CN106397732A - 一种环保聚氨酯复合泡沫材料以及制备方法 - Google Patents

一种环保聚氨酯复合泡沫材料以及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其由重量比为1:1.4的A料和B料制成，A料包括以下重量份数的组份：复合多元醇100份，扩链剂10～15份，催化剂1～1.5份，发泡剂10～15份，泡沫稳定剂2～2.5份，填料5～10份，水3～4份，阻燃剂20～25份，交联剂4.5～5份，B料为异氰酸酯。本发明还提供了所述环保聚氨酯复合泡沫材料的制备方法。本发明所提供的环保聚氨酯复合泡沫材料具有很好的降解性能，比较环保。

Description

一种环保聚氨酯复合泡沫材料以及制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯泡沫料，特别是涉及一种环保聚氨酯复合泡沫材料以及制备方法。
背景技术
聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。聚氨酯材料性能优异，用途广泛，制品种类多，聚氨酯泡沫是聚氨酯的主要品种，约占其总量的70％，已成为近10年来发展速度最快的合成材料之一，年增长率保持在7％左右。20世纪中叶,德国首先成功研制出聚氨酯泡沫，聚氨酯泡沫专用催化剂和各种加工装备的研制并投入应用，使聚氨酯泡沫获得了飞速发展。目前从全球范围看，块状软质聚氨酯泡沫主要用于家具、垫材、复合面料、服装鞋帽与箱包衬里材料，模塑软质聚氨酯泡沫主要用于制作汽车坐垫、靠背、头枕、摩托车坐垫、家具、运动器材等。硬质聚氨酯泡沫主要用于建筑业、制冷设备如冰箱、冰柜、冷藏运输车、管道、大型贮罐等，在家具行业、装饰行业、家用电器等领域的应用也得到了较快的发展。
聚氨酯泡沫是一种重要的合成材料，具有多孔性、相对密度小、比强度高等特点，根据所用原料的不同和配方的变化可制成普通软泡、高回弹泡沫及硬泡等。目前聚氨酯的重要原料——聚醚多元醇主要来自石油环氧丙烷，生产聚氨酯既消耗了大量石油资源，制品废弃后又难以降解和回收处理，因此造成了很大的环保困扰。
例如，公开号为CN103819645B、公开日为2015.11.18、申请人为南京金浦锦湖化工有限公司的中国发明专利文件公开了“一种慢回弹聚氨酯泡沫材料及其制备方法”，包括如下重量份数的组分：聚醚90～100份、催化剂0.2～1份、硅油0.8～1.5份、开孔剂2.5～4份、水2～4份，还包括甲苯二异氰酸酯，其中，聚醚与甲苯二异氰酸酯的摩尔比率为75～90；聚醚的环氧乙烷含量为0～30％，其中聚醚为分子量为300-800的普通聚醚、软泡聚醚和软泡接枝聚醚中的任意两种或三种的混合物。该发明通过改变聚醚分子量与环氧乙烷含量以及调整聚醚与TDI的比率，并添加以合适配比的催化剂、硅油和开孔剂，虽然有效地改善了慢回弹聚氨酯泡沫材料的回弹速度与低温硬化问题，但是，该发明所使用的多元醇是石油聚醚多元醇，因此仍然存在环保性能较差的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其具有很好的降解性能，比较环保。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其由重量比为1:1.4的A料和B料制成，A料包括以下重量份数的组份：复合多元醇100份，扩链剂10～15份，催化剂1～1.5份，发泡剂10～15份，泡沫稳定剂2～2.5份，填料5～10份，水3～4份，阻燃剂20～25份，交联剂4.5～5份，B料为异氰酸酯。
优选地，本发明所述扩链剂为甘油。
优选地，本发明所述催化剂为辛酸亚锡。
优选地，本发明所述发泡剂为环戊烷。
优选地，本发明所述泡沫稳定剂为二甲基硅油。
优选地，本发明所述填料为二氧化硅。
优选地，本发明所述阻燃剂为TDCPP。
优选地，本发明所述交联剂为三羟甲基丙烷。
优选地，本发明所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI。
本发明要解决的另一技术问题是提供上述环保聚氨酯复合泡沫材料的制备方法。
为解决上述技术问题，技术方案是：
一种环保聚氨酯复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将咖啡渣用药物粉碎机粉碎至30目，置于烘箱中100℃下烘干3小时后取出，加入丙酮后索氏提取3次得到提取液，每次提取4小时，将提取液减压回收溶剂后置于烘箱中100℃下烘干3小时，得到咖啡渣基脂肪酸；
(2)将咖啡渣基脂肪酸、醋酸、浓硫酸加入反应瓶中，加热至40℃后边搅拌边滴加入过氧化氢，滴加完毕后加热至65℃反应4小时，回流反应1小时后将产物静置分层，将下层水相弃去后得到上层油相——咖啡渣基多元醇；
(3)将咖啡渣基多元醇加入反应瓶中，开启搅拌后加入马来酸酐，30分钟内升温至120℃，然后2小时内升温至150℃，保温反应2小时后停止加热，取出后过滤，将滤饼用去离子水反复洗涤后置于烘箱中，100℃下烘干3小时后得到复合多元醇；
(4)按重量份数称量各组份，将复合多元醇、扩链剂、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、填料、水、阻燃剂、交联剂加入搅拌机，搅拌至混合均匀后得到A料，将B料和A料的温度控制为18～23℃，在18～23℃条件下将B料加入A料中，搅拌30分钟后得到混合料，将混合料倒入涂有脱模剂的模具中发泡，脱模后得到泡沫，将泡沫90℃下熟化10小时后得到环保聚氨酯复合泡沫材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
咖啡渣是咖啡豆加工成咖啡饮料过程中的副产物，通常会被丢弃造成浪费和环境污染，其含有较丰富的油脂，本发明将咖啡渣收集后用丙酮作为溶剂进行索氏提取，将咖啡渣油脂中的脂肪酸有效提取出来得到了能完全生物降解的咖啡渣基脂肪酸，然后以咖啡渣基脂肪酸、甘油为原料，以过氧化氢为环氧化试剂，通过环氧、开环、酯化反应制得了降解性能优异的脂肪酸基多元醇，该脂肪酸基多元醇可与异氰酸酯反应生成聚氨酯，不过其官能度不高，与异氰酸酯之间的交联密度不佳，所以本发明用马来酸酐对其进行了改性，提高了其官能度和共轭程度得到了复合多元醇，然后将该复合多元醇与异氰酸酯等原料混合反应制得降解性能很好、比较环保的聚氨酯复合泡沫材料；复合多元醇的原料来源于廉价易得的废弃物咖啡渣，因此可有效节省制备成本，而且还能有效解决咖啡渣的环保问题以及石油醚多元醇的环保问题，所以本发明还具有非常好的经济价值和环保价值。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
环保聚氨酯复合泡沫材料，其由重量比为1:1.4的A料和B料制成，A料包括以下重量份数的组份：复合多元醇100份，甘油14份，辛酸亚锡1.1份，环戊烷15份，二甲基硅油2份，二氧化硅7份，水3.5份，TDCPP 21份，三羟甲基丙烷4.9份，B料为多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI。
该环保聚氨酯复合泡沫材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将咖啡渣用药物粉碎机粉碎至30目，置于烘箱中100℃下烘干3小时后取出，加入丙酮后索氏提取3次得到提取液，每次提取4小时，将提取液减压回收溶剂后置于烘箱中100℃下烘干3小时，得到咖啡渣基脂肪酸；
(2)将咖啡渣基脂肪酸、醋酸、浓硫酸加入反应瓶中，加热至40℃后边搅拌边滴加入过氧化氢，滴加完毕后加热至65℃反应4小时，回流反应1小时后将产物静置分层，将下层水相弃去后得到上层油相——咖啡渣基多元醇；
(3)将咖啡渣基多元醇加入反应瓶中，开启搅拌后加入马来酸酐，30分钟内升温至120℃，然后2小时内升温至150℃，保温反应2小时后停止加热，取出后过滤，将滤饼用去离子水反复洗涤后置于烘箱中，100℃下烘干3小时后得到复合多元醇；
(4)按重量份数称量各组份，将复合多元醇、甘油、辛酸亚锡、环戊烷、二甲基硅油、二氧化硅、水、TDCPP、三羟甲基丙烷加入搅拌机，搅拌至混合均匀后得到A料，将B料和A料的温度控制为18～23℃，在18～23℃条件下将B料加入A料中，搅拌30分钟后得到混合料，将混合料倒入涂有脱模剂的模具中发泡，脱模后得到泡沫，将泡沫90℃下熟化10小时后得到环保聚氨酯复合泡沫材料。
实施例2
环保聚氨酯复合泡沫材料，其由重量比为1:1.4的A料和B料制成，A料包括以下重量份数的组份：复合多元醇100份，甘油12份，辛酸亚锡1.3份，环戊烷13份，二甲基硅油2.2份，二氧化硅5份，水4份，TDCPP 23份，三羟甲基丙烷4.7份，B料为多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI。
该环保聚氨酯复合泡沫材料的制备方法的步骤与实施例1一样。
实施例3
环保聚氨酯复合泡沫材料，其由重量比为1:1.4的A料和B料制成，A料包括以下重量份数的组份：复合多元醇100份，甘油10份，辛酸亚锡1.5份，环戊烷11份，二甲基硅油2.4份，二氧化硅9份，水3.9份，TDCPP 25份，三羟甲基丙烷4.5份，B料为多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI。
该环保聚氨酯复合泡沫材料的制备方法的步骤与实施例1一样。
实施例4
环保聚氨酯复合泡沫材料，其由重量比为1:1.4的A料和B料制成，A料包括以下重量份数的组份：复合多元醇100份，甘油15份，辛酸亚锡1份，环戊烷14份，二甲基硅油2.1份，二氧化硅6份，水3.2份，TDCPP 24份，三羟甲基丙烷4.6份，B料为多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI。
该环保聚氨酯复合泡沫材料的制备方法的步骤与实施例1一样。
实施例5
环保聚氨酯复合泡沫材料，其由重量比为1:1.4的A料和B料制成，A料包括以下重量份数的组份：复合多元醇100份，甘油13份，辛酸亚锡1.2份，环戊烷12份，二甲基硅油2.3份，二氧化硅10份，水3份，TDCPP 22份，三羟甲基丙烷4.8份，B料为多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI。
该环保聚氨酯复合泡沫材料的制备方法的步骤与实施例1一样。
实施例6
环保聚氨酯复合泡沫材料，其由重量比为1:1.4的A料和B料制成，A料包括以下重量份数的组份：复合多元醇100份，甘油11份，辛酸亚锡1.4份，环戊烷10份，二甲基硅油2.5份，二氧化硅8份，水3.3份，TDCPP 20份，三羟甲基丙烷5份，B料为多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI。
该环保聚氨酯复合泡沫材料的制备方法的步骤与实施例1一样。
将实施例1-6和对比例的降解性能分别进行测试，对比例为公开号为CN103819645B的中国发明专利文件，降解性能测试方法为将各待测物洗净风干后称重，然后掩埋于室外土壤内，2个月后取出，洗净风干后再次称重，计算出失重率，失重率越大表明降解性能越好，失重率的计算公式为：
失重率＝(掩埋前重量-掩埋后重量)/掩埋前重量×100％。
测试结果如下表所示：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 对比例
失重率/％ 7.6 7.3 7.1 7.7 7.4 7.8 0.3
由该表可以看出，实施例1-6的失重率均明显大于对比例，表明具有很好的降解性能。

Claims (10)

1.一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其特征在于：其由重量比为1:1.4的A料和B料制成，A料包括以下重量份数的组份：复合多元醇100份，扩链剂10～15份，催化剂1～1.5份，发泡剂10～15份，泡沫稳定剂2～2.5份，填料5～10份，水3～4份，阻燃剂20～25份，交联剂4.5～5份，B料为异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其特征在于：所述扩链剂为甘油。
3.根据权利要求2所述的一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其特征在于：所述催化剂为辛酸亚锡。
4.根据权利要求3所述的一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其特征在于：所述发泡剂为环戊烷。
5.根据权利要求4所述的一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其特征在于：所述泡沫稳定剂为二甲基硅油。
6.根据权利要求5所述的一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其特征在于：所述填料为二氧化硅。
7.根据权利要求6所述的一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其特征在于：所述阻燃剂为TDCPP。
8.根据权利要求7所述的一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其特征在于：所述交联剂为三羟甲基丙烷。
9.根据权利要求8所述的一种环保聚氨酯复合泡沫材料，其特征在于：所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种环保聚氨酯复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将咖啡渣用药物粉碎机粉碎至30目，置于烘箱中100℃下烘干3小时后取出，加入丙酮后索氏提取3次得到提取液，每次提取4小时，将提取液减压回收溶剂后置于烘箱中100℃下烘干3小时，得到咖啡渣基脂肪酸；
(2)将咖啡渣基脂肪酸、醋酸、浓硫酸加入反应瓶中，加热至40℃后边搅拌边滴加入过氧化氢，滴加完毕后加热至65℃反应4小时，回流反应1小时后将产物静置分层，将下层水相弃去后得到上层油相——咖啡渣基多元醇；
(3)将咖啡渣基多元醇加入反应瓶中，开启搅拌后加入马来酸酐，30分钟内升温至120℃，然后2小时内升温至150℃，保温反应2小时后停止加热，取出后过滤，将滤饼用去离子水反复洗涤后置于烘箱中，100℃下烘干3小时后得到复合多元醇；
(4)按重量份数称量各组份，将复合多元醇、扩链剂、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、填料、水、阻燃剂、交联剂加入搅拌机，搅拌至混合均匀后得到A料，将B料和A料的温度控制为18～23℃，在18～23℃条件下将B料加入A料中，搅拌30分钟后得到混合料，将混合料倒入涂有脱模剂的模具中发泡，脱模后得到泡沫，将泡沫90℃下熟化10小时后得到环保聚氨酯复合泡沫材料。
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