高粘性。通过实施例的对比发现，环氧含量更多的实施例2在其他条件相同的情况下能获得更高的粘附力。
2、膨胀倍率试验
在自制的发泡模具(底面直径为60mm的圆柱体容器)中标注标准高度，记录发泡完全后泡体顶部高度值，取其平均值计算泡体体积，泡体体积与发泡前体积之比即为膨胀倍率，结果见表6。
表6膨胀倍率测试结果
由表6的数据可以看出，物理混合的比较例粘性发泡材料膨胀倍率相对较小，且发泡时间较长。作为实施例的改性聚氨酯粘性发泡材料膨胀倍率高于比较例，且发泡时间有所缩短，且环氧树脂含量相对较少的实施例1在其他条件相同的情况下要获得更大的膨胀倍率。
3、低温试验
以实施例2为试验对象，将实施例2得到的粘性发泡材料制成试片分别放入0℃、-10℃、-20℃的环境温度中进行低温试验，每5小时取出测试其拉伸剪切强度，试验结果见表7、表8：
表7低温下拉伸强度测试结果
表8低温下剪切强度测试结果
将表7、8中的测试结果分别与表4、5中结果对比可以发现，本材料在-20℃至0℃的较低环境温度下的拉伸剪切强度略低于室温下的测试结果，且其粘附性能保持时间更长，故本粘性发泡材料在上述温度范围内的耐低温能力良好。

Claims (2)

1.一种环氧树脂改性聚氨酯粘性发泡材料，其特征在于其配方及质量百分比含量为：预聚体79％、引发剂21％，其中预聚体的组成及质量百分比含量为：聚醚多元醇305060～80％、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯5～10％、环氧树脂E-4410～30％，引发剂的组成及质量百分比含量为：4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯50～60％、硅油L58010～15％、二月桂酸二丁基锡1～3％、2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)10～15％、辛酸亚锡1～3％、三乙烯二胺1～3％、H2O10～15％。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂改性聚氨酯粘性发泡材料的合成工艺过程，其特征在于：
(1)预聚体制备：65℃时，在搅拌状态下按配比将4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯滴入聚醚多元醇3050中，升温至80℃，2h后加入环氧树脂E-44，反应2h后得到预聚体；
(2)粘性发泡材料制备：在制备得到的预聚体中加入2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚、硅油L580、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙烯二胺，搅拌均匀后再加入4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、H2O，快速搅拌，10s内发泡膨胀，即制成粘性发泡材料。
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