CN108250392A - 用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物 - Google Patents

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Abstract

一种用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物包含：含聚醚多元醇和聚合物多元醇的多元醇混合物，异氰酸酯化合物，由树脂催化剂和发泡催化剂组成的催化剂，发泡剂，扩链剂，以及表面活性剂。以多元醇混合物的总重量计，多元醇混合物中所含的聚合物多元醇以1重量％至70重量％的量存在。聚醚多元醇具有2至4的平均官能团数以及4000至8000的质均分子量。聚合物多元醇以20重量％至60重量％的包含重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈的固体聚合物接枝或分散在具有2至4的平均官能团数以及3000至6000的质均分子量的聚醚多元醇中。

Description

用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物
技术领域
本公开涉及一种用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物。
背景技术
不仅优良的燃料效率和驾驶性能，而且环境友好性和安静对于车辆也是很重要的。为了良好的安静，在车辆中使用各种吸音材料和隔音材料，在这些材料中，聚氨酯泡沫是最常用的。由于车辆各部件产生的噪声区域不同，所以使用具有适合于该部件的特性的聚氨酯泡沫，并且将柔性聚氨酯泡沫用在需要吸收高频噪声的仪表板、片材、地板等中。
同时，由于通过因进入孔的声波振动使声能转换成热能而产生吸音，大量的声波可以进入所述孔中，能够大量振动的结构具有吸音的优点。因此，聚氨酯泡沫的吸音受泡沫中开孔结构的影响。
当孔结构闭合时，孔的收缩会伴随着发泡泡沫的冷固化过程中的温度下降，因此由于具有闭孔结构的聚氨酯泡沫在制造模制泡沫时会引起诸如在该过程中收缩的缺陷，所以开孔结构是很重要的。
同时，由于冷固化发泡体形成具有闭合结构的孔，所以需要脱模之后的开孔化过程，亦即破碎。作为打开具有闭合结构的孔的方法，使用使发泡体在具有比发泡体更窄距离的圆形模具之间通过的破碎方法以及将真空应用于发泡体的破碎方法。
结果，由于脱模之后发泡体的破碎过程，生产率变差，并且为了防止由于收缩等引起的问题，需要研究用于制造在脱模之前具有开孔结构的发泡体的技术。
公开于该背景部分的上述信息仅仅旨在增加对本发明背景的理解，因此其可以包含不构成已为本国本领域技术人员所知的现有技术的信息。
发明内容
本公开涉及一种用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物。在具体实施方案中，本发明涉及一种用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物，其通过在使聚氨酯泡沫发泡时产生聚合物多元醇的开孔结构而具有改进的吸音性能。
本发明的实施方案能够解决与现有技术相关的上述问题。例如，实施方案旨在提供一种用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物，其能够通过在使聚氨酯泡沫发泡时产生聚合物多元醇的开孔结构来改进吸音性能。
在一方面，本发明提供一种用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物，其包含：含聚醚多元醇和聚合物多元醇的多元醇混合物，异氰酸酯化合物，由树脂催化剂和发泡催化剂组成的催化剂，发泡剂，扩链剂，以及表面活性剂。以多元醇混合物的总重量计，多元醇混合物中所含的聚合物多元醇以1重量％至70重量％的量存在。聚醚多元醇具有2至4的平均官能团数以及4000至8000的质均分子量。聚合物多元醇以20重量％至60重量％的由重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈组成的固体聚合物接枝或分散在具有2至4的平均官能团数以及3000至6000的质均分子量的聚醚多元醇中。
在优选的实施方案中，异氰酸酯化合物可以具有25％至45％的NCO基团含量以及0.7至1.2的指数。
在另一优选的实施方案中，聚氨酯泡沫组合物可以包含：0.5重量％至1.5重量％的树脂催化剂，0.1重量％至0.2重量％的发泡催化剂，2重量％至5重量％的发泡剂，0.01重量％至0.6重量％的扩链剂，以及0.5重量％至2重量％的表面活性剂。
还在另一优选的实施方案中，发泡剂可以是蒸馏水，扩链剂可以选自二乙醇胺、三乙醇胺、1,4-丁二醇和乙二胺，表面活性剂可以是硅表面活性剂。
在另一方面，本发明提供一种制备用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物的方法。该方法包括：使包含以下的原材料组合物发泡：含聚醚多元醇和聚合物多元醇的多元醇混合物，异氰酸酯化合物，含树脂催化剂和发泡催化剂的催化剂，发泡剂，扩链剂以及表面活性剂。以多元醇混合物的总重量计，多元醇混合物中所含的聚合物多元醇以1重量％至70重量％的量存在。聚醚多元醇具有2至4的平均官能团数以及4000至8000的质均分子量。聚合物多元醇以20重量％至60重量％的由重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈组成的固体聚合物接枝或分散在具有2至4的平均官能团数以及3000至6000的质均分子量的聚醚多元醇中。
根据本发明的用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物，当通过使用该组合物使聚氨酯泡沫发泡时，可以通过产生聚合物多元醇的开孔结构来改进吸音性能。
由于使用具有高粘度的聚合物多元醇，还能获得压缩强度增加的高弹性聚氨酯，并且可以通过省略现有技术中的破碎过程来简化工艺。
下面讨论本发明的其它方面和优选实施方案。
应当理解，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇和船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如本文中所指代的那样，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如具有汽油动力和电力动力两者的车辆。
下面讨论本发明的上述及其它特征。
附图说明
现在将参考附图中所示的某些示例性实施方案来详细描述本发明的上述及其它特征，下文仅以说明的方式给出这些附图，因此不限制本发明，并且其中：
图1为显示根据本发明的试验例1测量吸音性能的结果的图；
图2为显示根据本发明的试验例2测量吸音性能的结果的图；
图3为显示根据本发明的试验例2分析聚氨酯泡沫的孔型的结果的图；
图4为显示根据本发明的试验例3测量气流阻率的结果的图；以及
图5为显示根据本发明的试验例3测量压缩强度的结果的图。
应当了解，附图并不必须是按比例绘制的，其示出了某种程度上简化表示的说明本发明基本原理的各个优选特征。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、定位和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境所确定。
在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
现在在下文将具体参考本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的示例。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等同形式以及其它实施方案。
本发明可以具有各种修改和各种示例性实施方案，并且特定的示例性实施方案将在附图中示出并在具体实施方式中进行详细描述。然而，这并非将本发明限制为特定的示例性实施方案，并且应当理解，本发明覆盖包括在本发明的精神和技术范围内的所有修改、等同形式以及替代形式。在描述本发明中，当确定与本发明相关的公知技术的详细描述可能使本发明的要点不清楚时，将省略对其的详细描述。
本发明提供一种用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物，其包含由聚醚多元醇和聚合物多元醇组成的多元醇混合物、异氰酸酯化合物、由树脂催化剂和发泡催化剂组成的催化剂、发泡剂、扩链剂以及表面活性剂，其中以多元醇混合物的总重量计，多元醇混合物中所含的聚合物多元醇以1重量％至70重量％的量存在。聚醚多元醇具有2至4的平均官能团数以及4000至8000的质均分子量，并且聚合物多元醇以20重量％至60重量％的由重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈组成的固体聚合物接枝或分散在具有2至4的平均官能团数以及3000至6000的质均分子量的聚醚多元醇中。
在现有技术中，存在由于脱模之后发泡体的破碎过程而导致生产率变差的问题。因此，本发明人通过试验证实，当调节聚合物多元醇中的苯乙烯单体和丙烯腈的重量比时，聚合物多元醇产生开孔结构以改进吸音性能，从而完成本发明。
根据本发明的一个方面，用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物包含由聚醚多元醇和聚合物多元醇组成的多元醇混合物、异氰酸酯化合物、由树脂催化剂和发泡催化剂组成的催化剂、发泡剂、扩链剂以及表面活性剂，其中以多元醇混合物的总重量计，多元醇混合物中所含的聚合物多元醇以1重量％至70重量％的量存在，聚醚多元醇具有2至4的平均官能团数以及4000至8000的质均分子量，并且聚合物多元醇以20重量％至60重量％的由重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈组成的固体聚合物接枝或分散在具有2至4的平均官能团数以及3000至6000的质均分子量的聚醚多元醇中。
当聚氨酯泡沫吸音材料中的局部开孔率增加时，可以增加并引起声能与聚氨酯基质之间的碰撞，因此局部开孔在吸收性能方面是很重要的。
在上文中，聚合物多元醇是指由苯乙烯单体和丙烯腈制成的固体聚合物接枝或分散在聚醚多元醇中。
固体聚合物主要由乙烯基单体的自由基聚合产生，在这种情况中，所产生的自由基越不稳定，反应性越高，因此固体聚合物易于被充分接枝。然而，当自由基稳定时，反应性低，而固体聚合物变得不稳定。
由于丙烯腈形成不稳定的自由基，所以固体聚合物被充分接枝，但是当单独使用丙烯腈时，丙烯腈变色，因此将丙烯腈与苯乙烯单体混合使用。
以全部的多元醇混合物计，多元醇混合物中的聚合物多元醇含量可以为3重量％至70重量％。原因是当聚合物多元醇含量小于3重量％时，物理性能变化太低，而当聚合物多元醇含量大于70重量％时，粘度过高并因此难以搅拌。
聚醚多元醇可以使用通常使用的聚醚多元醇，但可以具有2至4的平均官能团数以及4000至8000的质均分子量。
聚合物多元醇以20重量％至60重量％的由重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈组成的固体聚合物接枝或分散在具有2至4的平均官能团数以及3000至6000的质均分子量的聚醚多元醇中。
根据本发明，由于因包含在苯乙烯单体中的苯结构增加而使硬链段增加，由于引发的微相分离程度的增加，局部开孔增加，从而引发高的吸音性能。
在上文中，微相分离是指聚氨酯基质可以主要分为软结构域和硬结构域，每个结构域都由软链段和硬链段构成，并且随着微相分离值增加，软结构域和硬结构域彼此分离，从而明显区分出局部相，结果是较软的部分和较硬的部分被暴露并且较软的部分被发泡反应中产生的二氧化碳撕裂或刺穿，因此局部开孔的比例相对增加。
在上文中，局部开孔是指开孔和闭孔的中间形式。当局部开孔的比例高时，能够在作为多孔材料的聚氨酯吸音材料中进行声能传送，并且与基质碰撞的可能性增加，从而确保高的吸音性能。
同时，根据本发明的一个方面，固体聚合物可以由重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈组成，原因是当仅加入苯乙烯单体而不加入丙烯腈时，会发生沉淀现象，从而会出现过程中的问题，而在重量比为9:1的情况中，可以使局部开孔的比例最佳，从而增加吸音。
在上文中，沉淀现象是以下现象：由于在不存在丙烯腈的情况下在自由基化的过程中因共振结构而导致固体聚合物稳定，所以反应性变差，因此链连接进行不良。
异氰酸酯没有特别限定，但可以使用单异氰酸酯、二异氰酸酯等，在本发明中可以使用二异氰酸酯。本发明中使用的二异氰酸酯可以使用选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、窃衣烯二异氰酸酯及其衍生物中的至少一种。
特别地，在本发明中，本发明的技术能够应用于NCO指数为0.7至1.2的异氰酸酯，可能的异氰酸酯可以包括各种通用的特定MDI产品，例如Cosmonate CG3701S(由KumhoMitsui Chemical制造)和KW5029/1C-B(BASF的产品)。
异氰酸酯化合物可以具有25％至45％的NCO基团含量以及0.7至1.2的指数。
同时，在本发明中，催化剂是指通常用作制备聚氨酯所用的催化剂的催化剂。
发泡剂可以使用水或环戊烷，表面活性剂用于防止在发泡体中形成孔时所产生的孔合并且破裂以及用于调节形成均匀的孔，发泡剂的种类没有特别限制，只要该发泡剂在本领域中使用即可，但就反应物的分散性而言，可以使用优良的硅表面活性剂。
扩链剂可以选自二乙醇胺、三乙醇胺、1,4-丁二醇和乙二胺，优选二乙醇胺。
在上文中，聚氨酯泡沫组合物可以包含0.5重量％至1.5重量％的树脂催化剂，0.1重量％至0.2重量％的发泡催化剂，2重量％至5重量％的发泡剂，0.01重量％至0.6重量％的扩链剂，以及0.5重量％至2重量％的表面活性剂。
原因是当扩链剂的含量小于0.01重量％时，交联度不足，而当扩链剂的含量大于0.6重量％时，存在闭孔增加的问题，并且当表面活性剂的含量小于0.5重量％时，孔的稳定性降低。
可以将着色剂、填料等选择性地添加到聚氨酯泡沫组合物中。
根据本发明的另一方面，一种制备用于吸音材料的聚氨酯泡沫的方法可以包括：使包含以下的原材料组合物发泡：由聚醚多元醇和聚合物多元醇组成的多元醇混合物，异氰酸酯化合物，由树脂催化剂和发泡催化剂组成的催化剂，发泡剂，扩链剂，以及表面活性剂，其中以多元醇混合物的总重量计，多元醇混合物中所含的聚合物多元醇以1重量％至70重量％的量存在，聚醚多元醇具有2至4的平均官能团数以及4000至8000的质均分子量，并且聚合物多元醇以20重量％至60重量％的由重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈组成的固体聚合物接枝或分散在具有2至4的平均官能团数以及3000至6000的质均分子量的聚醚多元醇中。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。然而，这些实施例只是为了举例说明本发明，并且应理解本发明的范围不限于这些实施例。
以下实施例说明本发明，而并非旨在限制本发明。
实施例1至6
通过下表1中所示的成分制备聚氨酯泡沫。
详细地，通过混合除异氰酸酯之外的所有成分来制得树脂混合物之后，搅拌异氰酸酯和树脂混合物。搅拌之后，将混合物注入到预热至60℃的模具中以使泡沫生长，从而制得聚氨酯泡沫。
表1
实施例7
除了包含在聚合物多元醇中的苯乙烯单体:丙烯腈的重量比为实施例4的成分的9:1之外，同实施例一样地制备聚氨酯泡沫。
比较例1至4
除了包含在聚合物多元醇中的苯乙烯单体:丙烯腈的重量比为实施例4的成分的1:9(比较例1)、3:7(比较例2)、5:5(比较例3)或7:3(比较例4)之外，同实施例一样地制备聚氨酯泡沫。
试验例1
将根据实施例1至6制得的聚氨酯泡沫加工成直径为10cm、高度为2cm的圆柱形状，测量吸音性能并在图1中示出。
如在图1中所示，可以看出，通过添加聚合物多元醇，高频区域的吸音性能整体得以改进。特别地，当比较2kHz频带的吸音性能时，可以看出，当加入60g聚合物多元醇时，吸音性能最好。原因是聚合物多元醇产生大量的开孔，因此声波往深处渗透并更加衰减。
试验例2
将根据实施例7和比较例1-4制得的聚氨酯泡沫加工成直径为10cm、高度为2cm的圆柱形状，测量吸音性能并在图2中示出。此外，聚氨酯泡沫的孔类型的分析结果示于图3中。
随着苯乙烯单体的含量增加，得自包含在苯乙烯中的苯结构特征的硬链段比例增加。结果是，聚氨酯基质中的硬结构域增加，并且微相分离程度增加，因此局部开孔的比例增加，如在图3的每种孔类型的比例结果所示。
同时，由苯乙烯单体含量增加引起的微相分离值增加，结果局部开孔的比例增加，从而提高聚氨酯吸音材料的吸音性能。如在图2中所示，可以看出，在重量比为9:1的情况中，局部开孔的比例最佳并且吸音增加。
试验例3
将根据实施例1至6制得的聚氨酯泡沫加工成直径为10cm、高度为2cm的圆柱形状，测量气流阻率和压缩强度并示于图4和图5中。
如在图4中所示，自聚合物多元醇的含量为100g以后，气流阻率迅速增加。原因是由于闭孔结构，开孔的比例降低，因此空气不能很好地流动。
如在图5中所示，可以看出，随着聚合物多元醇的含量增加，压缩强度增加。原因是通过加入聚合物多元醇而使得混合物的粘度增加。
已经参考本发明的优选实施方案详细描述了本发明。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施方案进行改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同形式来限定。

Claims (19)

1.一种聚氨酯泡沫组合物，其包含：
含聚醚多元醇和聚合物多元醇的多元醇混合物，异氰酸酯化合物，由树脂催化剂和发泡催化剂组成的催化剂，发泡剂，扩链剂，以及表面活性剂；
其中以多元醇混合物的总重量计，所述多元醇混合物中所含的聚合物多元醇以1重量％至70重量％的量存在；
其中所述聚醚多元醇具有2至4的平均官能团数以及4000至8000的质均分子量；以及
其中所述聚合物多元醇以20重量％至60重量％的包含重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈的固体聚合物接枝或分散在具有2至4的平均官能团数以及3000至6000的质均分子量的聚醚多元醇中。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫组合物，其中所述异氰酸酯化合物具有25％至45％的NCO基团含量以及0.7至1.2的指数。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫组合物，其中所述聚氨酯泡沫组合物包含：0.5重量％至1.5重量％的树脂催化剂，0.1重量％至0.2重量％的发泡催化剂，2重量％至5重量％的发泡剂，0.01重量％至0.6重量％的扩链剂，以及0.5重量％至2重量％的表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯泡沫组合物，其中所述发泡剂包括蒸馏水。
5.根据权利要求4所述的聚氨酯泡沫组合物，其中所述表面活性剂为硅表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的聚氨酯泡沫组合物，其中所述扩链剂选自二乙醇胺、三乙醇胺、1,4-丁二醇和乙二胺。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫组合物，其中所述发泡剂包括蒸馏水。
8.根据权利要求7所述的聚氨酯泡沫组合物，其中所述表面活性剂为硅表面活性剂。
9.根据权利要求7所述的聚氨酯泡沫组合物，其中所述扩链剂选自二乙醇胺、三乙醇胺、1,4-丁二醇和乙二胺。
10.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫组合物，其中所述扩链剂选自二乙醇胺、三乙醇胺、1,4-丁二醇和乙二胺。
11.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫组合物，其中所述表面活性剂为硅表面活性剂。
12.一种吸音材料，其包含权利要求1所述的聚氨酯泡沫组合物。
13.一种用于吸音材料的聚氨酯泡沫组合物，其包含：
由聚醚多元醇和聚合物多元醇组成的多元醇混合物，异氰酸酯化合物，由树脂催化剂和发泡催化剂组成的催化剂，发泡剂，扩链剂，以及表面活性剂；
其中以多元醇混合物的总重量计，所述多元醇混合物中所含的聚合物多元醇以1重量％至70重量％的量存在；
其中所述聚醚多元醇具有2至4的平均官能团数以及4000至8000的质均分子量；以及
其中所述聚合物多元醇以20重量％至60重量％的由重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈组成的固体聚合物接枝或分散在具有2至4的平均官能团数以及3000至6000的质均分子量的聚醚多元醇中。
14.一种制备用于吸音材料的聚氨酯泡沫的方法，所述方法包括：
使包含以下的原材料组合物发泡：含聚醚多元醇和聚合物多元醇的多元醇混合物，异氰酸酯化合物，含树脂催化剂和发泡催化剂的催化剂，发泡剂，扩链剂，以及表面活性剂；
其中以多元醇混合物的总重量计，所述多元醇混合物中所含的聚合物多元醇以1重量％至70重量％的量存在；
其中所述聚醚多元醇具有2至4的平均官能团数以及4000至8000的质均分子量；以及
其中所述聚合物多元醇以20重量％至60重量％的由重量比为9:1的苯乙烯单体和丙烯腈组成的固体聚合物接枝或分散在具有2至4的平均官能团数以及3000至6000的质均分子量的聚醚多元醇中。
15.根据权利要求14所述的制备用于吸音材料的聚氨酯泡沫的方法，其中所述异氰酸酯化合物具有25％至45％的NCO基团含量以及0.7至1.2的指数。
16.根据权利要求14所述的制备用于吸音材料的聚氨酯泡沫的方法，其中所述聚氨酯泡沫包含：0.5重量％至1.5重量％的树脂催化剂，0.1重量％至0.2重量％的发泡催化剂，2重量％至5重量％的发泡剂，0.01重量％至0.6重量％的扩链剂，以及0.5重量％至2重量％的表面活性剂。
17.根据权利要求14所述的制备用于吸音材料的聚氨酯泡沫的方法，其中所述发泡剂为蒸馏水。
18.根据权利要求14所述的制备用于吸音材料的聚氨酯泡沫的方法，其中所述扩链剂选自二乙醇胺、三乙醇胺、1,4-丁二醇和乙二胺。
19.根据权利要求14所述的制备用于吸音材料的聚氨酯泡沫的方法，其中所述表面活性剂为硅表面活性剂。
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