CN109021202A - 一种高强度聚氨酯泡沫 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泡沫材料，尤其涉及一种高强度聚氨酯泡沫。所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇75份、羟基氟硅油15~25份、异氰酸酯80~100份、氮化硼25~35份、聚磷酸铵5~15份、三乙烯二胺1~3份、水0.5~3份、二丁基二月桂酸锡0.05~0.25份。本发明具有以下有益效果：（1）力学强度优异；（2）耐热耐氧化阻燃效果好；（3）具有超疏水性能，不会沾染污渍。

Description

一种高强度聚氨酯泡沫
技术领域
本发明涉及一种泡沫材料，尤其涉及一种高强度聚氨酯泡沫。
背景技术
聚氨酯泡沫塑料，是异氰酸酯和羟基化合物经聚合发泡制成，按其硬度可分为软质和硬质两类，其中软质为主要品种。一般来说，它具有极佳的弹性、柔软性、伸长率和压缩强度；化学稳定性好，耐许多溶剂和油类；耐磨性优良，较天然海绵大20倍；还有优良的加工性、绝热性、粘合性等性能，是一种性能优良的缓冲材料。
据调查，我国聚氨酯泡沫塑料行业发展迅速，特别是在市场开发方面取得了长足进展。国内冷藏保温、建筑节能、太阳能行业、汽车、家具等产业的快速发展，极大拉动了聚氨酯泡沫塑料的需求，全球范围内聚氨酯泡沫塑料的发展重心也逐渐向中国转移。聚氨酯泡沫塑料已成为我国化工产业发展最快的行业之一。
2012年12月，公安部《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》简称65号文不再执行，聚氨酯保温材料得以‘正名’，作为冰箱冰柜、太阳能热水器、节能厂房、建筑外墙、冷库等的关键保温材料，聚氨酯泡沫保温市场迎来巨大发展空间。今年1月份，聚氨酯泡沫保温行业受利好政策鼓舞，实现了快速增长，产量同比增幅10％以上。
尽管如此，聚氨酯泡沫本身也存在一些不足，以开孔型聚氨酯泡沫为例，其虽具有较好的压缩应力弛豫性能，但力学性能较差。因此向其中加入一些可以增强其力学性能的填料能够有效的弥补其不足，同时增强其阻尼性能从而达到更好的抗震效果。
例如在中国专利文献上公布的一种聚氨酯泡沫，其申请公布号为CN 106432662A，该发明按照质量分数计包括以下组分：甲基丙烯酸15-20份，三乙醇胺10-15份，聚醚多元醇30-40份，异氰酸酯20-30份，抗氧化剂5-15份，十二烷基磺酸钠10-25份，泡沫稳定剂5-9份，硅油12-18份，二苯基甲烷二异氰酸酯3-8份。该发明降低了聚氨酯泡沫中挥发性有机物的量，成本低，工艺简单，环保无污染。但是该发明也存在其缺陷，例如该发明没有添加增强聚氨酯泡沫热稳定性的原料，因此其力学强度不佳，无法很好的提高其阻尼抗震性。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的泡沫材料的力学强度较低，其阻尼系数较低，抗震效果较差的缺陷，提供了一种能够有效的提高泡沫材料力学性能以及具有良好的抗震能力的一种高强度聚氨酯泡沫。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇75份、羟基氟硅油15～25份、异氰酸酯80～100份、氮化硼25～35份、聚磷酸铵5～15份、三乙烯二胺1～3份、水0.5～3份、二丁基二月桂酸锡0.05～0.25份。
作为优选，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇75份、羟基氟硅油16～20份、异氰酸酯85～90份、氮化硼26～30份、聚磷酸铵8～10份、三乙烯二胺1～2.5份、水0.5～2份、二丁基二月桂酸锡0.05～0.15份。
作为优选，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇75份、羟基氟硅油18份、异氰酸酯88份、氮化硼27份、聚磷酸铵9份、三乙烯二胺1.5份、水1份、二丁基二月桂酸锡0.12份。
本发明中的填料为氮化硼，氮化硼问世于100多年前，最早的应用是作为高温润滑剂的六方氮化硼[简称：h—BN，或a—BN，或g—BN(即石墨型氮化硼)]，h—BN不仅其结构而且其性能也与石墨极为相似，且自身洁白，所以俗称：白石墨。由于其与石墨相类似的具有多层结构，其表面积较大，因此其作为增强材料能够有效的增大与树脂的接触面积，从而能够有效的起到增强作用。同时氮化硼具有不可燃、耐高温阻燃的效果，因此，在加入了氮化硼作为补强材料后，整体的泡沫材料能够有效的提高其耐高温耐氧化阻燃性能。
作为优选，所述的聚四氢呋喃醚多元醇的相对分子量范围为2500～25000g/mol。
作为优选，所述的羟基氟硅油的粘度为250～750MPa·S，其氟含量为5～35％。
经过测试，当氟含量在这个数值范围内其与其他组分的相容性更加优异，同时也具有了也具有了含氟高分子低表面能超疏水的特性，使得在泡沫表面不会沾染污物，且在这个数值范围内的羟基氟硅油其成本相对于全氟硅油而言成本更为低廉。
作为优选，所述的氮化硼经过表面处理，其具体步骤如下：
(1)表面活化：按照重量份数计将氮化硼粉末100份置于高压反应釜中，然后向其中加入水25～35份、无水乙醇10份以及过氧乙酸1～5份，然后将高压反应釜升高温度至125～140℃，保持1～5小时后，降低至室温，干燥得到经过表面活化的氮化硼粉末；
(2)硅烷偶联剂改性：将步骤(1)中得到的氮化硼粉末中加入20份硅烷偶联剂溶于100份无水乙醇所得的溶液，搅拌反应30～120分钟后，过滤干燥得到硅烷偶联剂改性氮化硼；
(3)粉碎：将步骤(2)中得到的硅烷偶联剂改性氮化硼经过球磨，得到粒径为1～5μm的经过表面处理的氮化硼粉末。
由于氮化硼粉末表面的可反应基团较少，为增大其与树脂基材之间的相容性与粘结强度，需要对其进行表面改性，首先对其进行表面活化，经过活化后的氮化硼表面具有较多的羟基，这些羟基与硅烷偶联剂进行偶联反应，将偶联剂接枝到氮化硼表面，有效的增强了其与树脂基材之间的相容性与粘结强度。
作为优选，所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570或KH-580中的一种。
作为优选，所述的氮化硼为立方氮化硼。
作为优选，所述的异氰酸酯为二亚甲基苯二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、甲基-2,4-二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种。
因此，本发明具有以下有益效果：(1)力学强度优异；(2)耐热耐氧化阻燃效果好；(3)具有超疏水性能，不会沾染污渍。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作以进一步描述说明。
如果无特殊说明，本发明的实施例中说采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇75份、羟基氟硅油15份、二亚甲基苯二异氰酸酯80份、立方氮化硼25份、聚磷酸铵5份、三乙烯二胺1份、水0.5份、二丁基二月桂酸锡0.05份；其中所述的聚四氢呋喃醚多元醇的相对分子量范围为2500g/mol，所述的羟基氟硅油的粘度为250MPa·S，其氟含量为5％。
所述的氮化硼经过表面处理，其具体步骤如下：
(1)表面活化：按照重量份数计将氮化硼粉末100份置于高压反应釜中，然后向其中加入水25份、无水乙醇10份以及过氧乙酸1份，然后将高压反应釜升高温度至125℃，保持1小时后，降低至室温，干燥得到经过表面活化的氮化硼粉末；
(2)硅烷偶联剂改性：将步骤(1)中得到的氮化硼粉末中加入20份硅烷偶联剂KH-550溶于100份无水乙醇所得的溶液，搅拌反应30分钟后，过滤干燥得到硅烷偶联剂改性氮化硼；
(3)粉碎：将步骤(2)中得到的硅烷偶联剂改性氮化硼经过球磨，得到粒径为1μm的经过表面处理的氮化硼粉末。
实施例2
一种高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇75份、羟基氟硅油25份、1,4-环己烷二异氰酸酯100份、立方氮化硼35份、聚磷酸铵15份、三乙烯二胺3份、水3份、二丁基二月桂酸锡0.25份；其中所述的聚四氢呋喃醚多元醇的相对分子量范围为25000g/mol，所述的羟基氟硅油的粘度为750MPa·S，其氟含量为35％。
所述的氮化硼经过表面处理，其具体步骤如下：
(1)表面活化：按照重量份数计将氮化硼粉末100份置于高压反应釜中，然后向其中加入水35份、无水乙醇10份以及过氧乙酸5份，然后将高压反应釜升高温度至140℃，保持5小时后，降低至室温，干燥得到经过表面活化的氮化硼粉末；
(2)硅烷偶联剂改性：将步骤(1)中得到的氮化硼粉末中加入20份硅烷偶联剂KH-560溶于100份无水乙醇所得的溶液，搅拌反应120分钟后，过滤干燥得到硅烷偶联剂改性氮化硼；
(3)粉碎：将步骤(2)中得到的硅烷偶联剂改性氮化硼经过球磨，得到粒径为5μm的经过表面处理的氮化硼粉末。
实施例3
一种高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇75份、羟基氟硅油16份、甲基-2,4-二异氰酸酯85份、立方氮化硼26份、聚磷酸铵8份、三乙烯二胺15份、水0.5份、二丁基二月桂酸锡0.05份；其中所述的聚四氢呋喃醚多元醇的相对分子量范围为7500g/mol，所述的羟基氟硅油的粘度为550MPa·S，其氟含量为15％。
所述的氮化硼经过表面处理，其具体步骤如下：
(1)表面活化：按照重量份数计将氮化硼粉末100份置于高压反应釜中，然后向其中加入水28份、无水乙醇10份以及过氧乙酸2份，然后将高压反应釜升高温度至130℃，保持2小时后，降低至室温，干燥得到经过表面活化的氮化硼粉末；
(2)硅烷偶联剂改性：将步骤(1)中得到的氮化硼粉末中加入20份硅烷偶联剂KH-570溶于100份无水乙醇所得的溶液，搅拌反应45分钟后，过滤干燥得到硅烷偶联剂改性氮化硼；
(3)粉碎：将步骤(2)中得到的硅烷偶联剂改性氮化硼经过球磨，得到粒径为2μm的经过表面处理的氮化硼粉末。
实施例4
一种高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇75份、羟基氟硅油20份、二苯基甲烷二异氰酸酯90份、立方氮化硼30份、聚磷酸铵10份、三乙烯二胺2.5份、水2份、二丁基二月桂酸锡0.1份；其中所述的聚四氢呋喃醚多元醇的相对分子量范围为15000g/mol，所述的羟基氟硅油的粘度为450MPa·S，其氟含量为25％。
所述的氮化硼经过表面处理，其具体步骤如下：
(1)表面活化：按照重量份数计将氮化硼粉末100份置于高压反应釜中，然后向其中加入水30份、无水乙醇10份以及过氧乙酸4份，然后将高压反应釜升高温度至138℃，保持3小时后，降低至室温，干燥得到经过表面活化的氮化硼粉末；
(2)硅烷偶联剂改性：将步骤(1)中得到的氮化硼粉末中加入20份硅烷偶联剂KH-580溶于100份无水乙醇所得的溶液，搅拌反应100分钟后，过滤干燥得到硅烷偶联剂改性氮化硼；
(3)粉碎：将步骤(2)中得到的硅烷偶联剂改性氮化硼经过球磨，得到粒径为3μm的经过表面处理的氮化硼粉末。
实施例5
一种高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇75份、羟基氟硅油18份、1,4-环己烷二异氰酸酯88份、立方氮化硼27份、聚磷酸铵9份、三乙烯二胺1.5份、水1份、二丁基二月桂酸锡0.12份；其中所述的聚四氢呋喃醚多元醇的相对分子量范围为20000g/mol，所述的羟基氟硅油的粘度为300MPa·S，其氟含量为30％。
所述的氮化硼经过表面处理，其具体步骤如下：
(1)表面活化：按照重量份数计将氮化硼粉末100份置于高压反应釜中，然后向其中加入水28份、无水乙醇10份以及过氧乙酸4份，然后将高压反应釜升高温度至135℃，保持2.5小时后，降低至室温，干燥得到经过表面活化的氮化硼粉末；
(2)硅烷偶联剂改性：将步骤(1)中得到的氮化硼粉末中加入20份硅烷偶联剂KH-550溶于100份无水乙醇所得的溶液，搅拌反应90分钟后，过滤干燥得到硅烷偶联剂改性氮化硼；
(3)粉碎：将步骤(2)中得到的硅烷偶联剂改性氮化硼经过球磨，得到粒径为3μm的经过表面处理的氮化硼粉末。
将实施例1～5按照如下标准进行测试：
1.密度：根据GB/T6343-1995测定；
2.压缩强度：根据GB/T8813-2008/IS0844：2004测定；
3.导热系数：根据GB/T3399-1982测定；
4.动态力学特性(玻璃化转变温度和组尼因子峰值)：将泡沫材料制备成18×15×10mm长方体试样，将表面用细砂纸轻轻的锉平。用动态机械分析仪(DMA；美国TA公司生产，型号Q800)对待测样品进行测定；实验过程中选用压缩夹具，控制软件中选择多频应变模式，应变根据材料的不同设定不同的数值，以保证泡沫材料的变形是在线性粘弹区，频率采用1Hz，预载力为0.1N温度由室温扫描到120℃～160℃，升温速率为3℃/min，样品在室温下平衡3min进行热与机械的平衡。
其测试结果如下表
表1
从测试结果可知，本发明中得到的聚氨酯泡沫具有较低的密度，较高的压缩强度以及较低的导热系数，此外其阻尼系数较高，具有良好的抗震效果。

Claims (9)

1. 一种高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇 75份、羟基氟硅油15~25份、异氰酸酯80~100份、氮化硼25~35份、聚磷酸铵5~15份、三乙烯二胺1~3份、水0.5~3份、二丁基二月桂酸锡0.05~0.25份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇 75份、羟基氟硅油16~20份、异氰酸酯85~90份、氮化硼26~30份、聚磷酸铵8~10份、三乙烯二胺1~2.5份、水0.5~2份、二丁基二月桂酸锡0.05~0.15份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚四氢呋喃醚多元醇 75份、羟基氟硅油18份、异氰酸酯88份、氮化硼27份、聚磷酸铵9份、三乙烯二胺1.5份、水1份、二丁基二月桂酸锡0.12份。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的聚四氢呋喃醚多元醇的相对分子量范围为2500~25000g/mol。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的羟基氟硅油的粘度为250~750MPa•S，其氟含量为5~35%。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的氮化硼经过表面处理，其具体步骤如下：
（1）表面活化：按照重量份数计将氮化硼粉末100份置于高压反应釜中，然后向其中加入水25~35份、无水乙醇10份以及过氧乙酸1~5份，然后将高压反应釜升高温度至125~140℃，保持1~5小时后，降低至室温，干燥得到经过表面活化的氮化硼粉末；
（2）硅烷偶联剂改性：将步骤（1）中得到的氮化硼粉末中加入20份硅烷偶联剂溶于100份无水乙醇所得的溶液，搅拌反应30~120分钟后，过滤干燥得到硅烷偶联剂改性氮化硼；
（3）粉碎：将步骤（2）中得到的硅烷偶联剂改性氮化硼经过球磨，得到粒径为1~5μm的经过表面处理的氮化硼粉末。
7.根据权利要求6所述的一种高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570或KH-580中的一种。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的氮化硼为立方氮化硼。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的异氰酸酯为二亚甲基苯二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、甲基-2,4-二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种。
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