CN108623783A - 一种改性聚氨酯泡沫材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改性聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括：将聚醚多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、三乙醇胺、环氧树脂充分搅拌混合均匀后制得聚氨酯A料；将蛭石、异氰酸酯B料依次加入聚氨酯A料，通过反应，得到改性的聚氨酯；将改性的聚氨酯注入模具发泡，得到改性聚氨酯泡沫材料。本发明还提供了由上述方法制备的改性聚氨酯泡沫材料及其作为吸声、阻燃材料的应用。本发明将蛭石添加到环氧树脂改性的聚氨酯泡沫材料中制备出了阻燃性好、质轻、减震吸声的改性聚氨酯泡沫材料，其可广泛应用在汽车消音器、空调配件、高架道路、水下吸声材料等领域。

Description

一种改性聚氨酯泡沫材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种改性聚氨酯泡沫材料及其制备方法和应用。
背景技术
噪声污染，对现代人们生活的影响越来越大，越来越引起人们的重视，噪声污染已同空气污染、水污染一起，成为当代三大污染。降低噪声，提高人们的生活质量，提高军事装备的隐蔽性，具有极其重要的作用。吸声降噪材料是降低噪声的重要手段之一，因此降噪吸声材料的研究具有极其重要的意义。
聚氨酯泡沫材料是典型的多孔型声学材料，它综合了具有多孔材料吸声功能和柔性材料的阻尼吸声功能，具有较好的吸声、隔声性能。但是传统的聚氨酯泡沫多孔吸声材料未考虑阻燃性，以及通过阻燃原理消耗热量的途径。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于通过将蛭石对添加至环氧树脂改性的聚氨酯泡沫材料中，制造出一种具有阻燃性能的吸声材料。
根据本发明的一个方面，提供了一种改性聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括：将聚醚多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、三乙醇胺、环氧树脂充分搅拌混合均匀后制得聚氨酯A料；将蛭石、异氰酸酯B料依次加入所述聚氨酯A料中，通过反应，得到改性的聚氨酯；将所述改性的聚氨酯注入模具发泡，得到改性聚氨酯泡沫材料。
在上述制备方法中，按质量份数计，取80～120份聚醚多元醇、0.1～0.3份催化剂、2～6份发泡剂、0.5～1.5份泡沫稳定剂、1～3份三乙醇胺、40～60份环氧树脂充分搅拌混合均匀后，制得所述聚氨酯A料。
在上述制备方法中，按质量份数计，取100份聚醚多元醇、0.2份催化剂、4份发泡剂、1份泡沫稳定剂、2份三乙醇胺、50份环氧树脂充分搅拌混合均匀后，制得所述聚氨酯A料，其中，当环氧树脂与聚醚多元醇的质量比列为1:2时，材料的吸声、阻燃性能得到显著提高。
在上述制备方法中，所述催化剂包括：包括胺类催化剂和有机锡类催化剂的一种或多种的组合。
在上述制备方法中，所述催化剂包括：三乙醇胺、三乙烯二胺、二月桂酸二丁基锡的一种或多种的组合。
在上述制备方法中，所述发泡剂为水。
在上述制备方法中，所述泡沫稳定剂为硅油。
在上述制备方法中，所述蛭石是经过高速粉碎机粉碎，并且过筛的微米级或者纳级蛭石。
在上述制备方法中，按照质量份数计，所述蛭石占所述聚氨酯A料和所述异氰酸酯B料总量的10％～30％，并且所述异氰酸酯B的添加量为70-120份。
在上述制备方法中，按照质量份数计，所述蛭石占所述聚氨酯A料和所述异氰酸酯B料总量的20％，并且所述异氰酸酯B的添加量为100份。
在上述制备方法中，所述异氰酸酯B料为多苯基多异氰酸酯。
在上述制备方法中，将所述改性的聚氨酯注入模具发泡的步骤进一步包括：加入所述异氰酸酯B料后，待反应开始放热、粘度快速增加时，停止搅拌，并注入模具中在常温常压下发泡。
根据本发明的另一方面，还提供了一种由上述方法制备的改性聚氨酯泡沫材料。
根据本发明的又一方面，还提供了一种由上述方法制备的改性聚氨酯泡沫材料作为吸声、阻燃材料的应用。
聚氨酯泡沫材料综合了多孔材料吸声功能和柔性材料的阻尼吸声功能，具有较好的吸声、隔声性能。环氧树脂是一种高强度、高模量的热固性材料，存在韧性不足、容易开裂的缺点，在本发明中，通过将环氧树脂加入聚氨酯预聚体中，可以设计出综合两者优良特性的弹性体材料。蛭石，具有类似蒙脱土的层状硅酸盐结构，含有层间水，遇热时容易蒸发失去，不仅可以带走热量，还可以稀释可燃气体，起到阻燃、抑烟效果。通过将蛭石添加到环氧树脂改性的聚氨酯泡沫材料中，本发明提供的方法可以制备出阻燃性好、质轻、减震吸声的吸声体。当蛭石的添加量为20％，环氧树脂与聚醚多元醇的比列为1:2时，材料的吸声、阻燃性能得到显著提高。
发泡剂是使聚氨酯成孔的物质，当其用量超过一定含量，发泡反应速度较快，聚氨酯泡沫泡孔薄壁较软有塌陷现象。催化剂的用量直接影响多孔材料的发泡时间、乳白、凝胶等，当其用量超过一定范围，泡沫容易闭孔收缩，低于一定含量时泡沫容易开裂。环氧树脂是一种高强度、高模量的热固性材料，添加量不当会影响材料的力学性能。蛭石一方面作为填料补强材料，另一方面起到阻燃剂作用，作为填料，其含量将会影响材料的力学性能。因此，在本发明中发泡剂、催化剂以及硅石含量的选择对最终产品的性能有着至关重要的作用。
因此，本发明提供了一种阻燃性好、质轻、减震吸声的吸声体，其可广泛应用在汽车消音器、空调配件、高架道路、水下吸声材料等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明的实施例的制备改性聚氨酯泡沫材料的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的改性聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
如图1中的步骤S101所示，制备聚氨酯A料：按质量份数，取80～120份聚醚多元醇、0.1～0.3份催化剂、2～6份发泡剂、0.5～1.5份泡沫稳定剂、1～3份三乙醇胺、40～60份环氧树脂，优选地，取100份聚醚多元醇、0.2份催化剂、4份发泡剂、1份泡沫稳定剂、2份三乙醇胺、50份环氧树脂，在烧杯中充分搅拌混合均匀后制得聚氨酯A料，其中，催化剂为包括胺类催化剂和有机锡类催化剂的一种或多种的组合，优选地，催化剂为三乙醇胺、三乙烯二胺、二月桂酸二丁基锡的一种或多种的组合。发泡剂为水，泡沫稳定剂为硅油。
如图1中的步骤S102所示，向聚氨酯A料中加入蛭石和异氰酸酯B料：制备改性聚氨酯泡沫复合材料。采用高速粉碎机将蛭石打碎，并过筛，选取微米、纳米级尺寸的蛭石，按照质量份数计，蛭石占聚氨酯A料和所述异氰酸酯B料总量的10％～30％，优选20％，最后向其中加入异氰酸酯B料，按照质量份数计，所述异氰酸酯B的添加量为70-120份，优选地100份，待反应开始放热、粘度快速增加，立即停止搅拌。其中，异氰酸酯B料为多苯基多异氰酸酯。
如图1中的步骤S103所示，注入模具发泡：将改性的聚氨酯注入模具在常温常压下发泡，制得改性聚氨酯泡沫材料。
实施例1
按质量份数，取100份聚醚多元醇、0.2份有机锡催化剂、4份水、1份硅油、2份三乙醇胺、50份环氧树脂，在烧杯中充分混合均匀后制得聚氨酯A料。然后采用高速粉碎机将蛭石打碎，并过筛，选取微米、纳米级尺寸蛭石，称取占聚氨酯A料和异氰酸酯B料总量的20％的蛭石加入到聚氨酯A料中，最后取106份的多苯基多亚甲基异氰酸酯B料，迅速加入聚氨酯A料中，待反应开始放热、粘度快速增加，立即停止搅拌，并注入模具常温常压发泡。
实施例2
按质量份数，取80份聚醚多元醇、0.3份有机锡催化剂、2份水、0.5份硅油、1份三乙醇胺、40份环氧树脂，在烧杯中充分混合均匀后制得聚氨酯A料。然后采用高速粉碎机将蛭石打碎，并过筛，选取微米、纳米级尺寸蛭石，按照质量份数计算，称取占聚氨酯A料和异氰酸酯B料总量的30％的蛭石加入到聚氨酯A料中，最后取85份多苯基多亚甲基聚异氰酸酯B料，迅速加入聚氨酯A料，待反应开始放热、粘度快速增加，立即停止搅拌，并注入模具常温常压发泡。
实施例3
按质量份数，取120份聚醚多元醇、0.1份有机锡催化剂、6份水、1.5份硅油、3份三乙醇胺、60份环氧树脂，在烧杯中充分混合均匀后制得聚氨酯A料。然后采用高速粉碎机将蛭石打碎，并过筛，选取微米、纳米级尺寸蛭石，按照质量份数计算，称取占聚氨酯A料和异氰酸酯B料总量的10％的蛭石加入到聚氨酯A料中，最后取127份多苯基多亚甲基异氰酸酯B料，迅速加入聚氨酯A料，待反应开始放热、粘度快速增加，立即停止搅拌，并注入模具常温常压发泡。
实施例4
按质量份数，取100份聚醚多元醇、0.1份有机聚硅氧烷催化剂、3份水、1份硅油、2份三乙醇胺、45份环氧树脂，在烧杯中充分混合均匀后制得聚氨酯A料。然后采用高速粉碎机将蛭石打碎，并过筛，选取微米、纳米级尺寸蛭石，按照质量份数计算，称取占聚氨酯A料和异氰酸酯B料总量的25％的蛭石加入到聚氨酯A料中，最后取80份多苯基多亚甲基异氰酸酯B料，迅速加入聚氨酯A料，待反应开始放热、粘度快速增加，立即停止搅拌，并注入模具常温常压发泡。
实施例5
按质量份数，取100份聚醚多元醇、0.3份有机锡催化剂、5份水、1.5份硅油、1份三乙醇胺、55份环氧树脂，在烧杯中充分混合均匀后制得聚氨酯A料。然后采用高速粉碎机将蛭石打碎，并过筛，选取微米、纳米级尺寸蛭石，按照质量份数计算，称取占聚氨酯A料和异氰酸酯B料总量的15％的蛭石加入到聚氨酯A料中，最后取80份多苯基多亚甲基异氰酸酯B料，迅速加入聚氨酯A料，待反应开始放热、粘度快速增加，立即停止搅拌，并注入模具常温常压发泡。
吸声材料的吸声系数测试：采用驻波管测试通过上述实施例1-实施例5制备得到的吸声材料在125～2000Hz范围内的平均吸声系数可达0.5以上，且随着蛭石含量的增加，阻燃性能提高，吸声性能也有所提高。当蛭石含量为20％时，高频处最大吸声系数高达0.98，低频处200-500Hz处最大吸声系数大0.62，解决了多孔材料普遍中低频吸声效果差得缺点。
吸声材料的力学性能测试：采用万能试验机测试上述实施例1-实施例5制备得到的吸声材料的力学性能，实验结果如下：
实例 密度/(Kg/cm3) 压缩强度/(MPa)
1 50 1.3
2 53 1.6
3 48 1.2
4 51 1.4
5 46 1.2
通过上述实验结果可知，在本发明中，发泡剂、催化剂以及硅石含量的选择对最终产品的力学性能不会产生不良影响。
本发明提供的方法可以制备出阻燃性好、质轻、减震吸声的吸声体。当蛭石的添加量为20％，环氧树脂与聚醚多元醇的比列为1:2时，材料的吸声、阻燃性能得到显著提高。因此，本发明提供了一种阻燃性好、质轻、减震吸声的吸声体，其可广泛应用在汽车消音器、空调配件、高架道路、水下吸声材料等领域。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种改性聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括：
将聚醚多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、三乙醇胺、环氧树脂充分搅拌混合均匀后制得聚氨酯A料；
将蛭石、异氰酸酯B料依次加入所述聚氨酯A料，通过反应，得到改性的聚氨酯；
将所述改性的聚氨酯注入模具发泡，得到改性聚氨酯泡沫材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按质量份数，取80～120份聚醚多元醇、0.1～0.3份催化剂、2～6份发泡剂、0.5～1.5份泡沫稳定剂、1～3份三乙醇胺、40～60份环氧树脂充分搅拌混合均匀后制得所述聚氨酯A料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按质量份数，取100份聚醚多元醇、0.2份催化剂、4份发泡剂、1份泡沫稳定剂、2份三乙醇胺、50份环氧树脂充分搅拌混合均匀后制得所述聚氨酯A料。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括：包括胺类催化剂和有机锡类催化剂的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括：三乙醇胺、三乙烯二胺、二月桂酸二丁基锡中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为水。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫稳定剂为硅油。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蛭石是经过高速粉碎机粉碎，并且过筛的微米级或者纳米级蛭石。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照质量份数计，所述蛭石占所述聚氨酯A料和所述异氰酸酯B料总量的10％～30％，并且所述异氰酸酯B的添加量为70-120份。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照质量份数计，所述蛭石占所述聚氨酯A料和所述异氰酸酯B料总量的20％，并且所述异氰酸酯B的添加量为100份。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯B料多苯基多亚甲基异氰酸酯。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述改性的聚氨酯注入模具发泡的步骤进一步包括：加入所述异氰酸酯B料后，待反应开始放热、粘度快速增加时，停止搅拌，并注入模具中在常温常压下发泡。
13.一种根据权利要求1～12任一项所述的方法制备的改性聚氨酯泡沫材料。
14.一种根据权利要求1～12任一项所述的方法制备的改性聚氨酯泡沫材料作为吸声、阻燃材料的应用。
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