CN109265640A - 一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫 - Google Patents

一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种泡沫材料，尤其涉及一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫。所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇20~30份、羟基氟硅油5~10份、异氰酸酯80~100份、硼钛镁晶须20~35份、聚磷酸铵10‑25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）有效的提高了聚氨酯泡沫的力学性能；（2）阻尼系数高，具有良好的减震缓冲效果；（3）具有超疏水性能，耐污渍能力强。

Description

一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫
技术领域
本发明涉及一种泡沫材料，尤其涉及一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫。
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，高阻尼系数以及具有良好的抗震能力的一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇20～30份、羟基氟硅油5～10份、异氰酸酯80～100份、硼钛镁晶须20～35份、聚磷酸铵10-25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：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇25～30份、羟基氟硅油5～8份、异氰酸酯85～90份、硼钛镁晶须26～30份、聚磷酸铵16-20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：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇28份、羟基氟硅油6份、异氰酸酯88份、硼钛镁晶须27份、聚磷酸铵18份、三乙烯二胺1.5份、水1份、二丁基二月桂酸锡0.12份。
本发明中的聚氨酯泡沫中的原料采用多种结构的多元醇，其中以聚乙二醇400作为基础材料，聚酯多元醇作为增强材料调节整体泡沫的力学性能，两者不同结构的多元醇经过复合能够有效的提高整聚氨酯泡沫的阻尼效果，从而有效提高其抗震效果。而羟基氟硅油的加入能够有效的降低整体泡沫的表面活性能，从而使得其更加不易沾染脏污，同时在其中加入硼钛镁晶须作为增强材料，能够有效的提高本发明的力学性能，在其发泡之后，其阻尼效果能够大大的提高，从而提升其抗震效果。
作为优选，所述的聚酯多元醇为芳香族多元醇，其相对分子量范围为2500～25000g/mol。
本发明中的聚酯多元醇为芳香族多元醇其结构中具有刚性的芳香基团，其能够有效的提高泡沫的力学性能，同时将其分子量设定在2500～25000g/mol之间能够有效的在保证力学性能的前提下减小其粘度，从而降低其加工难度。
作为优选，所述的羟基氟硅油的粘度为250～750MPa·S，折光率为1.39～1.42。
作为优选，所述的羟基氟硅油氟含量为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，所述的硼钛镁晶须的制备方法如下：
(1)前驱体制备：按照重量份数计向反应釜中加入氯化镁10份、硼酸10～20份、水5份以及聚乙烯吡咯烷酮0.5～2份搅拌均匀打成浆料后，向其中滴加四氯化钛3～10份，搅拌反应1～3小时后，干燥成块状前驱体；
(2)高温烧结：将步骤(1)中得到的前驱体中加入1～3份的氯化钾，然后升高温度至650℃，高温固相反应4～8小时后，以2～5℃/min的速率逐步升高温度至900℃，保温3～5小时，得到硼钛镁晶块；
(3)分离：将步骤(2)中的硼钛镁晶块在超声的作用下，使用热水进行洗涤分离1.5～5小时后，过滤得到硼钛镁晶须。
本发明中的硼钛镁晶须由于其尺寸较小，能够有效的随有机硅泡沫起到增强作用。同时，本发明中的硼钛镁晶须的合成步骤较为简单，有利于实际大规模生产。
作为优选，所述的硼钛镁晶须的长度为25～40μm，直径为1～3μm。
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)有效的提高了聚氨酯泡沫的力学性能；
(2)阻尼系数高，具有良好的减震缓冲效果；
(3)具有超疏水性能，耐污渍能力强。
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
一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇20份、羟基氟硅油5份、二亚甲基苯二异氰酸酯80份、硼钛镁晶须20、聚磷酸铵10份、三乙烯二胺1份、水0.5份、二丁基二月桂酸锡0.05份，其中所述的聚酯多元醇为芳香族多元醇，其相对分子量范围为2500g/mol，所述的羟基氟硅油的粘度为250MPa·S，折光率为1.39，氟含量为5％。
所述的硼钛镁晶须的制备方法如下：
(1)前驱体制备：按照重量份数计向反应釜中加入氯化镁10份、硼酸10份、水5份以及聚乙烯吡咯烷酮0.5份搅拌均匀打成浆料后，向其中滴加四氯化钛3份，搅拌反应1小时后，干燥成块状前驱体；
(2)高温烧结：将步骤(1)中得到的前驱体中加入1份的氯化钾，然后升高温度至650℃，高温固相反应4小时后，以2℃/min的速率逐步升高温度至900℃，保温3小时，得到硼钛镁晶块；
(3)分离：将步骤(2)中的硼钛镁晶块在超声的作用下，使用热水进行洗涤分离1.5小时后，过滤得到长度为25μm，直径为1μm的硼钛镁晶须。
实施例2
一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇30份、羟基氟硅油10份、1,4-环己烷二异氰酸酯100份、硼钛镁晶须35份、聚磷酸铵25份、三乙烯二胺3份、水3份、二丁基二月桂酸锡0.25份，其中所述的聚酯多元醇为芳香族多元醇，其相对分子量范围为25000g/mol，所述的羟基氟硅油的粘度为750MPa·S，折光率为1.42，氟含量为35％。
所述的硼钛镁晶须的制备方法如下：
(1)前驱体制备：按照重量份数计向反应釜中加入氯化镁10份、硼酸20份、水5份以及聚乙烯吡咯烷酮2份搅拌均匀打成浆料后，向其中滴加四氯化钛10份，搅拌反应3小时后，干燥成块状前驱体；
(2)高温烧结：将步骤(1)中得到的前驱体中加入3份的氯化钾，然后升高温度至650℃，高温固相反应8小时后，以5℃/min的速率逐步升高温度至900℃，保温5小时，得到硼钛镁晶块；
(3)分离：将步骤(2)中的硼钛镁晶块在超声的作用下，使用热水进行洗涤分离5小时后，过滤得到长度为40μm，直径为3μm的硼钛镁晶须。
实施例3
一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇25份、羟基氟硅油5份、甲基-2,4-二异氰酸酯85份、硼钛镁晶须26份、聚磷酸铵16份、三乙烯二胺1份、水0.5份、二丁基二月桂酸锡0.05份，其中所述的聚酯多元醇为芳香族多元醇，其相对分子量范围为15000g/mol，所述的羟基氟硅油的粘度为550MPa·S，折光率为1.40，氟含量为25％。
所述的硼钛镁晶须的制备方法如下：
(1)前驱体制备：按照重量份数计向反应釜中加入氯化镁10份、硼酸15份、水5份以及聚乙烯吡咯烷酮1份搅拌均匀打成浆料后，向其中滴加四氯化钛8份，搅拌反应2小时后，干燥成块状前驱体；
(2)高温烧结：将步骤(1)中得到的前驱体中加入2份的氯化钾，然后升高温度至650℃，高温固相反应5小时后，以4℃/min的速率逐步升高温度至900℃，保温4小时，得到硼钛镁晶块；
(3)分离：将步骤(2)中的硼钛镁晶块在超声的作用下，使用热水进行洗涤分离3小时后，过滤得到长度为30μm，直径为2μm的硼钛镁晶须。
实施例4
一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇30份、羟基氟硅油8份、甲基-2,4-二异氰酸酯90份、硼钛镁晶须30份、聚磷酸铵20份、三乙烯二胺2.5份、水2份、二丁基二月桂酸锡0.15份，其中所述的聚酯多元醇为芳香族多元醇，其相对分子量范围为8500g/mol，所述的羟基氟硅油的粘度为700MPa·S，折光率为1.41，氟含量为30％。
所述的硼钛镁晶须的制备方法如下：
(1)前驱体制备：按照重量份数计向反应釜中加入氯化镁10份、硼酸18份、水5份以及聚乙烯吡咯烷酮1份搅拌均匀打成浆料后，向其中滴加四氯化钛5份，搅拌反应2小时后，干燥成块状前驱体；
(2)高温烧结：将步骤(1)中得到的前驱体中加入1～3份的氯化钾，然后升高温度至650℃，高温固相反应6小时后，以4℃/min的速率逐步升高温度至900℃，保温4小时，得到硼钛镁晶块；
(3)分离：将步骤(2)中的硼钛镁晶块在超声的作用下，使用热水进行洗涤分离4小时后，过滤得到长度为35μm，直径为1.5μm的硼钛镁晶须。
实施例5
一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，所述的聚氨酯泡沫按照重量份数计包括以下组分：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇28份、羟基氟硅油6份、二苯基甲烷二异氰酸酯88份、硼钛镁晶须27份、聚磷酸铵18份、三乙烯二胺1.5份、水1份、二丁基二月桂酸锡0.12份，其中所述的聚酯多元醇为芳香族多元醇，其相对分子量范围为18000g/mol，所述的羟基氟硅油的粘度为600MPa·S，折光率为1.41，氟含量为15％。
所述的硼钛镁晶须的制备方法如下：
(1)前驱体制备：按照重量份数计向反应釜中加入氯化镁10份、硼酸16份、水5份以及聚乙烯吡咯烷酮1.5份搅拌均匀打成浆料后，向其中滴加四氯化钛8份，搅拌反应2.5小时后，干燥成块状前驱体；
(2)高温烧结：将步骤(1)中得到的前驱体中加入1～3份的氯化钾，然后升高温度至650℃，高温固相反应5小时后，以4℃/min的速率逐步升高温度至900℃，保温4小时，得到硼钛镁晶块；
(3)分离：将步骤(2)中的硼钛镁晶块在超声的作用下，使用热水进行洗涤分离3小时后，过滤得到长度为35μm，直径为3μm的硼钛镁晶须。
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)

1.一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，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：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇20~30份、羟基氟硅油5~10份、异氰酸酯80~100份、硼钛镁晶须20~35份、聚磷酸铵10-25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所述的一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，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：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇25~30份、羟基氟硅油5~8份、异氰酸酯85~90份、硼钛镁晶须26~30份、聚磷酸铵16-20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所述的一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，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：聚乙二醇400 50份、聚酯多元醇28份、羟基氟硅油6份、异氰酸酯88份、硼钛镁晶须27份、聚磷酸铵18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所述的一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的聚酯多元醇为芳香族多元醇，其相对分子量范围为2500~25000g/mol。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的羟基氟硅油的粘度为250~750MPa·S，折光率为1.39~1.42。
6.根据权利要5所述的一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的羟基氟硅油氟含量为5~35%。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的硼钛镁晶须的制备方法如下：
（1）前驱体制备：按照重量份数计向反应釜中加入氯化镁10份、硼酸10~20份、水5份以及聚乙烯吡咯烷酮0.5~2份搅拌均匀打成浆料后，向其中滴加四氯化钛3~10份，搅拌反应1~3小时后，干燥成块状前驱体；
（2）高温烧结：将步骤（1）中得到的前驱体中加入1~3份的氯化钾，然后升高温度至650℃，高温固相反应4~8小时后，以2~5℃/min的速率逐步升高温度至900℃，保温3~5小时，得到硼钛镁晶块；
（3）分离：将步骤（2）中的硼钛镁晶块在超声的作用下，使用热水进行洗涤分离1.5~5小时后，过滤得到硼钛镁晶须。
8.根据权利要求7所述的一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，其特征在于，所述的硼钛镁晶须的长度为25~40μm，直径为1~3μm。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种高阻尼高强度聚氨酯泡沫，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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