CN107573677A - 一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，涉及聚氨酯泡沫材料技术领域。其包括以下步骤:将聚醚多元醇、胺类催化剂、表面活性剂、发泡剂、开孔剂加入容器内搅拌混合均匀，搅拌均匀得到混合液，在真空干燥箱内抽真空2次；然后加入锡类催化剂，搅拌均匀，再加入TDI 80/20，搅拌均匀得到混合料；将混合料迅速灌入模具中，并置于烘箱中进行发泡保温，得到软质开孔聚氨酯泡沫；再将聚氨酯泡沫置于网化液中，对泡沫进行挤压排气；最后将聚氨酯泡沫进行清洗，然后干燥，即得网化聚氨酯泡沫。本发明制得的聚氨酯网状材料开孔均匀，开孔率可达到98％，并且泡孔网络光滑，且制备方法工艺简单，易于操作，适合工业化应用。

Description

一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯泡沫材料技术领域，具体讲是一种高开孔率、开孔均匀的泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法。

背景技术

网状聚氨酯泡沫属于聚氨酯泡沫中的一种新型功能性泡沫体，也被称之为过滤绵、网状海绵等，网状聚氨酯泡沫材料是经特殊加工工艺对普通开孔聚氨酯软质泡沫进行网化而成。网化后的泡沫去除了原有的窗膜，只剩下开孔的筋络“骨架”结构，因此网状聚氨酯泡沫的具有优异的透气性、良好的柔软性和较高的机械强度，并具有永久弹性，可以广泛用作过滤材料。

泡沫陶瓷过滤材料主要用于各种有色金属熔炼铸造的净化，然而，当使用聚氨酯泡沫海绵做泡沫陶瓷前驱体的时候，就要求海绵具有三维网状多孔的形状，要求海绵自身具有较好的弹性性能、较高的拉伸强度、高的通孔率及好的浆料吸附性能。这是因为在泡沫陶瓷的生产工艺过程中，海绵起到了两个重要的作用：一是挂浆的作用。在这个过程中，海绵需要具有好的弹性性能；因为当陶瓷浆料经过辊压均匀分布到海绵经络和节点上时，海绵需要承受浆料比重带来的重力；如果弹性不好，陶瓷坯体将无法成型。二是骨架的作用。干燥好的泡沫陶瓷坯体，最后要放入窑炉内高温烧成；在烧成过程中，海绵会随着温度的逐步升高而慢慢融化；融化过程如果太快，或者海绵自身耐热度不够，都会导致陶瓷坯体坍塌或者严重开裂，所以需要网状聚氨酯泡沫具有高的开孔率和强度。

网状聚氨酯泡沫的制备方法可分为两大类:一类是直接制备法,是指在聚氨酯泡沫固化成型的同时,泡沫窗膜实现自然破裂消失,无需再采用特殊的工艺使窗膜去除。该类方法主要特点是无需后处理过程,发泡与网格化同时完成,减少工序降低成本。存在的不足是网格化程度相对较低,难以实现窗膜的完全去除,同时泡沫孔径的均匀性难以控制。另一类是间接制备法,是指在聚氨酯泡沫合成出来的基础上,再经过一个后处理过程——网格化,实现泡沫窗膜的去除,间接制备法根据制备原理又可分为化学法、物理法两类，如化学腐蚀法、蒸汽水解法、燃烧法、爆炸法等，蒸汽水解法会导致聚氨酯泡沫的机械强度降低，燃烧法的燃烧时间无法控制导致难以形成有用的网状泡沫，爆炸法需要专门的设备，费用较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，该方法不仅工艺简单，易于操作，而且采用该方法制得的聚氨酯网状材料具有较高的开孔率，并且开孔均匀。

本发明的技术解决方案如下：

一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)准备以下组份的原料：聚醚多元醇、胺类催化剂、表面活性剂、发泡剂、开孔剂、锡类催化剂、TDI 80/20；

(2)将除锡类催化剂和TDI 80/20以外的原料加入容器内搅拌混合均匀，以2000～3000r/min的转速搅拌0.5～1小时，得到混合液，将混合液置于真空干燥箱中，在0.03～0.05MPa压强下抽真空1次，在0.07～0.09MPa压强下抽真空1次；

(3)向步骤(2)得到的混合液中加入锡类催化剂，以200～300r/min的速度搅拌5～10秒，然后加入TDI 80/20，以400～600r/min的速度搅拌10～20秒，得到混合料；

(4)将步骤(3)得到的混合料迅速灌入模具中，并置于50～60℃烘箱中进行发泡保温，保温时间为10～20min，取出模具，冷却至室温，开模取出制品，得到软质开孔聚氨酯泡沫；

(5)将步骤(4)得到的聚氨酯泡沫置于网化液中，采用挤压排气设备对泡沫进行1-3次挤压排气，每次挤压时间为5～10s，浸泡5～8min后，将聚氨酯泡沫塑料取出；

(6)将步骤(5)处理的聚氨酯泡沫进行清洗，然后放入30～50℃烘箱中烘干，即得到网化聚氨酯泡沫。

进一步的，所述步骤(1)中各组分的重量份数为聚醚多元醇80～100份、胺类催化剂0.1～0.3份、表面活性剂0.5～1份、发泡剂2-6份、开孔剂1～2份、锡类催化剂0.1～0.3份、TDI 80/20 40～50份。

进一步的，胺类催化剂选自三乙烯二胺、N,N-二甲基环己胺、N-甲基二环己基胺、N,N-二甲基苄胺、四甲基乙二胺、四甲基丙二胺、二甲基乙醇胺、A-1催化剂一种或两种以上的混合物；优选三乙烯二胺和A-1催化剂的混合物。

进一步的，锡类催化剂优选辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡的一种。

进一步的，表面活性剂选自硅油。

进一步的，发泡剂为水。

进一步的，所述的TDI 80/20是质量百分比为80％的2,4-甲苯二异氰酸酯和质量百分比为20％的2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物。

进一步的，所述步骤(1)中，开孔剂由以下质量份数的原料制成：聚氧化烯醚醇40～60份、N,N-二甲基苯胺15～20份、醋酸酐15～30份、二甲基硅油1～5份。

进一步的，所述步骤(1)中，开孔剂的制备方法包括：先将聚氧化烯醚醇和部分醋酸酐混合反应，在真空状态下加热至80～100℃，保温1～2h，得到反应物；再将反应物与N,N-二甲基苯胺、醋酸酐混合，加热至50～70℃搅拌反应3～5h，然后加入二甲基硅油，常温反应1～2h，即可得到开孔剂。

进一步的，所述步骤(1)中，发泡剂为水。

进一步的，所述步骤(4)中，发泡前模具内预先涂有脱模剂，且鼓入热空气预热。

进一步的，所述步骤(5)中，网化液由以下原料制成：氢氧化钠15份、正辛醇15份、丙二醇20份、蒸馏水60份。

进一步的，所述步骤(6)中，清洗包括先将聚氨酯泡沫置于2％的乙酸溶液中清洗3～8s，再用清水冲洗2～3次。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用的开孔剂用于制备网状聚氨酯软质泡沫体，可改善泡沫体的开孔性，相对普通海绵，聚氨酯泡沫体的开孔性可提高50-60％，并且可以通过调节开孔剂的用量来控制泡孔大小，开孔剂量越大，泡孔直径越大；同时采用该开孔剂得到的聚氨酯泡沫体的反光膜少，泡孔均匀。

2、本发明制得的聚氨酯网状材料开孔均匀，开孔率可达到98％，并且泡孔网络光滑，利用该网状泡沫烧制的耐高温多孔的网化陶瓷，可作为冶金行业的过滤材料，同时本发明的制备方法工艺简单，易于操作，适合工业化应用，具有较高的推广价值。

3、本发明通过进一步对聚氨酯泡沫进行网状化处理，采用碱性处理剂处理，无需专门的设备，安全性高。

具体实施方式

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

实施例一

一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)准备以下组份的原料：聚醚多元醇80g、胺类催化剂0.1g、硅油表面活性剂0.5g、水2g、开孔剂1g、锡类催化剂0.1g、TDI 80/20 40g；

(2)将除锡类催化剂和TDI 80/20以外的原料加入容器内搅拌混合均匀，以3000r/min的转速搅拌0.5小时，得到混合液，将混合液置于真空干燥箱中，在0.03MPa压强下抽真空1次，在0.07MPa压强下抽真空1次；

(3)向步骤(2)得到的混合液中加入锡类催化剂，以200r/min的速度搅拌10秒，然后加入TDI 80/20，以500r/min的速度搅拌20秒，得到混合料；

(4)将步骤(3)得到的混合料迅速灌入模具中，混合料倒入模具前，模具内预先涂有脱模剂，且鼓入热空气预热；将装有混合料的模具置于50℃烘箱中进行发泡保温，保温时间为20min，取出模具，冷却至室温，开模取出制品，得到软质开孔聚氨酯泡沫塑料；

(5)将步骤(4)得到的聚氨酯泡沫置于网化液中，采用挤压排气设备对泡沫进行2次挤压排气，每次挤压时间为5s，浸泡5min后，将聚氨酯泡沫塑料取出；

(6)将步骤(5)处理的聚氨酯泡沫置于2％的乙酸溶液中清洗3s，再用清水冲洗3次，将洗净的聚氨酯泡沫塑料放入30℃烘箱中烘干，即得到网化聚氨酯泡沫塑料。

本实施例中，胺类催化剂为三乙烯二胺和A-1催化剂的混合物。

本实施例中，锡类催化剂选自美国气体公司生产的辛酸亚锡。

本实施例中，表面活性剂选自为上海麦豪化工科技有限公司生产的有机硅表面活性剂。

本实施例中，开孔剂由以下质量份数的原料制成：聚氧化烯醚醇40份、N,N-二甲基苯胺15份、醋酸酐15份、二甲基硅油1份。开孔剂的制备方法包括，先将聚氧化烯醚醇和部分醋酸酐混合反应，在真空状态下加热至80℃，保温1h，得到反应物；再将反应物与N,N-二甲基苯胺、醋酸酐混合，加热至50℃搅拌反应3h，然后加入二甲基硅油，常温反应1h，即可得到开孔剂。

本实施例中，网化液由以下原料制成：为氢氧化钠15份、正辛醇15份、丙二醇20份、蒸馏水60份。

对实施例一得到的泡沫体进行切割，取中心位置的泡沫体进行物理性能测试，得到开孔率为98.3％，泡孔大小为30PPI，为透气性145L/min。

实施例二

一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)准备以下组份的原料：聚醚多元醇90g、胺类催化剂0.2g、硅油表面活性剂0.7g、水4g、开孔剂1.5g、锡类催化剂0.2g、TDI 80/20 45g；

(2)将除锡类催化剂和TDI 80/20以外的原料加入容器内搅拌混合均匀，以2500r/min的转速搅拌0.7小时，得到混合液，将混合液置于真空干燥箱中，在0.04MPa压强下抽真空1次，在0.08MPa压强下抽真空1次；

(3)向步骤(2)得到的混合液中加入锡类催化剂，以270r/min的速度搅拌7秒，然后加入TDI 80/20，以500r/min的速度搅拌15秒，得到混合料；

(4)将步骤(3)得到的混合料迅速灌入模具中，混合料倒入模具前，模具内预先涂有脱模剂，且鼓入热空气预热；将装有混合料的模具置于55℃烘箱中进行发泡保温，保温时间为15min，取出模具，冷却至室温，开模取出制品，得到软质开孔聚氨酯泡沫塑料；

(5)将步骤(4)得到的聚氨酯泡沫置于网化液中，采用挤压排气设备对泡沫进行3次挤压排气，每次挤压时间为7s，浸泡6min后，将聚氨酯泡沫塑料取出；

(6)将步骤(5)处理的聚氨酯泡沫置于2％的乙酸溶液中清洗5s，再用清水冲洗3次，将洗净的聚氨酯泡沫塑料放入40℃烘箱中烘干，即得到网化聚氨酯泡沫塑料。

本实施例中，胺类催化剂为三乙烯二胺和A-1催化剂的混合物。

本实施例中，锡类催化剂选自美国气体公司生产的辛酸亚锡。

本实施例中，表面活性剂选自为上海麦豪化工科技有限公司生产的有机硅表面活性剂。

本实施例中，开孔剂由以下质量份数的原料制成：聚氧化烯醚醇50份、N,N-二甲基苯胺17份、醋酸酐22份、二甲基硅油3份。开孔剂的制备方法包括，先将聚氧化烯醚醇和部分醋酸酐混合反应，在真空状态下加热至90℃，保温1.5h，得到反应物；再将反应物与N,N-二甲基苯胺、醋酸酐混合，加热至60℃搅拌反应4h，然后加入二甲基硅油，常温反应1.5h，即可得到开孔剂。

本实施例中，网化液的组成同实施例一。

对实施例二得到的泡沫体进行切割，取中心位置的泡沫体进行物理性能测试，得到开孔率为99.1％，泡孔大小为15PPI，为透气性162L/min。

实施例三

一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)准备以下组份的原料：聚醚多元醇100g、胺类催化剂0.3g、硅油表面活性剂1g、水6g、开孔剂2g、锡类催化剂0.3g、TDI 80/20 50g；

(2)将除锡类催化剂和TDI 80/20以外的原料加入容器内搅拌混合均匀，以2500r/min的转速搅拌1小时，得到混合液，将混合液置于真空干燥箱中，在0.05MPa压强下抽真空1次，在0.09MPa压强下抽真空1次；

(3)向步骤(2)得到的混合液中加入锡类催化剂，以300r/min的速度搅拌5秒，然后加入TDI 80/20，以600r/min的速度搅拌10秒，得到混合料；

(4)将步骤(3)得到的混合料迅速灌入模具中，混合料倒入模具前，模具内预先涂有脱模剂，且鼓入热空气预热；将装有混合料的模具置于60℃烘箱中进行发泡保温，保温时间为10min，取出模具，冷却至室温，开模取出制品，得到软质开孔聚氨酯泡沫塑料；

(5)将步骤(4)得到的聚氨酯泡沫置于网化液中，采用挤压排气设备对泡沫进行2次挤压排气，每次挤压时间为10s，浸泡8min后，将聚氨酯泡沫塑料取出；

(6)将步骤(5)处理的聚氨酯泡沫置于2％的乙酸溶液中清洗8s，再用清水冲洗3次，将洗净的聚氨酯泡沫塑料放入50℃烘箱中烘干，即得到网化聚氨酯泡沫塑料。

本实施例中，胺类催化剂为三乙烯二胺和A-1催化剂的混合物。

本实施例中，锡类催化剂选自美国气体公司生产的辛酸亚锡。

本实施例中，表面活性剂选自为上海麦豪化工科技有限公司生产的有机硅表面活性剂。

本实施例中，开孔剂由以下质量份数的原料制成：聚氧化烯醚醇50份、N,N-二甲基苯胺17份、醋酸酐22份、二甲基硅油3份。开孔剂的制备方法包括，先将聚氧化烯醚醇和部分醋酸酐混合反应，在真空状态下加热至80～100℃，保温1～2h，得到反应物；再将反应物与N,N-二甲基苯胺、醋酸酐混合，加热至50～70℃搅拌反应3～5h，然后加入二甲基硅油，常温反应1～2h，即可得到开孔剂。

本实施例中，网化液的组成同实施例一。

对实施例三得到的泡沫体进行切割，取中心位置的泡沫体进行物理性能测试，得到开孔率为98.9％，泡孔大小为20PPI，为透气性153L/min。

以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)准备以下组份的原料：聚醚多元醇、胺类催化剂、表面活性剂、发泡剂、开孔剂、锡类催化剂、TDI 80/20；

(2)将除锡类催化剂和TDI 80/20以外的原料加入容器内搅拌混合均匀，以2000～3000r/min的转速搅拌0.5～1小时，得到混合液，将混合液置于真空干燥箱中，在0.03～0.05MPa压强下抽真空1次，在0.07～0.09MPa压强下抽真空1次；

(3)向步骤(2)得到的混合液中加入锡类催化剂，以200～300r/min的速度搅拌5～10秒，然后加入TDI 80/20，以400～600r/min的速度搅拌10～20秒，得到混合料；

(4)将步骤(3)得到的混合料迅速灌入模具中，并置于50～60℃烘箱中进行发泡保温，保温时间为10～20min，取出模具，冷却至室温，开模取出制品，得到软质开孔聚氨酯泡沫；

(5)将步骤(4)得到的聚氨酯泡沫置于网化液中，采用挤压排气设备对泡沫进行1-3次挤压排气，每次挤压时间为5～10s，浸泡5～8min后，将聚氨酯泡沫塑料取出；

(6)将步骤(5)处理的聚氨酯泡沫进行清洗，然后放入30～50℃烘箱中烘干，即得到网化聚氨酯泡沫。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中各组分的重量份数为聚醚多元醇80～100份、胺类催化剂0.1～0.3份、表面活性剂0.5～1份、发泡剂2-6份、开孔剂1～2份、锡类催化剂0.1～0.3份、TDI 80/20 40～50份。

3.根据权利要求1或2所述的一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，开孔剂由以下质量份数的原料制成：聚氧化烯醚醇40～60份、N,N-二甲基苯胺15～20份、醋酸酐15～30份、二甲基硅油1～5份。

4.根据权利要求3所述的一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，开孔剂的制备方法包括：先将聚氧化烯醚醇和部分醋酸酐混合反应，在真空状态下加热至80～100℃，保温1～2h，得到反应物；再将反应物与N,N-二甲基苯胺、醋酸酐混合，加热至50～70℃搅拌反应3～5h，然后加入二甲基硅油，常温反应1～2h，即可得到开孔剂。

5.根据权利要求1或2所述的一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，发泡剂为水。

6.根据权利要求1所述的一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，发泡前模具内预先涂有脱模剂，且鼓入热空气预热。

7.根据权利要求1所述的一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，网化液为：氢氧化钠15份、正辛醇15份、丙二醇20份、蒸馏水60份。

8.根据权利要求1所述的一种泡沫陶瓷专用聚氨酯网状材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中，清洗包括先将聚氨酯泡沫置于2％的乙酸溶液中清洗3～8s，再用清水冲洗2～3次。