CN109517387B - 一种软质有机硅泡沫材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种软质有机硅泡沫材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软质有机硅泡沫材料及其制备方法和应用。所述的软质有机硅泡沫材料包括A组分和B组分，所述A组分与B组分的质量比为100：(20～40)；且，所述A组分具有如下组成及配比：高粘度羟基硅橡胶40～80质量份；低粘度羟基硅橡胶10～50质量份；含氢硅橡胶10～60质量份；含氢硅油1～30质量份；甲基硅油1～10质量份；伊利石粉5～30质量份；填充剂0.2～30质量份；所述B组分具有如下组成及配比：硅橡胶基体20～80质量份；铂催化剂0.05～0.5质量份。本发明所述的软质有机硅泡沫材料可替代聚氨酯泡沫材料作为交通工具的座椅和/或内饰件材料，可有效解决聚氨酯泡沫材料的危害问题。

Description

一种软质有机硅泡沫材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种软质有机硅泡沫材料及其制备方法和应用，属于泡沫材料技术领域。
背景技术
软质泡沫材料质量轻、柔软度好，具备缓冲、吸音、吸震、保温、过滤等功能，广泛应用于交通工具中。软质聚氨酯泡沫材料由于具有制造工艺简单、密度低、耐老化等优点，目前被广泛应用于交通工具(如：高铁、轻轨、汽车、飞机、军用车、公共大巴车、校车、轿车等)的座椅、内饰等部件，虽然大量软质聚氨酯泡沫材料的应用，对交通工具的轻量化、隔热、隔音、降噪和节能做出了巨大贡献，但是软质聚氨酯泡沫材料中的主要成分异氰酸酯毒性大，微量残留在泡沫内对车内乘客的健康有不容忽视的影响，尤其是其燃烧后产生大量NOx等气体，极易使人窒息，发生火灾时车内人员难以逃生，对人们的生命安全造成极其严重威胁为此，美国已禁止在轻轨等交通工具中使用聚氨酯泡沫材料，澳大利亚则将其列为高铁等交通工具中限制使用材料。
有机硅泡沫材料是有机硅橡胶和泡沫材料的结合体，是一种柔性、多孔弹性的新型高性能功能材料，既具有机硅橡胶的高耐热、耐寒、耐臭氧和耐紫外福射、阻燃、耐腐蚀等性能，又具有泡沫材料的质量轻、比强度高、隔热性、阻尼性能好等特点。随着我国创新能力的逐渐提升，硅橡胶及有机硅原材料的国产化，有机硅泡沫材料成本的降低，低烟、阻燃、环保型有机硅泡沫材料逐渐成为泡沫材料的研究热点。
目前的有机硅泡沫材料相较于聚氨酯泡沫材料，虽然具有低烟、环保的优点，但是相较于聚氨酯泡沫材料的常温发泡制造而言，有机硅泡沫材料通常需要高温发泡或处理，生产成本较高，例如：专利“CN201510016607.3-一种聚酞亚胺与有机硅复合泡沫材料的制备方法”中的有机硅泡沫材料制备过程中需要在170～195℃的电热鼓风干燥中进行发泡，发泡结束后需要在240～300℃下高温固化；专利“CN201710744298.0-一种液体硅树脂泡沫材料及其制备方法”中虽然可以常温发泡，但是其制备过程中，泡沫材料中的A、B组分混合后需要100～250℃下进行高温热处理1～6小时；专利“CN201710985920.7-一种耐热有机硅泡沫材料及其制备方法”中需要在170～175℃下常温高温发泡，发泡结束后95～200℃内梯度保温处理。
另外，对于用于交通工具座椅及内饰件的泡沫材料而言，除了具备优异的发泡性能外，还需具备优异的低烟、阻燃、环保性能，尤其是还需要具备较低的粘度以实现较好的流动性，较高的强度(拉伸强度、撕裂强度)以满足使用需求。因此，需要对目前的有机硅泡沫材料的性能进行改进，以满足作为交通工具座椅及内饰件制备材料的使用需求。
伊利石是一种常见的硅酸盐矿物，因最早发现于美国的伊利诺斯州而得名，其理论化学成分为：K0.75A12(A1Si3O10)(OH)2。伊利石矿物发现于20世纪30年代，其勘察和开发利用约始于70年代，是一种综合性能优异、价格相对低廉的粉体材料。目前伊利石主要应用于造纸、陶瓷、涂料、化妆品、环保等行业。目前伊利石在有机高分子材料方面的应用，主要是作为塑料橡胶填充补强剂，例如：专利“CN201610980225.7伊利石粉体补强剂、其制备方法及包含该补强剂的橡胶”中以伊利石粉部分或全部替代炭黑、白炭黑等常用补强剂在橡胶中使用；专利“CN201410745358.7-一种伊利石增强聚氯乙烯复合材料的制备方法”中以伊利石粉作为填料在PVC中使用。目前还没有利用伊利石粉制备可作为交通工具的座椅及内饰件材料的软质有机硅泡沫材料的相关报道。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种软质有机硅泡沫材料及其制备方法和应用。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种软质有机硅泡沫材料，包括A组分和B组分，所述A组分与B组分的质量比为100：(20～40)；且，
所述A组分具有如下组成及配比：
Figure GDA0003181438150000021
所述B组分具有如下组成及配比：
硅橡胶基体 20～80质量份；
铂催化剂 0.05～0.5质量份。
作为优选方案，A组分中，高粘度羟基硅橡胶的黏度为8000～200000mPa·s。所述高粘度羟基硅橡胶采用市售商品即可，例如：东莞市天桉硅胶科技有限公司生产的TNOF系列羟基硅油(例如：TNOF-20M、TNOF-50M、TNOF-80M等)；济南兴飞隆化工有限公司生产的羟基硅油；济宁市贝诺克生物科技有限公司生产的羟基硅油(羟基硅橡胶)。
作为优选方案，A组分中，低粘度羟基硅橡胶的黏度为1000～7900mPa·s。所述低粘度羟基硅橡胶采用市售商品即可，例如：东莞市天桉硅胶科技有限公司生产的TNOF系列羟基硅油(例如：TNOF-1M、TNOF-1.5M等)；济南兴飞隆化工有限公司生产的羟基硅油；济宁市贝诺克生物科技有限公司生产的羟基硅油(羟基硅橡胶)。
作为优选方案，A组分中，含氢硅橡胶的黏度为600～8000mPa·s。所述含氢硅橡胶采用市售商品即可，例如：福山市顺德区兰鹰硅胶材料有限公司生产的含氢硅橡胶。
作为优选方案，A组分中，含氢硅油的氢含量为0.15～1.5％，黏度为50～1000mPa·s。所述含氢硅橡胶采用市售商品即可，例如：济南兴飞隆化工有限公司生产的含氢硅油202。
作为优选方案，A组分中，甲基硅油的黏度为50～500mPa·s。所述甲基硅油采用市售商品即可，例如：济南兴飞隆化工有限公司生产的甲基硅油；深圳市红叶杰科技有限公司生产的甲基硅油。
作为优选方案，A组分中，伊利石粉的粒度>2000目，例如：吉林省安图县伊利石粉。
作为优选方案，A组分中，填充剂选自玻纤粉(粒度>2000目)和长度为2～3mm的精细玻纤维(是通过切割玻纤棉得到)中的至少一种。
作为优选方案，B组分中，硅橡胶基体的黏度为600～80000mPa·s；所述硅橡胶基体采用市售的硅橡胶即可，例如：济南兴飞隆化工有限公司生产的室温硫化硅橡胶；蓝星有机硅(上海)有限公司生产的有机硅橡胶。
一种制备所述的软质有机硅泡沫材料的方法，包括如下步骤：
a)将配比量的高粘度硅橡胶、低粘度硅橡胶、含氢硅橡胶、含氢硅油、甲基硅油搅拌混合均匀；然后加入配比量的伊利石粉、填充剂，搅拌混合均匀，即得A组分；
b)将配比量的硅橡胶基体、铂催化剂搅拌混合均匀，即得B组分；
c)将A组分和B组分按照质量比100：(20～40)进行混合，于35～70℃下发泡，即得所述的软质有机硅泡沫材料。
作为优选方案，步骤a)中，搅拌速度为200～600转/分钟。
作为优选方案，步骤b)中，搅拌速度为200～600转/分钟。
作为一种实施方案，A组分和B组分通过喷枪混合或机械搅拌混合。
一种所述的软质有机硅泡沫材料的应用，是用于制备交通工具的座椅和/或内饰件。
作为一种实施方案，所述交通工具包括但不限于轨道交通列车(包括：高铁、轻轨、有轨电车等)、火车、汽车(包括军用车、公共大巴车、校车、轿车等)、飞机。
与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：
采用本发明所制备的软质有机硅泡沫材料的性能不仅符合且优于标准QCT850-2011关于《乘用车座椅用聚氨酯泡沫》的要求，可替代聚氨酯泡沫材料作为交通工具的座椅和/或内饰件材料，不仅可解决聚氨酯泡沫材料的危害问题，而且可拓宽伊利石和有机硅泡沫材料的应用范围；另外，本发明所述的软质有机硅泡沫材料在常温常压下即可发泡，制备工艺经济实用，制备过程简单，成本低廉，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现规模化生产，具有极强的实用价值。
附图说明
图1为对比例1所制备的对比有机硅泡沫材料的图片；
图2为实施例2所制备的软质有机硅泡沫材料的图片。
具体实施方式
下面结合实施例和对比例对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。
实施例1
a)将80质量份的高粘度羟基硅橡胶(济南兴飞隆，粘度为10000mPa·s)、20质量份的低粘度羟基硅橡胶(济南兴飞隆，粘度为3000mPa·s)、10质量份的含氢硅橡胶(福山市顺德区兰鹰硅胶，粘度为3000mPa·s)、12质量份的含氢硅油(济南兴飞隆，H含量0.1-0.6％，黏度为50mPa·s)、3质量份的甲基硅油(济南兴飞隆，二甲基硅油)搅拌混合均匀；然后加入5质量份的伊利石粉、20质量份的玻纤粉，搅拌混合均匀，即得A组分，测得A组分在25℃时的黏度为4360mPa·s；
b)将60质量份的硅橡胶(济南兴飞隆，黏度为4000mPa·s)、0.315质量份的铂催化剂搅拌混合均匀，即得B组分，测得B组分在25℃时的黏度为3420mPa·s；
c)将A组分和B组分分别泵入聚氨酯低压发泡机A与B储罐中，将A组分和B组分按照质量比100：30从储罐中泵出，通过喷枪高速混合(在喷枪中的混合时间设定为7s)，混合后的混料注入乘用车座椅模具(例如：汽车座椅模具，模具中均匀涂抹有脱模剂)中，于50℃保温发泡10分钟，即得采用本发明所述的软质有机硅泡沫材料制备的乘用车座椅。
实施例2
a)将68质量份的高粘度羟基硅橡胶(济南兴飞隆，粘度为10000mPa·s)、45质量份的低粘度羟基硅橡胶(济南兴飞隆，粘度为3000mPa·s)、14质量份的含氢硅橡胶(福山市顺德区兰鹰硅胶，粘度为3000mPa·s)、14质量份的含氢硅油(济南兴飞隆，H含量0.1-0.6％，黏度为50mPa·s)、3.4质量份的甲基硅油(济南兴飞隆，二甲基硅油)搅拌混合均匀；然后加入5.4质量份的伊利石粉、0.6质量份的长度为2～3mm的精细玻纤维(是通过切割玻纤棉得到)，搅拌混合均匀，即得A组分，测得A组分在25℃时的黏度为6470mPa˙s；
b)将50质量份的硅橡胶(济南兴飞隆，黏度为4000mPa·s)、0.1质量份的铂催化剂搅拌混合均匀，即得B组分，测得B组分在25℃时的黏度为3760mPa·s；
c)将A组分和B组分按照质量比100：30进行机械搅拌(搅拌速度为600～1000转/分钟)混合均匀，混合后的混料注入乘用车座椅模具(例如：汽车座椅模具，模具中均匀涂抹有脱模剂)中，于45℃保温发泡8分钟，即得采用本发明所述的软质有机硅泡沫材料制备的乘用车座椅。
对比例1
本对比例与实施例2的区别在于：组分A中采用5.4质量份的气相法白炭黑替代实施例2中的5.4质量份的伊利石粉，制得的对比A组分在25℃时的黏度为7910mPa·s，其余与实施例2操作相同，即得对比的有机硅泡沫材料。
按照标准QCT850-2011《乘用车座椅用聚氨酯泡沫》对实施例和对比例所制备的有机硅泡沫材料分别进行性能测定，测定结果如表1所示。
表1应用例和对比例所制备的有机硅泡沫材料的性能测试数据
Figure GDA0003181438150000051
Figure GDA0003181438150000061
由表1可见：本发明提供的有机硅泡沫材料具有优良的力学性能(拉伸强度、撕裂强度、硬度、变形性、回弹性等)、耐老化性能(干热老化、湿热老化等)、抑烟、吸热和阻燃性能，安全环保，各方面物理性能均符合甚至优于QCT850-2011《乘用车座椅用聚氨酯泡沫》的相关要求，可替代聚氨酯泡沫材料用于制备交通工具的座椅和/或内饰件，属于软质有机硅泡沫材料。
对实施例2和对比例1所制备的有机硅泡沫材料的发泡性进行考察，考察结果如图1和图2所示。图1为对比例1所制备的对比有机硅泡沫材料的图片；图2为实施例2所制备的软质有机硅泡沫材料的图片；从图1和图2可见，本发明所制备的有机硅泡沫材料的发泡倍率显著优于对比有机硅泡沫材料的发泡倍率，说明本发明将伊利石粉填充于有机硅泡沫材料中，不仅可以替代传统的泡沫材料填充剂白炭黑的使用，降低了生产成本，避免了大量白炭黑使用而导致的环境污染和对人体健康的危害，更为安全环保，而且还可同时显著提高泡沫材料的发泡性能。另外，从表1中拉伸强度、撕裂强度可见，本发明所制备的有机硅泡沫材料具有高撕裂强度和拉伸强度，可有效满足制备交通工具的座椅和/或内饰件的软质有机硅泡沫材料的性能要求。
并且，结合实施例和表1还可见，本发明的有机硅泡沫材料无需大量添加阻燃、补强等辅助填充剂，即可具备优异的力学性能、耐老化性能，同时烟密度低、离火自熄、不产生有毒有害气体，低烟、阻燃、绿色环保，使用安全，兼顾了性能与成本，应用前景广阔。
综上所述，本发明提供的软质有机硅泡沫材料，不仅具有高撕裂强度和拉伸强度，而且成本低廉，力学性能、阻燃性能、耐老化性能、环保性能均十分优异，各方面物理性能均符合甚至优于QCT850-2011关于《乘用车座椅用聚氨酯泡沫》的相关要求，可替代聚氨酯泡沫材料用于制备交通工具的座椅和/或内饰件，应用前景广阔，具有显著性进步和出乎意料的效果；另外，本发明所述的软质有机硅泡沫材料可在常温常压下发泡，制备工艺经济实用，制备过程简单，成本低廉，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现规模化生产，具有极强的工业实用价值。
最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选实施例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于制备交通工具座椅的软质有机硅泡沫材料，其特征在于：包括A组分和B组分，所述A组分与B组分的质量比为100：(20～40)；且，
所述A组分具有如下组成及配比：
Figure FDA0003137526190000011
所述高粘度羟基硅橡胶是黏度为8000～200000mPa·s的羟基硅橡胶；
所述低粘度羟基硅橡胶是黏度为1000～7900mPa·s的羟基硅橡胶；
所述填充剂选自玻纤粉、长度为2～3mm的精细玻纤维中的至少一种；
所述B组分具有如下组成及配比：
硅橡胶基体 20～80质量份；
铂催化剂 0.05～0.5质量份。
2.根据权利要求1所述的软质有机硅泡沫材料，其特征在于：A组分中，含氢硅橡胶的黏度为600～8000mPa·s。
3.根据权利要求1所述的软质有机硅泡沫材料，其特征在于：A组分中，含氢硅油的氢含量为0.15～1.5％，黏度为50～1000mPa·s。
4.根据权利要求1所述的软质有机硅泡沫材料，其特征在于：A组分中，甲基硅油的黏度为50～500mPa·s。
5.根据权利要求1所述的软质有机硅泡沫材料，其特征在于：B组分中，硅橡胶基体的黏度为600～80000mPa·s。
6.一种制备权利要求1所述的用于制备交通工具座椅的软质有机硅泡沫材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)将配比量的高粘度硅橡胶、低粘度硅橡胶、含氢硅橡胶、含氢硅油、甲基硅油搅拌混合均匀；然后加入配比量的伊利石粉、填充剂，搅拌混合均匀，即得A组分；
b)将配比量的硅橡胶基体、铂催化剂搅拌混合均匀，即得B组分；
c)将A组分和B组分按照质量比100：(20～40)进行混合，将混合后的混料注入座椅模具内于35～70℃下发泡，即得所述的用于制备交通工具座椅的软质有机硅泡沫材料。
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