CN109777083A - 一种高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料及其制备方法。本发明利用聚氨酯泡沫边角料醇解得到的回收多元醇，在不加催化剂的情况下，合成环保、无卤阻燃、粘结性好的水性聚氨酯胶黏剂，使其与聚氨酯泡沫边角料制备吸音阻燃材料，本发明制备的吸音阻燃材料具有优异的阻燃、吸音性能，特别是经模压之后泡沫开孔率提高，吸音效果远优于原泡沫体。

Description

一种高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料及其制 备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯泡沫边角料再生利用，更具体地，它涉及一种高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯泡沫具有优良的化学稳定性、加工性、粘结性、耐溶剂性和物理机械性能等，其应用领域十分广泛，需求量不断增长，极大地推动了我国工业经济的发展。但伴随的问题是泡沫边角料不断堆积，不仅占用空间，而且污染环境。如何有效且环境友好地处理这些可利用资源，成为目前政府和企业关注并亟待解决的问题。

如果将泡沫边角料粘结加工再利用，选择一款合适的胶黏剂尤为重要。水性聚氨酯不含挥发性有机溶剂，不产生难闻刺鼻的化学气味；环氧树脂具有低廉的价格和优良的附着力。结合水性聚氨酯和环氧树脂二者的优点，经环氧基团改性后的水性聚氨酯胶黏剂或涂料具有低污染、高粘结的特点。

随着生产要求和生活水平的提高，具有吸音、阻燃性能优良的泡沫制品的需求量越来越大。在阻燃材料方面，含卤阻燃剂曾被广泛应用，但是含卤阻燃材料在遇到火灾时，生成大量有毒的腐蚀性卤化氢气体，危害人体健康，逐渐地含卤阻燃剂被无卤阻燃剂取代。另外，阻燃剂直接复配在水性聚氨酯体系中，会导致水性聚氨酯体系不稳定和阻燃剂难以分散，而设法将阻燃官能团引入到水性聚氨酯链段上，可以有效解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是解决以上提出的问题，充分利用聚氨酯泡沫边角料，提供一种高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料，所述阻燃吸音材料包括泡沫边角料和R-水性阻燃胶黏剂，所述的R-水性阻燃胶黏剂不含催化剂，其合成时反应活性由原料自身提供，其包括以下原料组分和占胶黏剂的总固含量的质量百分比：

回收多元醇 20％-35％；

扩链多元醇 10％-26％；

亲水扩链剂 5％-10％；

多异氰酸酯 17％-25％；

阻燃改性剂 6％-12％；

环氧改性剂 4％-7％；

成盐剂 0.6％-1％。

作为优化，所述的泡沫边角料和R-水性阻燃胶黏剂的质量比为1:2-2.8。

为了满足材料优良的阻燃特性和拉伸强度，泡沫边角料和R-水性阻燃胶黏剂的质量比设定为1:2-2.8。R-水性阻燃胶黏剂在合成时因向分子中合理地引入阻燃官能团和环氧官能团，使R-水性阻燃胶黏剂同时具备优良的阻燃性和粘结性。泡沫边角料在粉碎之后，过少的R-水性阻燃胶黏剂难以充分湿润碎泡，进而难以达到良好的粘结效果，降低再生材料的拉伸强度，同时材料的阻燃性能不佳，因此R-水性阻燃胶黏剂和泡沫边角料质量比不宜低于2:1；R-水性阻燃胶黏剂以水作为溶剂，使用过量的R-水性阻燃胶黏剂会导致材料中残留水份和胶黏剂没有达到完全固化，进而使材料的阻燃性和粘结性不佳，并且增加材料的克重，因此R-水性阻燃胶黏剂和泡沫边角料质量比不宜高于2.8:1。

作为优化，所述的泡沫边角料为密度12-60kg/m³的回弹型聚氨酯泡沫边角料。

本发明对泡沫边角料的模压工艺使再生材料具有良好的吸音性能，因此泡沫边角料需要具有回弹性满足模压工艺；为了满足实际应用中的混料工艺和产品克重需求，因此泡沫边角料的密度12-60kg/m³为宜。

作为优化，所述的阻燃改性剂为N,N-双(2-羟甲基)氨基乙基膦酸二甲酯或2,7-二(N,N-二甲胺基)-1,6,3,8,2,7-八氢二恶二唑二次膦酸中的一种或两种混合。

为了实现无卤阻燃，本发明引入的为非卤阻燃单体，使材料在遇火时不会产生大量的有毒烟气体；相比较阻燃剂和胶黏剂的复配使用，向分子中引入阻燃单体有效解决了阻燃剂和胶黏剂的相容性问题。

作为优化，所述的环氧改性剂为2,3-环氧-1-丙醇。为了胶黏剂具有优良的粘结性。

作为优化，所述的回收多元醇为聚氨酯泡沫边角料经醇解得到多羟基回收液，羟值为270-400mgKOH/g；

所述的扩链多元醇为具有高活性和吸附醛类、苯类作用的多元醇；

所述的亲水扩链剂为双羟甲基丁酸或双羟甲基丙酸中的一种；

所述的多异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯或环己烷二异氰酸酯中的一种或多种；

所述的成盐剂为三乙胺。

作为优化，所述的扩链多元醇为CHE-303N、CHK-350D、330H、360H、TMN-450或TEP3600中的一种或多种。

本发明还提供一种高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料的制备方法，具体制备方法包括以下步骤：

1)、利用泡沫破碎机将聚氨酯泡沫边角料粉碎成当量粒径0.5-1.5cm的碎块；

2)、将泡沫碎块和R-水性阻燃胶黏剂充分混合，然后把润湿均匀的泡沫碎块倒入模具内，维持温度110-250℃和压力8-15MPa，利用热压机热压5-15min成型，制备出模压件；

3)、模压件在105-200℃烘箱内烘烤30-50min，最终制备出阻燃吸音材料。

作为优化，所述的R-水性阻燃胶黏剂具体合成方法包括以下步骤：

1)、将回收多元醇、扩链多元醇、亲水扩链剂放置在真空干燥箱中，105-110℃下除水2-3小时；

2)、向反应釜中分别加入回收多元醇、扩链多元醇、亲水扩链剂和异氰酸酯，用丁酮稀释反应体系，在N2气氛保护和68-72℃条件下，以100-500r/min的转速搅拌反应1.5-2.5小时，合成末端为NCO的半预聚物；

3)、将温度升至88-92℃，向反应釜中加入阻燃改性剂进行NCO半封端反应，再向反应釜中加入环氧改性剂进行NCO全封端反应，半封端、全封端反应过程各搅拌2-3.5小时；

4)、降低温度至33-37℃，向反应釜中加入成盐剂，100-150r/min的转速搅拌12-15min；

5)、搅拌转速升至2000-3000r/min，向反应釜中加入去离子水，制备乳液，旋转蒸馏出乳液中的丁酮，制备出R-水性阻燃胶黏剂。

本发明的有益效果如下：

本发明利用聚氨酯泡沫边角料，提供了一种环境友好的方法再生阻燃吸音材料，既减少了空间占用，又提高了资源利用率。

本发明利用聚氨酯泡沫边角料醇解得到的回收多元醇，在不加催化剂的情况下，向分子链上引入阻燃官能团和环氧基团，合成环保、无卤阻燃、粘结性好的水性聚氨酯胶黏剂，解决了阻燃剂和水性聚氨酯的相容性问题，避免了含卤阻燃剂在遇火时产生大量有毒烟气体的问题。

本发明利用所合成水性阻燃胶黏剂和聚氨酯泡沫边角料制备出的产品具有优异的阻燃、吸音性能，特别是经模压之后泡沫开孔率提高，吸音效果远优于原泡沫体。

附图说明

图1：实施例2吸音阻燃材料样品和实施例2所用边角料原泡沫的吸音对比：1—样品2，2—实施例2边角料原泡沫，测试方法：GB/T 18696.1-2004。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行进一步详细说明：

实施例1

将回收多元醇、扩链多元醇、双羟甲基丙酸放置在真空干燥箱中，110℃下除水2小时。向反应釜中分别加入70g回收多元醇、34.8g扩链多元醇、10g双羟甲基丙酸和48.6g异佛尔酮二异氰酸酯，用丁酮稀释反应体系，在N2气氛保护和70℃条件下，以200r/min的转速搅拌反应2小时。将温度升至90℃，向反应釜中加入21.4g阻燃改性剂进行NCO半封端反应，再向反应釜中加入14g 2,3-环氧-1-丙醇进行NCO全封端反应。半封端、全封端过程各搅拌反应3小时。降低温度至35℃，向反应釜中加入1.2g三乙胺，100r/min的转速搅拌15min。搅拌转速升至2000r/min，向反应釜中加入去离子水，制备乳液。旋转蒸馏出乳液中的丁酮，制备出R-水性阻燃胶黏剂。

利用泡沫破碎机将12-18kg/m³密度的聚氨酯泡沫边角料粉碎成当量粒径0.5-1.5cm的碎块。将100g泡沫碎块和230g R-水性阻燃胶黏剂充分混合，然后把润湿均匀的泡沫碎块倒入模具内。在温度205℃和压力8MPa下，利用热压机热压5min成型，制备出模压件。模压件在130℃烘箱内烘烤30min，得到样品1。

实施例2

将回收多元醇、扩链多元醇、双羟甲基丙酸放置在真空干燥箱中，110℃下除水2小时。向反应釜中分别加入114.8g回收多元醇、94.5g扩链多元醇、33.2g双羟甲基丙酸和85.3g多苯基多亚甲基多异氰酸酯，用丁酮稀释反应体系，在N2气氛保护和70℃条件下，以300r/min的转速搅拌反应2小时。将温度升至90℃，向反应釜中加入44.5g阻燃改性剂进行NCO半封端反应，再向反应釜中加入24.8g 2,3-环氧-1-丙醇进行NCO全封端反应。半封端、全封端过程各搅拌反应3小时。降低温度至35℃，向反应釜中加入2.9g三乙胺，100r/min的转速搅拌15min。搅拌转速升至2200r/min，向反应釜中加入去离子水，制备乳液。旋转蒸馏出乳液中的丁酮，制备出R-水性阻燃胶黏剂。

利用泡沫破碎机将20-32kg/m³密度的聚氨酯泡沫边角料粉碎成当量粒径0.5-1.5cm的碎块。将155g泡沫碎块和380g R-水性阻燃胶黏剂充分混合，然后把润湿均匀的泡沫碎块倒入模具内。在温度205℃和压力10MPa下，利用热压机热压8min成型，制备出模压件。模压件在150℃烘箱内烘烤45min，得到样品2。

实施例3

将回收多元醇、扩链多元醇、双羟甲基丙酸放置在真空干燥箱中，110℃下除水2小时。向反应釜中分别加入92g回收多元醇、104g扩链多元醇、32.8g双羟甲基丙酸和100.2g多苯基多亚甲基多异氰酸酯，用丁酮稀释反应体系，在N2气氛保护和70℃条件下，以500r/min的转速搅拌反应2小时。将温度升至90℃，向反应釜中加入44g阻燃改性剂进行NCO半封端反应2.5小时，再向反应釜中加入23.6g 2,3-环氧-1-丙醇进行NCO全封端反应2小时。降低温度至35℃，向反应釜中加入3.4g三乙胺，100r/min的转速搅拌15min。搅拌转速升至2800r/min，向反应釜中加入去离子水，制备乳液。旋转蒸馏出乳液中的丁酮，制备出R-水性阻燃胶黏剂。

利用泡沫破碎机将49-55kg/m³密度的聚氨酯泡沫边角料粉碎成当量粒径0.5-1.5cm的碎块。将210g泡沫碎块和435g R-水性阻燃胶黏剂充分混合，然后把润湿均匀的泡沫碎块倒入模具内。在温度120℃和压力12MPa下，利用热压机热压10min成型，制备出模压件。模压件在200℃烘箱内烘烤50min，得到样品3。

实施例4

将回收多元醇、扩链多元醇、双羟甲基丙酸放置在真空干燥箱中，110℃下除水2小时。向反应釜中分别加入700g回收多元醇、367g扩链多元醇、161g双羟甲基丙酸和439g多苯基多亚甲基多异氰酸酯，用丁酮稀释反应体系，在N2气氛保护和70℃条件下，以500r/min的转速搅拌反应2小时。将温度升至90℃，向反应釜中加入198g阻燃改性剂进行NCO半封端反应3.5小时，再向反应釜中加入117g 2,3-环氧-1-丙醇进行NCO全封端反应3小时。降低温度至35℃，向反应釜中加入16g三乙胺，100r/min的转速搅拌15min。搅拌转速升至2000r/min，向反应釜中加入去离子水，制备乳液。旋转蒸馏出乳液中的丁酮，制备出R-水性阻燃胶黏剂。

利用泡沫破碎机将28-33kg/m³密度的聚氨酯泡沫边角料粉碎成当量粒径0.5-1.5cm的碎块。将1kg泡沫碎块和2.3kg R-水性阻燃胶黏剂充分混合，然后把润湿均匀的泡沫碎块倒入模具内。在温度230℃和压力15MPa下，利用热压机热压15min成型，制备出模压件。模压件在110℃烘箱内烘烤30min，得到样品4。

实施例5

将回收多元醇、扩链多元醇、双羟甲基丁酸放置在真空干燥箱中，110℃下除水2小时。向反应釜中分别加入406g回收多元醇、521g扩链多元醇、200g双羟甲基丁酸和483g异佛尔酮二异氰酸酯，用丁酮稀释反应体系，在N2气氛保护和70℃条件下，以300r/min的转速搅拌反应2小时。将温度升至90℃，向反应釜中加入236g阻燃改性剂进行NCO半封端反应3小时，再向反应釜中加入138g 2,3-环氧-1-丙醇进行NCO全封端反应3小时。降低温度至35℃，向反应釜中加入18g三乙胺，150r/min的转速搅拌15min。搅拌转速升至2500r/min，向反应釜中加入去离子水，制备乳液。旋转蒸馏出乳液中的丁酮，制备出R-水性阻燃胶黏剂。

利用泡沫破碎机将40-60kg/m³密度的聚氨酯泡沫边角料粉碎成当量粒径0.5-1.5cm的碎块。将1kg泡沫碎块和2kg R-水性阻燃胶黏剂充分混合，然后把润湿均匀的泡沫碎块倒入模具内。在温度200℃和压力12MPa下，利用热压机热压15min成型，制备出模压件。模压件在150℃烘箱内烘烤40min，得到样品5。

对比例1-5分别对应的是实施例1-5中的R-水性阻燃胶黏剂等量替换为水性胶黏剂PU502，其它情况相应不变。

表一

表一为实施例1-5和相应的对比例1-5样品的燃烧特性和拉伸强度。从燃烧特性来看，实施例中样品的燃烧特性等级最高，而用PU502胶黏剂替代R-水性阻燃胶黏剂的材料样品则不具有阻燃性；胶黏剂的粘结性会影响本发明材料的拉伸强度，从拉伸强度的测试结果来看，实施例1-5的拉伸强度分别要大于相应的对比例1-5样品。因此本发明所合成的R-水性阻燃胶黏剂具有优良的阻燃性和粘结性。

根据实施例1分别设置不同的泡沫边角料和R-水性阻燃胶黏剂的质量比，如表二，其它情况不变。从材料的燃烧特性等级和拉伸强度来看，质量比1/2、1/2.3、1/2.6、1/2.8的再生材料阻燃性最佳，拉伸强度均大于150kPa，因此本发明泡沫边角料和R-水性阻燃胶黏剂的质量比在1:2-2.8范围为宜。

表二

另外为了验证本发明材料经模压工艺后的吸音性能，选择实施例2进行吸音对比测试。图1为实施例2吸音阻燃材料样品和实施例2所用边角料原泡沫的吸音对比。从结果来看，所制备的吸音阻燃材料的吸音在2500-6000Hz的吸音系数均大于0.9，并明显优于所用边角料原泡沫，说明本发明经模压工艺的泡沫再生材料具有优异的吸音效果。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料，其特征在于，所述阻燃吸音材料包括泡沫边角料和R-水性阻燃胶黏剂，所述的R-水性阻燃胶黏剂不含催化剂，其合成时反应活性由原料自身提供，其包括以下原料组分和占胶黏剂的总固含量的质量百分比：

回收多元醇20％-35％；

扩链多元醇10％-26％；

亲水扩链剂5％-10％；

多异氰酸酯17％-25％；

阻燃改性剂6％-12％；

环氧改性剂4％-7％；

成盐剂0.6％-1％。

2.根据权利要求1所述的高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料，其特征在于，所述的泡沫边角料和R-水性阻燃胶黏剂的质量比为1:2-2.8。

3.根据权利要求1所述的高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料，其特征在于，所述的泡沫边角料为密度12-60kg/m³的回弹型聚氨酯泡沫边角料。

4.根据权利要求1或2或3所述的的高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料，其特征在于，所述的阻燃改性剂为N,N-双(2-羟甲基)氨基乙基膦酸二甲酯或2,7-二(N,N-二甲胺基)-1,6,3,8,2,7-八氢二恶二唑二次膦酸中的一种或两种混合。

5.根据权利要求4所述的的高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料，其特征在于，所述的环氧改性剂为2,3-环氧-1-丙醇。

6.根据权利要求1所述的高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料，其特征在于，所述的回收多元醇为聚氨酯泡沫边角料经醇解得到多羟基回收液，羟值为270-400mgKOH/g；

所述的扩链多元醇为具有高活性和吸附醛类、苯类作用的多元醇；

所述的亲水扩链剂为双羟甲基丁酸或双羟甲基丙酸中的一种；

所述的多异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯或环己烷二异氰酸酯中的一种或多种；

所述的成盐剂为三乙胺。

7.根据权利要求6所述的高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料，其特征在于，所述的扩链多元醇为CHE-303N、CHK-350D、330H、360H、TMN-450或TEP3600中的一种或多种。

8.一种如权利要求1或2或3或5或6或7所述的高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料的制备方法，其特征在于，具体制备方法包括以下步骤：

1)、利用泡沫破碎机将聚氨酯泡沫边角料粉碎成当量粒径0.5-1.5cm的碎块；

2)、将泡沫碎块和R-水性阻燃胶黏剂充分混合，然后把润湿均匀的泡沫碎块倒入模具内，维持温度110-250℃和压力8-15MPa，利用热压机热压5-15min成型，制备出模压件；

3)、模压件在105-200℃烘箱内烘烤30-50min，最终制备出阻燃吸音材料。

9.根据权利要求8所述的高效利用聚氨酯泡沫边角料再生的吸音阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述的R-水性阻燃胶黏剂具体合成方法包括以下步骤：

1)、将回收多元醇、扩链多元醇、亲水扩链剂放置在真空干燥箱中，105-110℃下除水2-3小时；

2)、向反应釜中分别加入回收多元醇、扩链多元醇、亲水扩链剂和异氰酸酯，用丁酮稀释反应体系，在N₂气氛保护和68-72℃条件下，以100-500r/min的转速搅拌反应1.5-2.5小时，合成末端为NCO的半预聚物；

3)、将温度升至88-92℃，向反应釜中加入阻燃改性剂进行NCO半封端反应，再向反应釜中加入环氧改性剂进行NCO全封端反应，半封端、全封端反应过程各搅拌2-3.5小时；

4)、降低温度至33-37℃，向反应釜中加入成盐剂，100-150r/min的转速搅拌12-15min；

5)、搅拌转速升至2000-3000r/min，向反应釜中加入去离子水，制备乳液，旋转蒸馏出乳液中的丁酮，制备出R-水性阻燃胶黏剂。