CN108084393A - 一种具有气味吸附功能的tpu发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有气味吸附功能的TPU发泡材料及其制备方法，所述TPU发泡材料的制备原料包括以下重量份的成分：二异氰酸酯40‑60重量份，聚醚多元醇40‑50重量份，白竹炭10‑20重量份，4,4'‑氧代双苯磺酰肼2‑8重量份，氧化烯烃‑硅氧烷共聚物1‑3重量份，扩链剂1‑5重量份，催化剂1‑4重量份。本发明提供的TPU发泡材料具有较高的开孔率，较小的密度，并且闭孔较少，相当于增大了TPU发泡材料的比表面积，更有利于气体吸附，具有一定的气体吸附功能。

Description

一种具有气味吸附功能的TPU发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明属于发泡材料领域，涉及一种TPU发泡材料及其制备方法，尤其涉及一种具有气味吸附功能的TPU发泡材料及其制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种新型的高分子材料，TPU是由二异氰酸酯类分子和大分子多元醇、低分子多元醇共同反应聚合而成的高分子材料；它的分子结构是由二异氰酸酯和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二异氰酸酯与大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的。TPU具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化特性，已广泛应用于医疗卫生、电子电器以及体育用品等方面，其具有其他塑料材料所无法比拟的强度高、韧性好、耐磨、耐油、耐老化等特性，同时还具有高防水性透湿性。TPU按分子结构可分为聚酯型和聚醚性两种。
近年来，随着生活环境的长足发展，人们对有毒有害气体危害性的认识也在不断加深，围绕有毒有害气体的净化处置，国内外广大研究者发扬勇于探索的精神，不断寻找合理高效的解决方法，一系列有毒有害气体净化处理的措施被用于应急处置和日常工业生产废气净化中。
目前存在的有毒有害气处理方法包括燃烧法、溶液吸收法、催化转化法、吸附剂吸附法、生物处理法和等离子体净化法等。其中，燃烧法会造成二次污染，溶液吸收法和生物处理法的处理时间长，催化转化法需要在一定条件下才能进行，而等离子体净化法则需要昂贵的设备。与其他处理方法相比，吸附剂吸附法若能适应合适的高效的吸附剂，将可以极大解决有害气体净化的进程。
工业上常用的吸附剂包括活性炭、活性氧化铝、硅胶、合成沸石分子筛等，还未有过有关于TPU可以吸附气体的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TPU发泡材料及其制备方法，特别是一种具有气味吸附功能的TPU发泡材料及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种TPU发泡材料，所述TPU发泡材料的制备原料包括以下重量份的成分：
本发明提供的发泡材料包括白竹炭，白竹炭细密多孔，吸附力强，能够有效地吸附空气中的浮游物质，对硫化物、甲醛、甲醇等有害物质起到吸附、分解异味和消臭的作用；本发明提供的发泡材料还包括4,4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)和氧化烯烃-硅氧烷共聚物，发泡剂与开孔剂配合使用，可以提高TPU发泡材料的开孔率，增大TPU发泡材料的比表面积，更有利于气体吸附，并且在一定程度上可以增加材料的强度。
在本发明中，所述二异氰酸酯的重量份为40-60重量份，例如40重量份、45重量份、50重量份、55重量份、60重量份等。
优选地，所述二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯以质量比1:(2-5)得到的混合物，所述1:(2-5)可以是1:2、1:3、1:4、1:5等。
在本发明中，所述聚醚多元醇的重量份为40-50重量份，例如40重量份、42重量份、45重量份、47重量份、50重量份等。
优选地，所述聚醚多元醇的数均分子量为2000-5000，例如2000、3000、4000、5000等。
在本发明中，所述白竹炭的重量份为10-20重量份，例如10重量份、12重量份、15重量份、17重量份、20重量份等。
在本发明中，所述4,4'-氧代双苯磺酰肼的重量份为2-8重量份，例如2重量份、4重量份、5重量份、6重量份、8重量份等。
在本发明中，所述氧化烯烃-硅氧烷共聚物的重量份为1-3重量份，例如1重量份、2重量份、3重量份等。
在本发明中，所述扩链剂的重量份为1-5重量份，例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份等。
优选地，所述扩链剂为乙二醇、乙二胺、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇或1,5-戊二醇中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述催化剂的重量份为1-4重量份，例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份等。
优选地，所述催化剂为辛酸亚锡、二辛酸二丁锡或月硅酸二丁锡中的任意一种或至少两种的组合。
本发明提供的催化剂一方面催化化学反应，另一方面可以降低4,4'-氧代双苯磺酰肼的反应温度，使4,4'-氧代双苯磺酰肼在较低的温度下就可以分解得到TPU发泡材料。
另一方面，本发明提供了如上所述的TPU发泡材料的制备方法，所述制备方法如下所示：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂混合均匀，得到TPU预聚物；
(2)将白竹炭和扩链剂混合均匀后，加入步骤(1)得到的预聚物中，搅拌，得到混合物；
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，搅拌20-25s，得到混合物，所述20-25s可以是20s、21s、23s、24s、25s等；
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合均匀，得到所述TPU发泡材料。
本发明提供的制备方法简单易行，在本发明提供的制备方法中，在得到预聚体之后将白竹炭以及扩链剂加入到体系内，可确保最后得到的发泡材料中白竹炭分布均匀。在本发明提供的制备方法中，先使用OBSH得到发泡TPU，然后迅速加入氧化烯烃-硅氧烷共聚物使泡孔破裂，二者配合使用，可以提高TPU发泡材料的开孔率，并且在一定程度上可以增加材料的强度，增大TPU发泡材料的比表面积，更有利于气体吸附。并且在本发明中，OBSH加入搅拌20-25s后加入氧化烯烃-硅氧烷共聚物，在20-25s时间后加入氧化烯烃-硅氧烷共聚物，只有在这段时间内，OBSH与氧化烯烃-硅氧烷共聚物相互配合，才可以得到具有通孔结构的TPU发泡材料，且比表面积最大，孔隙率最大；时间过短会影响TPU的发泡，时间过长则孔隙率下降。
利用本发明提供的制备方法制备得到的TPU发泡材料的孔隙率最大，闭孔较少，TPU发泡材料的比表面积大，更有利于气体吸附。
优选地，步骤(1)所述混合的温度为40-60℃，例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等。
优选地，步骤(1)所述混合的时间为0.5-1.5小时，例如0.5小时、1小时、1.5小时等。
优选地，步骤(2)所述混合的时间为10-20min，例如10min、12min、15min、17min、20min等。
优选地，步骤(2)所述搅拌的速度为100-200r/min，例如100r/min、120r/min、140r/min、160r/min、180r/min、200r/min等。
优选地，步骤(2)所述搅拌的温度为100-120℃，例如100℃、105℃、110℃、115℃、120℃等。
优选地，步骤(2)所述搅拌的时间为1-2小时，例如1小时、1.2小时、1.4小时、1.6小时、1.8小时、2小时等。
优选地，步骤(3)所述搅拌的温度为120-140℃，例如120℃、125℃、130℃、135℃、140℃等。
优选地，步骤(4)所述混合的时间为1-2小时，例如1小时、1.2小时、1.4小时、1.6小时、1.8小时、2小时等。
在本发明中，作为优选技术方案，所述制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在40-60℃混合0.5-1.5小时，得到TPU预聚物；
(2)将白竹炭和扩链剂混合10-20min，加入步骤(1)得到的预聚物中，在100-120℃下以100-200r/min的搅拌速度搅拌1-2小时，得到混合物；
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，在140-160℃搅拌20-25s，得到混合物；
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合1-2小时，得到所述TPU发泡材料。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的TPU发泡材料具有较高的开孔率，较小的密度，并且闭孔较少，相当于增大了TPU发泡材料的比表面积，更有利于气体吸附，具有一定的气体吸附功能；本发明提供的制备方法简单易行。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供的具有气体吸附功能的TPU发泡材料的制备原料包括以下重量份的成分：
其中，二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯以质量比1:2得到的混合物，聚醚多元醇的数均分子量为2000，扩链剂为乙二醇，催化剂为辛酸亚锡。
制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在50℃混合1小时，得到TPU预聚物。
(2)将白竹炭和扩链剂混合20min，加入步骤(1)得到的预聚物中，在110℃下以150r/min的搅拌速度搅拌1.5小时，得到混合物。
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，在150℃搅拌25s，得到混合物。
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合1.5小时，得到TPU发泡材料。
实施例2
本实施例提供的具有气体吸附功能的TPU发泡材料的制备原料包括以下重量份的成分：
其中，二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯以质量比1:5得到的混合物，聚醚多元醇的数均分子量为5000，扩链剂为1,4-丁二醇和1,5-戊二醇的组合，催化剂为二辛酸二丁锡。
制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在40℃混合1.5小时，得到TPU预聚物。
(2)将白竹炭和扩链剂混合10min，加入步骤(1)得到的预聚物中，在120℃下以100r/min的搅拌速度搅拌2小时，得到混合物。
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，在160℃搅拌20s，得到混合物。
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合2小时，得到TPU发泡材料。
实施例3
本实施例提供的具有气体吸附功能的TPU发泡材料的制备原料包括以下重量份的成分：
其中，二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯以质量比1:4得到的混合物，聚醚多元醇的数均分子量为3000，扩链剂为乙二醇、乙二胺和1,3-丙二醇的组合，催化剂为月硅酸二丁锡。
制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在60℃混合0.5小时，得到TPU预聚物。
(2)将白竹炭和扩链剂混合15min，加入步骤(1)得到的预聚物中，在100℃下以200r/min的搅拌速度搅拌1小时，得到混合物。
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，在140℃搅拌22s，得到混合物。
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合1小时，得到TPU发泡材料。
实施例4
本实施例提供的具有气体吸附功能的TPU发泡材料的制备原料包括以下重量份的成分：
其中，二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯以质量比1:3得到的混合物，聚醚多元醇的数均分子量为4000，扩链剂为1,3-丙二醇，催化剂为辛酸亚锡。
制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在45℃混合1.2小时，得到TPU预聚物。
(2)将白竹炭和扩链剂混合12min，加入步骤(1)得到的预聚物中，在105℃下以175r/min的搅拌速度搅拌1.2小时，得到混合物。
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，在155℃搅拌24s，得到混合物。
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合1.2小时，得到TPU发泡材料。
实施例5
本实施例提供的具有气体吸附功能的TPU发泡材料的制备原料包括以下重量份的成分：
其中，二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯以质量比1:3得到的混合物，聚醚多元醇的数均分子量为4000，扩链剂为乙二醇，催化剂为月硅酸二丁锡。
制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在55℃混合0.7小时，得到TPU预聚物。
(2)将白竹炭和扩链剂混合17min，加入步骤(1)得到的预聚物中，在115℃下以125r/min的搅拌速度搅拌1.7小时，得到混合物。
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，在145℃搅拌23s，得到混合物.
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合1.7小时，得到TPU发泡材料。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，本对比例添加的白竹炭的添加量为1重量份。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，本对比例添加的白竹炭的添加量为30重量份。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，本对比例不添加氧化烯烃-硅氧烷共聚物。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，本对比例添加的催化剂的添加量为0.1重量份。
对比例5
与实施例1的区别仅在于，本对比例制备TPU发泡材料的制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯、催化剂和扩链剂在50℃混合1小时，得到TPU材料。
(2)将白竹炭加入步骤(1)得到的TPU材料中，在110℃下以150r/min的搅拌速度搅拌1.5小时。
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，在150℃搅拌15s，得到混合物。
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合1.5小时，得到TPU发泡材料。
对比例6
与实施例1的区别仅在于，本对比例制备TPU发泡材料的制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在50℃混合1小时，得到TPU预聚物。
(2)将白竹炭和扩链剂混合20min，加入步骤(1)得到的预聚物中，在110℃下以150r/min的搅拌速度搅拌1.5小时，得到混合物。
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼和氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(2)得到的混合物中，在150℃搅拌1.5小时，得到TPU发泡材料。
对比例7
与实施例1的区别仅在于，本对比例制备TPU发泡材料的制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在50℃混合1小时，得到TPU预聚物。
(2)将白竹炭和扩链剂混合20min，加入步骤(1)得到的预聚物中，在110℃下以150r/min的搅拌速度搅拌1.5小时，得到混合物。
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，在150℃搅拌40s，得到混合物。
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合1.5小时，得到TPU发泡材料。
对比例8
与实施例1的区别仅在于，本对比例制备TPU发泡材料的制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在50℃混合1小时，得到TPU预聚物。
(2)将白竹炭和扩链剂混合20min，加入步骤(1)得到的预聚物中，在110℃下以150r/min的搅拌速度搅拌1.5小时，得到混合物。
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，在150℃搅拌10s，得到混合物。
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合1.5小时，得到TPU发泡材料。
对实施例1-5和对比例1-8提供的TPU发泡材料进行性能表征，结果见表1：
其中，甲醛吸收率为将TPU发泡材料放入密闭空间前后，测试密闭空间的甲醛浓度，进行计算得到的TPU发泡材料对甲醛的吸收率。
表1
由表中数据可知，本发明提供的TPU发泡材料具有气体吸附功能，并且本发明提供TPU发泡材料的综合性能最优，由实施例1和对比例1-2的对比可知，在本发明中，白竹炭的添加量过大或过小均会影响TPU发泡材料的性能；由实施例1和对比例3的对比可知，当不添加开孔剂氧化烯烃-硅氧烷共聚物时，虽然可以得到TPU发泡材料，但是TPU发泡材料的开孔不均匀，力学强度较差；由实施例1和对比例4的对比可知，当催化剂的添加量过低时，由于催化剂可以降低4,4'-氧代双苯磺酰肼的反应温度，催化剂的添加量会影响材料的发泡程度；由实施例1和对比例5-8的对比可知，虽然对比例5-8得到的TPU发泡材料仍然具有吸附气体的功能，但是不采用本发明提供的制备方法得到的TPU发泡材料性能较差。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的具有气体吸附功能的TPU发泡材料及其制备该方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种TPU发泡材料，其特征在于，所述TPU发泡材料的制备原料包括以下重量份的成分：
2.根据权利要求1所述的TPU发泡材料，其特征在于，所述二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯以质量比1:(2-5)得到的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的TPU发泡材料，其特征在于，所述聚醚多元醇的数均分子量为2000-5000。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的TPU发泡材料，其特征在于，所述扩链剂为乙二醇、乙二胺、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇或1,5-戊二醇中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述催化剂为辛酸亚锡、二辛酸二丁锡或月硅酸二丁锡中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的TPU发泡材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下所示：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂混合均匀，得到TPU预聚物；
(2)将白竹炭和扩链剂混合均匀后，加入步骤(1)得到的预聚物中，搅拌，得到混合物；
(3)将4,4’-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，搅拌20-25s，得到混合物；
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合均匀，得到所述TPU发泡材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的温度为40-60℃；
优选地，步骤(1)所述混合的时间为0.5-1.5小时。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合的时间为10-20min；
优选地，步骤(2)所述搅拌的速度为100-200r/min；
优选地，步骤(2)所述搅拌的温度为100-120℃；
优选地，步骤(2)所述搅拌的时间为1-2小时。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述搅拌的温度为120-140℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述混合的时间为1-2小时。
10.根据权利要求5-9中的任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂在40-60℃混合0.5-1.5小时，得到TPU预聚物；
(2)将白竹炭和扩链剂混合10-20min，加入步骤(1)得到的预聚物中，在100-120℃下以100-200r/min的搅拌速度搅拌1-2小时，得到混合物；
(3)将4,4'-氧代双苯磺酰肼加入步骤(2)得到的混合物中，在140-160℃搅拌10-20s，得到混合物；
(4)将氧化烯烃-硅氧烷共聚物加入步骤(3)得到的混合物中，混合1-2小时，得到所述TPU发泡材料。
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