CN1070923A - 聚氨酯泡沫砂及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是聚氨酯软质泡沫砂的配方及生产工 艺。其主要特征在于：在聚氨酯软质泡沫配方中，加 入特定比例和粒度的磨料，通过改变磨料的比例或粒 度或配方中其它成分的组分，同时在工艺上采用一次 成型或一次成型后连续二次成型的生产流程而制得 该产品。该产品将聚氨酯软质泡沫的高弹性，多孔性 和吸水性与磨料对金属表面有机械擦洗能力融为一 体，是一种广泛应用于卫生间、厨房、维修以及机械建 筑行业的实用材料。

Description

本发明属于擦洗、抛光、打磨材料及其生产工艺。

聚氨酯泡沫塑料是一项较成熟的化工产品。为了寻求聚氨酯泡沫塑料的新用途，美国人曾在硬质泡沫塑料的配方中加入抛光剂，构成LP-77产品。我国的合肥工业大学化工系李焕生老师在1990年发表论文：《聚氨酯微孔抛光衬垫》（合肥工业大学学报，自然科学版，1990.6.No.2），他们研制的HPU-38产品，也是在硬质泡沫塑料的配方中加入无机填料（即抛光剂），其HPU-38产品的性能几乎同于LP-77，该产品主要应用于对光学镜片的抛光。

HPU-38（或LP-77）产品属于硬质泡沫，其回弹率小于30%，不能很好地适应曲面零件的打磨;同时抛光剂的粒度范围小，一次成型制备较难提高抛光剂在产品中所占比例，因此对金属表面的磨削能力受到限制。作为硬质泡沫产品，柔软性和吸水能力不足，难以在日常生活中作为擦洗的工具。本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，研制了一种聚氨酯软质泡沫砂及其生产工艺。该产品应具有对金属表面（尤其是曲表面）磨削能力，且有吸水能力和柔软性。

本发明为实现上述目的，其技术解决方案如下：

聚氨酯软质泡沫砂的原料由磨料、聚醚、异氰酸酯（如80/20  TDI），水、催化剂，稳定剂组成。

本发明所用磨料物质为氧化物或碳化物或金属合金微粒或以上物质的组合。氧化物如棕刚玉或白刚玉或络刚玉或锆刚玉或单晶刚玉或单晶白刚玉。碳化物如黑碳化硅或绿碳化硅。金属合金微粒如铁或铝合金微粒。

磨料可以是氧化物或碳化物或金属合金微粒中的一种，也可以是三种磨料按比例组合在一起，或三种磨料选其中两种按比例组合在一起，其组合磨料的重量百分比满足各组合磨料的百分比和为100%，

①三种磨料的组合重量百分比：

氧化物：1-80%

碳化物：1-80%

金属合金微粒：1-30%

②氧化物与碳化物组合磨料重量百分比：

氧化物：40-80%

碳化物：20-60%

③氧化物与金属合金组合磨料重量百分比：

氧化物：80-97%

金属合金：3-20%

④碳化物与金属合金组合磨料重量百分比：

碳化物：81-97%

金属合金：3-19%

磨料的粒度分10类，其尺寸范围为0.9μm-500μm。磨料在生成软质泡沫砂的反应过程中不发生性质变化。

原料的其余成份为聚氨酯泡沫的基本原料，已是被公认的，性质稳定的化工原料。

聚氨酯软质泡沫砂的配方及组份（以重量百分比）：

（1）一次成型配方及组份：

聚醚：27-70%

磨料：10.5-63%

异氰酸酯：5.0-32%

水：0.27-3.5%

催化剂：0.1-0.45%

稳定剂：0.27-2.1%

其中催化剂如：三乙撑二胺或二丁基锡二月桂酸酯或辛酸亚锡或他们的组合，而这种组合重量份数为本专业技术人员所知。

稳定剂如：有机硅泡沫稳定剂。

对特种用途的软质泡沫砂，加入1-5份的添加剂：如防老剂或静电防止剂或阻燃剂或紫外线防止剂以及颜料或各种添加剂的组合。以适应特种用途和美化外观。

以上配方中各组份百分比之和应为100%。

（2）连续二次成型的配方及其组份：

小块泡沫砂：18-80%

聚醚：14-58%

异氰酸酯：3.2-28%

水：0.14-5.8%

稳定剂：0.05-4.93%

催化剂：0.15-9.7%

其中小块泡沫砂为一次成型的半成品，切割成5-10mm见方。其余成份同一次发泡配方的原料。

上述软质泡沫砂的生产工艺如下：

（1）一次成型生产工艺

将聚醚多元醇和异氰酸酯先制成预聚体，然后在预聚体中按比例加入水，催化剂、稳定性、磨料和其它添加剂，在常温下以1000-4000转/分的转速下搅拌混合发泡。搅拌时间1-10秒、停止搅拌发白时间1-10秒、发泡时间20-100秒，固化后在室温下熟化一周或在100-110℃热化2-2.5小时即成本产品一次成型物。见附图1所示的工艺流程图。

配方中改变磨料的比例，粒度和其它相关含量的组份（各组份之和为100%），形成软泡沫砂的系列产品（一次成型物）。

附图1的工艺流程适宜于手工生产该产品，对于大批量生产，应采用附图2所示的机械化发泡生产法。

（2）连续二次成型的生产工艺

按一次成型法生产的软质泡沫砂，磨料的相对比例较小，为提高密度，以一次成型物为原料，按附图3所示的工艺和二次成型的配方组份进行二次成型发泡。在二次成型发泡过程中，先将聚醚和异氰酸酯按比例制成预聚体，然后在预聚体中按比例加入水、催化剂、稳定剂，在常温下以1000-4000转/分的转速搅拌，搅拌时间为1-10秒，停止搅拌发白时间为1-10秒，然后再将发白后的混合液注入准备好的盛有小块泡沫砂的模腔内，小块泡沫砂的重量比例应满足配方要求，加入恒定压力在型模内压紧发泡，其压力为0.1-10kg/cm²。加压发泡时间为10-200秒，固化后在室温下熟化一周或在100-110℃热化2-2.5小时即为二次成型产品。附图3所示的工艺流程，适用于小批量生产，对大批量的机械化生产，应采用附图4所示的工艺流程。

采用上述配方及工艺生产的聚氨酯软质泡沫砂回弹性一般在30-55%，密度为0.072-0.45g/cm³。并能对金属表面（尤其是曲面）有一定的加工能力。该产品作成抛光轮，用于曲面抛光时，因弹性高，能很好地与曲面适应，实现了曲面零件的正常磨削。本发明聚氨酯软质泡沫砂用作打磨材料时，即为“立体砂布”，可以反复使用，逐渐消耗，直到体积消耗到不方便操作为止。而现有的打磨砂布只有一个面工作，并且使用中砂布表面很快失去加工能力。同样成本的软质泡沫砂布，其使用寿命是现有砂布的10-25倍。可用于打磨设备出厂前的膏灰，打磨任何零件的毛刺，铁锈。用户可根据需要自行切割成所需形状，用于各类维修行业，如家电维修，打磨氧化膜。可以作为机械设备厂或一般厂矿的机修车间的必要打磨消耗品。

本发明聚氨酯软质泡沫砂因弹性高，柔软、吸水性好，可在日常生活中作擦洗用具。如擦洗天燃气（或煤气）灶、锅、铝合金餐具、瓷器、卫生间的用品，孟桶、铝合金门窗，既可以洗去油垢，又可以擦去硬质污物和氧化层，保持清洁、美观。选用合适的型号，能达到基本不损耗原金属或用具表面，又能在无腐蚀的情况下擦亮用具的目的。较好地解决了柔与刚的关系。成本低，任何一个家庭都能承受。

附图说明：

图1：一次成型法工艺流程示意图。标号1为添加剂，不是聚氨酯配方中的必要物质，加入添加剂后可使软质泡沫砂适应特种用途、添加剂有防老剂或静电防止剂或阻燃剂或紫外线防止剂以及颜料或各种添加剂的组合，在配方中所加添加剂的比例为0.15-9.7%，组合添加剂的组合比例和方式为本专业技术人员所知。标号2为催化剂;标号3为稳定剂;标号4为磨料;标号5为水;标号6为异氰酸酯;标号7为聚醚;标号8为预聚体，它由聚醚和异氰酸酯先按比例配制成的中间物。标号9为搅拌混合器，将标号1、2、3、4、5、8按配方比例加入搅拌器内，搅拌均匀。标号10为发泡模腔，需要泡沫砂具有特殊形状态时，标号10使用发泡型模。

图2：机械化大批量一次成型生产流程示意图。标号11为发泡腔或发泡型模;标号12为机械混合部分;标号18为聚醚与稳定剂按比例配合的贮料罐，标号13为聚醚与稳定剂组合液计量输送泵;标号17为异氰酸酯的贮料罐，标号14为异氰酸酯的计量泵;标号16为为催化剂与水按比例混合的组合液，标号15为其混合液的计量泵;标号19为可确定重量的磨料贮料系统;标号20为磨料计量器。

图3：连续二次成型工艺流程示意图。标号21为催化剂;标号22为稳定剂;标号23为水;标号24为异氰酸酯;标号25为聚醚;标号26为小块泡沫砂;标号17为机械混合搅拌，即将21、22、23、24、25的原料按比例加入后进行混合;标号28为加压装置，即将搅拌液注入模型内并加入小块泡沫砂后加压发泡。标号29为发泡;标号30为制品。

图4：机械化连续二次成型大批量生产流程示意图。标号31为加压发泡腔;标号32为机械搅拌器;标号33为计量泵;标号34为计量泵;标号35为计量泵;标号36为催化剂与水按比例混合的贮料罐;标号37为异氰酸酯贮料罐;标号38为聚醚与稳定剂按比例混合的贮料罐;标号39为小块泡沫砂贮料器;标号40为小块泡沫砂计量器。

实施本发明，选用不同的配方组份，可以改变聚氨酯软质泡沫砂的有关性能，以满足不同用途的需要。以下介绍二个配方组份与相应产品的性能和用途。

实施例一：

配方与组份：

聚醚三元醇（分子量3000）：56.80%

磨料（棕刚玉，粒度为160-200μm）：22.76%

80/20  TDI（指数105）：18.20%

水：1.30%

稳定剂（DF-1034）：0.70%

催化剂  三乙撑二胺：0.09%

辛酸亚锡：0.14%

在上述配方中，先将聚醚三元醇和80/20  TDI制成预聚体;再加预聚体和其它按比例送入高速搅拌的混合头中，在高速搅拌下迅速混合均匀，注入带状输送架上（生产块状泡沫砂）或模具内（模塑成型）进行发泡。搅拌时间通常为5秒，模具内发白时间为6秒，发泡时间为80秒，泡沫凝固后，在室温下放置一星期，可达预计强度（或在100℃温度下热化2小时即为泡沫砂成品）。

按上述配方比例生产的产品，其性能指标如下：

密度：0.10g/cm³

伸长率：230%

回弹：51%

其产品柔软、弹性高、含磨料比例较小，突出了擦洗能力，磨削能力较弱，可以作为精密零件或首饰的精抛光，也可用于日常生活。

为提高磨削能力，对实施例一的产品，作为原料，进行连续二次成型发泡。将实施例一的配方产品切割成5-10mm见方的小块，按下列配方进行发泡。

配方：

小块泡沫：59.1%

聚醚三元醇：29.5%

80/20  TDI：9.5%

水：0.75%

稳定剂（DF-1034）：0.75%

催化剂  三乙撑二胺：0.15%

辛酸亚锡：0.25%

生产工艺：先将聚醚三乙醇、80/20 TDI、水、DF-1034稳定剂、三乙撑二胺和辛酸亚锡按比例加入混合器中，在1500转/分的转速下搅拌6秒种，同时将搅拌液倒入发泡膜内发白6秒钟发白时，将小块泡沫砂加入发泡腔内并加恒定加力0.2kg/cm²，在发泡模腔压紧盖上。发泡80秒钟即固化完毕，卸压后在室温下熟化1周即为产品。

其性能指标如下：

密度：0.5g/cm³

回弹率：34%

该产品有较强的磨削能力，也具有擦洗和吸水能力。

实施例二：

配方与组份：

聚醚三元醇（分子量3000）  42.3%

磨料（棕刚玉，粒度为200-250μm）  42.3%

80/20  TDI（指数为105）  13.6%

水  0.10%

稳定剂（SF-1034）  0.53%

催化剂  三乙撑二胺  0.06%

辛酸亚锡  0.11%

其工艺流程完全同实施例1的一次成型工艺，其产品的性能指标如下：

密度：0.25g/cm³

伸长率：230%

回弹：50%

该产品柔软、弹性高，且含磨料的比例较大，既有优越的擦洗能力，又有较强的磨削能力，可以应用于曲面零件的抛光，用于打磨毛刺、膏灰，也可用于日常生活。

Claims (2)

1、一种聚氨酯泡沫砂，其特征在于它由两次成型发泡构成，一次成型发泡包括以下原料(为重量百分比)：

磨料∶      10.5-63.0%

聚醚∶      27.0-70.0%

异氰酸酯∶  5.0-3.5%

水∶        0.27-3.5%

催化剂∶    0.1-0.45%

稳定剂∶    0.27-2.1%

上述配方中，磨料的粒度为0.9μm-500μm，其中：

当磨料为氧化物磨料时，取棕刚玉或白刚玉或络刚玉或锆刚玉或单晶刚玉或单晶白刚玉，

当磨料为碳化物磨料时，取黑碳化硅或绿碳化硅，

当磨料为金属合金微粒磨料时，取铁或铝合金微粒，

当磨料为上述氧化物、碳化物、金属合金微粒的组合磨料时，其组合方式为：三种原料按比例组合在一起，其重量百分比为氧化物∶碳化物∶金属合金微粒=(1-80%)∶(1-80%)∶(1-30%)或三种磨料选其中两种按比例进行组合，其重量百分比为氧化物∶碳化物=(40-80%)∶(20-60%)或氧化物∶金属合金=(80-97%)∶(3-20%)或碳化物∶金属合金=(81-97%)∶(3-19%)，组合磨料各组份之和为100%，

连续二次成型的配方如下：

小块泡沫砂：  18-80%

聚醚：        14-58%

异氰酸酯：    3.2-28%

水：          0.14-5.8%

稳定剂：      0.05-4.93%

催化剂：      0.15-9.7%

其中小块泡沫砂为一次成型产品。

2、一种实施权利要求1所述聚氨酯泡沫砂的生产工艺，其特征在于：

在一次成型中：

（1）把聚醚多元醇和异氰酸酯按比例先制成预聚体，

（2）在预聚体中按比例加入水、催化剂、稳定剂、磨料、根据用途，在配方中加入添加剂，

（3）在常温下以1000-4000转/分的转速搅拌1-10秒，

（4）停止搅拌发白1-10秒，

（5）混合发泡20-100秒，

（6）固化后在室温下熟化一周或在100-110℃热化2-2.5小时，在二次成型中：

（1）把一次成型中的软质泡沫砂切割成5-10mm见方的小块，

（2）先将除小块泡沫砂以外的全部组份按比例注入搅拌器内，

（3）在常温下以1000-4000转/分的转速搅拌1-10秒钟，

（4）停止搅拌，将搅拌液倒入可加压的发泡模腔内，同时将小块泡沫砂加入该模腔内，发白1-6秒，

（5）加入恒定压力0.1-10kg/cm²发泡20-100秒，

（6）固化后在室温下熟化一周或在100-110℃温度下热化2-2.5小时即为产品。

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