CN107400350A - 一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫及其制备方法，属于高分子化工技术领域。按质量份数计，由以下各组分混合组成：聚醚多元醇80~120份；二异氰酸酯20~30份；吸水性树脂0.5~55份；发泡剂20~50份；表面活性剂0.2~3份；催化剂0.2~2份；制备方法包括两个步骤，预聚体的制备以及泡沫材料的制备。该聚氨酯泡沫具有高吸水性、高保水性、回弹性高、压缩性能好、稳定性高的优点。

Description

一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯泡沫及其制备方法，更具体地说涉及一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫 及其制备方法，属于化工高分子技术领域。
背景技术
聚氨酯泡沫中含有亲水基团如羧基、羟基，且具备一定交联度的高分子材料。它具有独特性能： 强吸水和保水性，所以在做吸水泡沫方面具有很高的应用前景。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。
高吸水性树脂的研究最早出现1961年，当时C.R.Russesell等人淀粉接枝丙烯腈的研究，为后 人的研究奠定了基础，1966年G.F.芬达在此基础上的研究是成功的，制得了淀粉接枝丙烯腈共聚物 美国陶氏化学公司采用水溶液聚合法，丙烯酸乙酯与丙烯酸为单体，进行水溶液聚合，再向溶液中加 入氧氯丙烷共聚合成了膜状结构的超吸水性树脂，不仅提高了树脂的吸水性能，更丰富了树脂的种类， 推动了高吸水性材料这一学科的发展。1978年美国National Starch等公司通过皂化交联丙烯酸单 体获得聚丙烯酸钠超吸水材料，与以往传统的高吸水性材料相比，该材料具有其它材料无可取代的成 本较低、生产过程简单等优点。虽然经过了漫长的发展时期，但聚丙烯酸钠系高吸水性树脂品种仍是 使用最广泛的超极吸水性材料。1977年以前，日本纤维高分子材料研究所等采用水溶液聚合法，以 乙烯醇为单体，用交联剂使单体自交联的方法合成了不溶于水的吸水性材料。由于科学技术的不断发 展，吸水性树脂也在不停的发展进步，最好的体现就是树脂的种类越来越丰富以及吸水、保水等性能 也在不断的改善和提高，高吸水性树脂的应用领域相比于以前也更加广泛。
专利公开号为CN 102827442 A的中国专利公开了一种聚乙烯醇水溶液与聚氨酯共混发泡，得到 吸水倍率超过9.8倍的海绵。但其工艺复杂；专利公开号为CN 103436007 A的中国专利公开了一种 由不同组合配比的聚醚多元醇制得的聚氨酯与吸水树脂共混发泡，得到吸水软质聚氨酯泡沫的方法； 其吸水树脂为交联聚丙烯酸钠、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，一般这种接枝物的接枝率不高、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。因此需要研制一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫及其制备方法以解决现有技术 中存在的问题或不足。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述问题，提供一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，该聚氨酯泡沫具 有高吸水性、高保水性、回弹性高、压缩性能好、稳定性高的优点；本发明同时还提供该高吸水性、 高保水性聚氨酯泡沫的制备方法。
为了达到以上目的，本发明的技术方案如下：
本发明的高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其按质量份数计，由以下各组分混合组成：
进一步地，所述聚醚多元醇为聚环氧丙烷三元醇、聚环氧乙烷三元醇、1,4-丁二醇的组合，所述 聚醚多元醇分子量为800～4500，羟值为33～40mg KOH g-1。
进一步地，按质量份数计，所述聚醚多元醇由以下各组份混合组成：
聚环氧丙烷三元醇 40～80份
聚环氧乙烷三元醇 20～30份
1,4-丁二醇 10～30份
进一步地，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，型号为TDI-80/20，反应后的异氰酸根指数为 1.0～1.2。
进一步地，所述吸水性树脂为粒径50～300微米的聚丙烯酸盐颗粒、聚丙烯酰胺颗粒中的任意一 种或其组合，所述吸水性树脂的密度为0.6～0.7g/cm3，纯水吸收量为200～400g/g(纯水吸收量是否有范围？)。
进一步地，按质量份数计，所述吸水性树脂由以下各组份混合组成：
聚丙烯酸钠 0.2～28份
聚丙烯酸钾 0.1～17份
聚丙烯酰胺 0.2～10份
进一步地，所述催化剂为A-33催化剂、三亚乙基二胺、N-甲基吗啡啉、三乙醇胺、二乙醇胺、 乙醇胺、乙二胺、甲酸、二甲基乙醇胺、N,N-二甲基环已胺、盐酸、磷酸、柠檬酸、六亚甲基四胺、 氯化铵中的一种或其组合。
进一步地，所述表面活性剂为聚硅氧烷-聚氧化烯烃醚嵌段共聚物、脂肪醇类、硅酮类、烷基醇 酰胺类、烷基酚聚氧乙烯醚类、失水山梨醇酯类、脂肪醇聚氧乙烯醚类、烷基糖苷类表面活性剂中的 一种或其组合。
一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：预聚体的制备：按质量份数称取聚醚多元醇，在120℃下真空脱水2小时；降温至40～50℃； 加入二异氰酸酯、催化剂和表面活性剂，在70～80℃下均匀搅拌2h得到预聚体，冷却至30～40℃待 用；
步骤二：泡沫材料的制备：往步骤一制得的预聚体中迅速加入吸水性树脂，高速搅拌，待液体物 料混合均匀后，迅速将发泡剂倒入并高速搅拌，待物料变白微微起泡后，迅速倒入准备好的模具中， 使泡沫充满模具，静置10～30min，再放入50～70℃烘箱内熟化1～2h，冷却脱模，即制得高吸水性、 高保水性聚氨酯泡沫。
进一步地，步骤一中，所述预聚体中异氰酸根含量为1wt％至15wt％。保证后续发泡反应充分，使 得到的泡沫具有一定力学强度。
本发明具有如下优点：1.现有技术中，聚醚多元醇多采用的是聚环氧乙烷三元醇，本发明为聚环 氧丙烷三元醇、聚环氧乙烷三元醇、1,4-丁二醇的组合，能制出含更多吸水基团的聚氨酯泡沫，吸水 性更强；2.现有技术中，吸水性树脂中的聚丙烯酸与聚丙烯酰胺是以共聚物的形式加入到反应中的， 本发明中，配成聚丙烯酰胺凝胶使用，聚丙烯酸盐与聚丙烯酰胺都是微米级颗粒，有利于聚丙烯酸钠 微粒与聚氨酯充分、均匀混合；3.反应后的异氰酸根指数为1.0～1.2，保证反应更充分，提高聚氨酯 泡沫的吸水性；4.加入微米级的吸水性树脂后，聚氨酯泡沫为开孔结构，孔隙率大于65％，平均孔径 85～700μm，干容重0.07～0.1g/cm3，饱和吸水倍率大于700％，持水孔隙度大于70％，透气孔隙度大 于15％，pH值5.5～7.5，在25℃的环境下72h之内能保水50％以上，且强度增强5倍以上。
总体来说，本发明通过将聚醚多元醇中的羟基接入聚氨酯链节，制得一种含多吸水基团的聚氨酯 泡沫，并加入微米级高吸水性树脂作为填充物，存在于聚氨酯泡沫孔中及孔隙间，大大提高了聚氨酯 泡沫的保水率、吸水率；并且该软质聚氨酯泡沫质量轻、开孔率高、力学性能佳，可应用于无土栽培 基质、城市绿化、生态治理、防腐保湿材料、医药敷料、生活日化等领域。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。
以下所有实施例中的发泡剂均为蒸馏水。表1中的各成分配比为质量份数配比。
实施例一
一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其制备工艺为:步骤一：预聚体的制备：按质量份数称取 聚醚多元醇，在120℃下真空脱水2小时；降温至40～50℃；加入二异氰酸酯、催化剂和表面活性剂， 在75℃下均匀搅拌2h得到预聚体，预聚体的异氰酸根含量为1wt％，冷却至30～40℃待用；步骤二： 泡沫材料的制备：往步骤一制得的预聚体中迅速加入吸水性树脂，高速搅拌3min，转速1600r/min， 待液体物料混合均匀后，迅速将发泡剂倒入并高速搅拌，待物料变白微微起泡后，迅速倒入准备好的 模具中，使泡沫充满模具，静置10min，再放入60℃烘箱内熟化1h，冷却脱模，即制得高吸水性、 高保水性聚氨酯泡沫。
各成分质量份数配比如表1所示，其中发泡剂为蒸馏水，催化剂由三亚乙基二胺0.03份、磷酸0.05份、三乙醇胺0.02份混合组成，表面活性剂由脂肪醇聚氧乙烯醚类0.05份、聚硅氧烷-聚氧化 烯烃醚嵌段共聚物0.05份、硅酮类0.1份混合组成。
实施例二
一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其制备工艺为:步骤一：预聚体的制备：按质量份数称取 聚醚多元醇，在120℃下真空脱水2小时；降温至40～50℃；加入二异氰酸酯、催化剂和表面活性剂， 在75℃下均匀搅拌2h得到预聚体，预聚体的异氰酸根含量为6wt％，冷却至30～40℃待用；步骤二： 泡沫材料的制备：往步骤一制得的预聚体中迅速加入吸水性树脂，高速搅拌，转速1600r/min，待液 体物料混合均匀后，迅速将发泡剂倒入并高速搅拌，待物料变白微微起泡后，迅速倒入准备好的模具 中，使泡沫充满模具，静置15min，再放入60℃烘箱内熟化1h，冷却脱模，即制得高吸水性、高保 水性聚氨酯泡沫。
各成分质量份数配比如表1所示，其中发泡剂为蒸馏水，催化剂由A-33催化剂0.3份、三亚乙 基二胺0.2份、N,N-二甲基环已胺0.1份混合组成，表面活性剂由聚硅氧烷-聚氧化烯烃醚嵌段共聚 物0.5份、脂肪醇聚氧乙烯醚类0.5份、硅酮类1份混合组成。
实施例三
一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其制备工艺为:步骤一：预聚体的制备：按质量份数称取 聚醚多元醇，在120℃下真空脱水2小时；降温至40～50℃；加入二异氰酸酯、催化剂和表面活性剂， 在80℃下均匀搅拌2h得到预聚体，预聚体的异氰酸根含量为10wt％，冷却至30～40℃待用；步骤二： 泡沫材料的制备：往步骤一制得的预聚体中迅速加入吸水性树脂，高速搅拌，转速1600r/min，待液 体物料混合均匀后，迅速将发泡剂倒入并高速搅拌，待物料变白微微起泡后，迅速倒入准备好的模具 中，使泡沫充满模具，静置20min，再放入60℃烘箱内熟化2h，冷却脱模，即制得高吸水性、高保 水性聚氨酯泡沫。
各成分质量份数配比如表1所示，其中发泡剂为蒸馏水，催化剂由乙二胺0.5份、盐酸0.2份、 六亚甲基四胺0.3份混合组成，表面活性剂由烷基醇酰胺类0.5份、失水山梨醇酯类0.3份、脂肪醇 聚氧乙烯醚类0.2份混合组成。
实施例四
一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其制备工艺为:步骤一：预聚体的制备：按质量份数称取 聚醚多元醇，在120℃下真空脱水2小时；降温至40～50℃；加入二异氰酸酯、催化剂和表面活性剂， 在80℃下均匀搅拌2h得到预聚体，预聚体的异氰酸根含量为15wt％，冷却至30～40℃待用；步骤二： 泡沫材料的制备：往步骤一制得的预聚体中迅速加入吸水性树脂，高速搅拌，转速1600r/min，待液 体物料混合均匀后，迅速将发泡剂倒入并高速搅拌，待物料变白微微起泡后，迅速倒入准备好的模具 中，使泡沫充满模具，静置30min，再放入60℃烘箱内熟化2h，冷却脱模，即制得高吸水性、高保 水性聚氨酯泡沫。
各成分质量份数配比如表1所示，其中发泡剂为蒸馏水，催化剂由N,N-二甲基环已胺1份、乙 二胺0.5份、柠檬酸0.5份混合组成，表面活性剂由烷基酚聚氧乙烯醚类1份、硅酮类1份、失水山 梨醇酯类1份混合组成。
比较例一
该比较例为不添加吸水性树脂的聚氨酯泡沫的制备过程。如表1所示，由以下质量份的各组分组 成：聚醚多元醇80份(聚环氧丙烷三元醇50份，聚环氧乙烷三元醇20份，1,4-丁二醇10份混合组 成)、甲苯二异氰酸酯(TDI-80/20)20份、作为发泡剂的蒸馏水30份、催化剂0.5份(0.1份三亚乙 基二胺、0.1份磷酸、0.3份三乙醇胺混合组成)，表面活性剂1份(脂肪醇聚氧乙烯醚类0.5份、聚 硅氧烷-聚氧化烯烃醚嵌段共聚物0.2份、硅酮类0.3份混合组成)。
其制备工艺为：步骤一：预聚体的制备：称取80份聚醚多元醇，在120℃下真空脱水2小时； 将以上聚醚多元醇降温至40℃，加入20份甲苯二异氰酸、催化剂0.5份和1份表面活性剂，在75℃ 下加热搅拌2小时，得到预聚体，预聚体中异氰酸根含量为8wt％；步骤二，泡沫材料的制备：将步 骤(1)中的预聚体高速搅拌3min，转速为1600r/min，加入蒸馏水30份，搅拌至发白并微微起泡， 迅速将液体倒入预先准备的模具内(300mm×300mm×120mm)，使泡沫充满模具，静置15min，再放到 60℃烘箱内熟化1小时，冷却脱模，即制得聚氨酯泡沫。
表1
制得的聚氨酯泡沫主要性能测试方法：
力学性能测试：依GBT 8813-2008测试压缩性能；
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 0.001g，然后计算出泡沫密度；
吸水率测定：依GBT8810-2005测试；
保水性测试：将上述浸过水饱和的样品在25℃的环境下，每隔24h取出称重，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2各样品主要性能参数
实施例编号 密度(g/cm3) 吸水率 保水率(72h) 压缩强度(KPa)
实例一 0.8 263％ 55％ 4.9
实例二 0.9 509％ 232％ 6.2
实例三 0.1 742％ 367％ 8.7
实例四 0.1 980％ 552％ 14.1
比较例一 0.8 82％ 12％ 3.3
从表2各测试结果可知，本发明所获得的聚氨酯泡沫材料，质量轻，吸水能力随吸水树脂的填充 量增加而增强，吸水率能达到900％以上，在25℃的环境下72h之内能保水50％以上，这是因为高吸 水树脂与聚氨酯泡沫的三维网状结构结合既能高吸水又能高保水，而交联的网状结构又赋予了材料良 好地压缩性能，对于在医药卫生、农林园艺、食品工业、建筑等有广阔的应用领域。

Claims (10)

1.一种高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其特征在于：按质量份数计，由以下各组分混合组成：
聚醚多元醇 80~120 份
二异氰酸酯 20~30份
吸水性树脂 0.5~55份
发泡剂 20~50 份
表面活性剂 0.2~3份
催化剂 0.2~2 份。
2.根据权利要求1所述的高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其特征在于：所述聚醚多元醇为聚环氧丙烷三元醇、聚环氧乙烷三元醇、1,4-丁二醇的组合，所述聚醚多元醇分子量为800~4500，羟值为33~40mg KOH g-1。
3.根据权利要求2所述的高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其特征在于：按质量份数计，所述聚醚多元醇由以下各组份混合组成：
聚环氧丙烷三元醇 40~80份
聚环氧乙烷三元醇 20~30份
1,4-丁二醇 10~30份。
4.根据权利要求1所述的高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其特征在于：所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，型号为TDI-80/20 ，反应后的异氰酸根指数为1.0~1.2。
5.根据权利要求1所述的高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其特征在于：所述吸水性树脂为粒径50~300μm的聚丙烯酸盐颗粒、聚丙烯酰胺颗粒中的任意一种或其组合，所述吸水性树脂的密度为0.6~0.7g/cm3，纯水吸收量为200~400g/g。
6.根据权利要求5所述的高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其特征在于：按质量份数计，所述吸水性树脂由以下各组份混合组成：
聚丙烯酸钠 0.2~28份
聚丙烯酸钾 0.1~17份
聚丙烯酰胺 0.2~10份。
7.根据权利要求1所述的高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其特征在于：所述催化剂为A-33催化剂、三亚乙基二胺、N-甲基吗啡啉、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、乙二胺、甲酸、二甲基乙醇胺、N ,N-二甲基环已胺、盐酸、磷酸、柠檬酸、六亚甲基四胺、氯化铵中的一种或其组合。
8.根据权利要求1所述的高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫，其特征在于：所述表面活性剂为聚硅氧烷-聚氧化烯烃醚嵌段共聚物、脂肪醇类、硅酮类、烷基醇酰胺类、烷基酚聚氧乙烯醚类、失水山梨醇酯类、脂肪醇聚氧乙烯醚类、烷基糖苷类表面活性剂中的一种或其组合。
9.一种如权利要求1-8任一所述的高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：预聚体的制备：按质量份数称取聚醚多元醇，在120℃下真空脱水 2小时；降温至40~50℃；加入二异氰酸酯、催化剂和表面活性剂，在70 ～80℃下均匀搅拌2h得到预聚体，冷却至30~40℃待用；
步骤二：泡沫材料的制备：往步骤一制得的预聚体中迅速加入吸水性树脂，高速搅拌，待液体物料混合均匀后，迅速将发泡剂倒入并高速搅拌，待物料变白微微起泡后，迅速倒入准备好的模具中，使泡沫充满模具，静置10～30min，再放入50~70℃烘箱内熟化1～2h，冷却脱模，即制得高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫。
10.根据权利要求9所述的高吸水性、高保水性聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述预聚体中异氰酸根含量为1wt%至15wt%。
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