CN107286364A - 一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚氨酯发泡剂技术领域，特别是涉及一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂及制备方法，所述具有增强功能的聚氨酯发泡剂，是通过乙基纤维素囊和包覆在乙基纤维素内部的水和无机晶须组成胶囊发泡剂，在用于聚氨酯发泡时，乙基纤维素被有机溶剂缓慢溶化后，其中的包含的内芯水发生反应，产生发泡，进一步将无机晶须通过发泡的膨胀扩散均匀分散于聚氨酯泡沫中。其分散到聚氨酯泡沫中，起到了增强作用，并且还能起到控制发泡速率的效果。使得聚氨酯水发泡可控且均匀稳定。

Description

一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂及制备方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯发泡剂技术领域，特别是涉及一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂及制备方法。
背景技术
聚氨酯(PU)泡沫塑料系目前最常用的塑料品种之一,据估计全球年需求量在500万t左右,其中绝大部分是聚氨酯软泡和硬泡。而PU泡沫材料在空气中极易燃烧,而且燃烧时产生大量有毒气体及烟尘。因此,国外对PU泡沫材料的阻燃给予了极大的关注,并颁布了许多有关阻燃的法规和阻燃标准。在我国,虽然还没有建立关于PU泡沫阻燃的规定,但实际上,对用于飞机、轮船、铁路车辆、汽车、其他重要行业部件、设备及某些场所的聚氨酯泡沫,近年来都提出了阻燃要求,且很多已采用了阻燃级PU泡沫。
中国聚氨酯工业始于20世纪50年代末，经过50多年的发展，已成为全球最大聚氨酯市场。2000年我国聚氨酯消费量还不到全球总量的10%，2005年上升到22%，2012年更是达到40%以上。我国聚氨酯产业发展快速，2007-2012年均增长率达11%，远高于同期GDP增长率。2012年我国聚氨酯市场已成为全球聚氨酯市场增长的主力军，全年销量达到780万t，同比增长13%，同期全球增长率仅4.5%。目前，全球聚氨酯市场最重要的驱动引擎还是中国。
聚氨酯的增强通常是采用玻璃纤维等来制备聚氨酯/玻璃纤维复合材料，以此来提高聚氨酯的力学强度。
在保温绝热领域，硬质聚氨酯泡沫塑料以其优异的绝热性能占有重要地位，但在成型过程中所采用的发泡剂或多或少对大气层具有破坏作用。目前国际环保组织积极支持采用臭氧消耗值(ODP)为零，全球变暖潜值(GWP)较低的物质作为聚氨酯发泡剂。
环戊烷(Cyclopentane)系氯氟烃(CFC-11)替代技术中极其重要的一个化合物，烷烃化合物因ODP值为零、GWP值很小、无毒、对环境影响极小而受到重视。有实用价值的烷烃发泡剂主要是液态环戊烷、正戊烷、异戊烷，可通称为“戊烷类发泡剂”。
微胶囊发泡剂具有良好的物理化学性能。微胶囊发泡剂制备的发泡材料其强度、力学等性能比单纯的气体发泡有很大的优势，发泡材料泡孔均匀、细腻，力学性能良好，微胶囊发泡剂不仅增加了材料的比体积，而且还有质轻、绝缘性、消除噪音等优点以及改善材料折光性和透明度等光学性能的特性。被广泛应用于建筑、汽车、飞机材料和特种材料等行业。在本发明作出之前，现有技术中关于微胶囊发泡剂的制备方法 有过一些报道，如美国专利U.S.P3615972中曾介绍必须使用酸性 介质与等克分子比例的己二酸和二乙醇胺组成的共聚物水溶液悬浮 体系，这在生产控制上存在相当的困难，常使不同批次的产品质量不一致。美国专利U.S.P4016110介绍采用悬浮于水中的胶体二氧 化硅悬浮剂，并加入柠檬酸来代替等克分子量的已二酸和二乙醇胺 的共聚物，可使产品质量稳定，使不同批次的发泡剂产品质量基本 一致。上述两种方法都采用酸性反应条件，酸性物质的加入会降低 悬浮剂二氧化硅的稳定性并影响微胶囊发泡剂的均匀性和可分散性。 而且，在酸性条件下进行聚合反应，往往引起某些单体如偏氯乙烯 的分解，使形成的微胶囊发泡剂产品呈较强酸性(PH＜4)，这种强酸 性微胶囊发泡剂配制的发泡树脂组合物贮存稳定性低，并影响使用性能。
在实际工程应用中，PUR泡沫的弯曲强度和冲击强度等技术指标不能满足使用要求，限制了它的广泛应用，因此需对其进行增强改性，弥补材料的不足，进一步提高其力学性能。
发明内容
针对现有聚氨酯发泡后强度衰减的缺陷，本发明提出一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂及制备方法，其显著的特点是在具备发泡功能的同时,其分散释放晶须，不仅能够增强聚氨酯发泡剂的机械强度，并且还能起到控制发泡剂发泡速率的效果。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，包括乙基纤维素囊和包覆在乙基纤维素内部的芯材；
所述芯材包括无机晶须和水。
本发明中的具有增强功能的聚氨酯发泡剂是由乙基纤维素和包覆在乙基纤维素内部的芯材组成的微胶囊发泡剂，当发泡剂与溶剂混合后，乙基纤维素会发生溶解溶胀现象，不仅可以释放出无机晶须，使晶须进入基体内部，起到增强基体机械性能的作用，此外溶解溶胀后的乙基纤维素也能够进入到基体内部，填补基体内的空隙，进一步起到增强作用。
为了使各物质间的相互配合作用达到最佳，本发明对芯材中各物质的配比进行进一步的限定，优选的，所述芯材包括以下重量份的无机晶须80-90份和水10-20份。
根据本发明发泡剂，在用于聚氨酯时，乙基纤维素会发生溶解溶胀现象，使胶囊破裂，因水的反应发泡使得芯材首先分散开来，并使无机晶须均匀分散于聚氨酯泡沫，达到增强的作用。
无机晶须释放到基体中后，能够对基体进行补强作用，从而提高基体的机械强度，本发明对无机晶须没有特殊的要求，只要能够期待补强作用的晶须都能够实现本发明的目的，可以为所述领域技术人员所公知，优选的，所述无机晶须为硫酸钙晶须、氧化铝晶须、碳化硅晶须、碳化硼晶须、二氧化锆晶须、氮化铝晶须、氧化锌晶须、硫酸镁晶须和氮化硅晶须中的至少一种。
根据本发明，乙基纤维素囊和包覆在乙基纤维素内部的芯材质量比是影响微胶囊发泡剂性能的重要因素，当乙基纤维素囊含量较少时，则不能使芯材被完全包覆，而当乙基纤维素囊含量较低在，则相应的，所述芯材的含量就会随之降低，则不能起到增强补强基体的作用，优选的，所述乙基纤维素囊与所述芯材的重量比为1：（5~20）。
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将水与无机晶须混合均匀后，使水与无机晶须良好的负载固定；
（2）将乙基纤维素与溶剂制成液体，然后与步骤（1）预制的物料在流化床中包裹、干燥，陈化，得到乙基纤维素包覆无机晶须和水的微胶囊发泡剂。
本发明中微胶囊的形成机理为：水相和油相互相混合，在强烈的流化作用下，油相被分散成为平均直径约10微米的稳定小液滴，然后沉积形成微胶囊皮膜。
在陈化过程中，所述陈化的时间内为5~24h。优选的，所述陈化的温度为30-40℃。
与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
通过乙基纤维素囊和包覆在乙基纤维素内部的水和无机晶须组成胶囊发泡剂，在用于聚氨酯发泡时，乙基纤维素被有机溶剂缓慢溶化后，其中的包含的内芯水发生反应，产生发泡，进一步将无机晶须通过发泡的膨胀扩散均匀分散于聚氨酯泡沫中。其分散到聚氨酯泡沫中，起到了增强作用，并且还能起到控制发泡速率的效果。使得聚氨酯水发泡可控且均匀稳定。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，包括乙基纤维素囊和包覆在乙基纤维素内部的芯材；
所述芯材包括硫酸钙晶须和水。
所述芯材包括以下重量份的无机晶须80份和水20份。
所述乙基纤维素囊与所述芯材的重量比为1：5。
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将水与无机晶须混合均匀后，使水与无机晶须良好的负载固定；
（2）将乙基纤维素与溶剂制成液体，然后与步骤（1）预制的物料在流化床中包裹、干燥，陈化，所述陈化的时间内为5h。所述陈化的温度为30-40℃，得到乙基纤维素包覆无机晶须和水的微胶囊发泡剂。
本发明中微胶囊的形成机理为：水相和油相互相混合，在强烈的流化作用下，油相被分散成为平均直径约10微米的稳定小液滴，然后沉积形成微胶囊皮膜。
将实施例1得到的胶囊发泡剂用于聚氨酯的发泡，其发泡性能如表1所示。
实施例2
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，包括乙基纤维素囊和包覆在乙基纤维素内部的芯材；
所述芯材包括碳化硅晶须和水。
所述芯材包括以下重量份的无机晶须90份和水10份。
所述乙基纤维素囊与所述芯材的重量比为1：10。
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将水与无机晶须混合均匀后，使水与无机晶须良好的负载固定；
（2）将乙基纤维素与溶剂制成液体，然后与步骤（1）预制的物料在流化床中包裹、干燥，陈化，所述陈化的时间内为10h。所述陈化的温度为30-40℃，得到乙基纤维素包覆无机晶须和水的微胶囊发泡剂。
本发明中微胶囊的形成机理为：水相和油相互相混合，在强烈的流化作用下，油相被分散成为平均直径约10微米的稳定小液滴，然后沉积形成微胶囊皮膜。
将实施例2得到的胶囊发泡剂用于聚氨酯的发泡，其发泡性能如表1所示。
实施例3
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，包括乙基纤维素囊和包覆在乙基纤维素内部的芯材；
所述芯材包括氧化锌晶须和水。
所述芯材包括以下重量份的无机晶须85份和水15份。
所述乙基纤维素囊与所述芯材的重量比为1：15。
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将水与无机晶须混合均匀后，使水与无机晶须良好的负载固定；
（2）将乙基纤维素与溶剂制成液体，然后与步骤（1）预制的物料在流化床中包裹、干燥，陈化，所述陈化的时间内为20h。陈化的温度为30-40℃，得到乙基纤维素包覆无机晶须和水的微胶囊发泡剂。
本发明中微胶囊的形成机理为：水相和油相互相混合，在强烈的流化作用下，油相被分散成为平均直径约10微米的稳定小液滴，然后沉积形成微胶囊皮膜。
将实施例3得到的胶囊发泡剂用于聚氨酯的发泡，其发泡性能如表1所示。
实施例4
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，包括乙基纤维素囊和包覆在乙基纤维素内部的芯材；
所述芯材包括硫酸镁晶须和水。
所述芯材包括以下重量份的无机晶须90份和水10份。
所述乙基纤维素囊与所述芯材的重量比为1：20。
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将水与无机晶须混合均匀后，使水与无机晶须良好的负载固定；
（2）将乙基纤维素与溶剂制成液体，然后与步骤（1）预制的物料在流化床中包裹、干燥，陈化，所述陈化的时间内为24h。陈化的温度为30-40℃，得到乙基纤维素包覆无机晶须和水的微胶囊发泡剂。
本发明中微胶囊的形成机理为：水相和油相互相混合，在强烈的流化作用下，油相被分散成为平均直径约10微米的稳定小液滴，然后沉积形成微胶囊皮膜。
将实施例4得到的胶囊发泡剂用于聚氨酯的发泡，其发泡性能如表1所示。
对比例1
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，包括乙基纤维素囊和包覆在乙基纤维素内部的芯材；
所述芯材包括硫酸镁晶须。
所述芯材包括以下重量份的无机晶须90份。
所述乙基纤维素囊与所述芯材的重量比为1：20。
一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将无机晶须分散，良好的负载固定；
（2）将乙基纤维素与溶剂制成液体，然后与步骤（1）预制的物料在流化床中包裹、干燥，陈化，所述陈化的时间内为24h。陈化的温度为30-40℃，得到乙基纤维素包覆无机晶须和水的微胶囊发泡剂。
将对比例1得到的胶囊发泡剂与水配制（水不包含在芯材）用于聚氨酯的发泡，其发泡性能如表1所示。
表1：

Claims (6)

1.一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，包括乙基纤维素囊和包覆在乙基纤维素内部的芯材；
所述芯材包括无机晶须和水。
2.根据权利要求1所述一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，其特征在于：所述芯材包括以下重量份的组成：无机晶须80-90份，水10-20份。
3.根据权利要求1所述一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，其特征在于：所述无机晶须为硫酸钙晶须、氧化铝晶须、碳化硅晶须、碳化硼晶须、二氧化锆晶须、氮化铝晶须、氧化锌晶须、硫酸镁晶须和氮化硅晶须中的至少一种。
4.根据权利要求1所述一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，其特征在于：所述乙基纤维素囊与所述芯材的重量比为1：（5~20）。
5.根据权利要求1所述一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，其特征在于：所述具有增强功能的聚氨酯发泡剂由如下方法制备得到：
（1）将水与无机晶须混合均匀后，使水与无机晶须良好的负载固定；
（2）将乙基纤维素与溶剂制成液体，然后与步骤（1）预制的物料在流化床中包裹、干燥，陈化，得到乙基纤维素包覆无机晶须和水的微胶囊发泡剂。
6.根据权利要求4所述一种具有增强功能的聚氨酯发泡剂，其特征在于：所述陈化的时间内为5~24h；所述陈化的温度为30-40℃。
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