CN109880045A - 一种阻燃吸音聚氨酯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃吸音聚氨酯材料，所述聚氨酯材料由第一组分和第二组分组成，所述第一组分为异氰酸酯衍生物，所述第二组分由以下重量份数的原料组成：聚醚多元醇60～100份；阻燃剂7～16份；无机填料1.8～3.5份；助剂2.2～8.6份；发泡剂1.2～3.8份；及催化剂0.5～1.65份。本发明通过含苯异氰酸酯衍生物与磷氮系阻燃聚醚多元醇的反应，使得到的聚氨酯材料具有优异的阻燃性能；通过聚氨酯发泡材料和无机填料的复合，使制备得到的聚氨酯材料既具备良好的吸音性能，同时又具有良好的振动衰减能力，可以实现对噪声最大程度的吸收。本发明还公开了一种阻燃吸音聚氨酯材料的制备方法。

Description

一种阻燃吸音聚氨酯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯材料技术领域，具体的说涉及一种阻燃吸音聚氨酯材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯弹性体是指在大分子主链上含有较多氨基甲酸酯基官能团的一类弹性体聚合物，是典型的多嵌段共聚物，其具有耐磨性好、硬度范围宽、强度高、伸长率高、负载支撑容量大、减震效果好、耐低温性能和耐油耐候性能优异等优点。

由于聚氨酯弹性体的优异性能，被广泛应用在汽车工业、航天航空、电子通讯、仪器仪表系统、纺织工业、家具工业等行业。然而随着人们生活质量的提高以及环保意识的增强，人们对降低环境噪音方面的需求越来越高，大量吸音材料使用在各种不同的场所，如广泛使用于各种影剧院、音乐厅、报告厅、会议室、KTV包房、酒吧、医院、酒店大堂等。

因此亟需开发一款综合性能的要求优异，特别是其阻燃性能和吸音性能优异的聚氨酯材料，以满足各种不同吸音阻燃场所的需求。

发明内容

鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的主要目的在于提供一种阻燃吸音聚氨酯材料及其制备方法，通过异氰酸酯衍生物和聚醚多元醇在催化剂作用下聚合反应生成聚氨酯聚合体，然后先在发泡剂的作用下进行一次发泡得到聚氨酯发泡体，再在超临界CO₂的作用下进行溶胀渗透和二次发泡作用，结合所添加的无机填料和阻燃剂，使得到的聚氨酯材料具有阻燃和吸音功能。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种阻燃吸音聚氨酯材料，所述聚氨酯材料由第一组分和第二组分组成，所述第一组分为异氰酸酯衍生物，所述第二组分由以下重量份数的原料组成：

聚醚多元醇 60～100份；

阻燃剂 7～16份；

无机填料 1.8～3.5份；

助剂 2.2～8.6份；

发泡剂 1.2～3.8份；及

催化剂 0.5～1.65份。

优选的，所述无机填料为氢氧化铜、氢氧化铝、氢氧化镍、氢氧化镁中的至少一种。

优选的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、二丁基二甲基丙烯酸酯锡、二乙酸二丁基锡、五异丙基锡酸、氯代单丁基锡酸中的至少一种。

优选的，所述阻燃剂由聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯组成；所述聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯的质量比为25～40：30～60：15～35。

通过在反应得到的聚氨酯材料中添加由聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯组成的阻燃剂，不仅可以提高聚氨酯材料的阻燃性能，同时提高了聚氨酯材料骨架的强度，进一步提高骨架与金属铝元素结合强度，使其有助于聚氨酯材料对噪声声波的振动衰减，从而达到吸音的目的。

优选的，所述发泡剂为水、碳酸钠、碳酸镁、碳酸钙中的至少一种。

优选的，所述聚醚多元醇为磷氮系阻燃聚醚多元醇，其中氮含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为3～15wt％，磷含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为15～42wt％；所述的磷氮系阻燃聚醚多元醇由4,4'-二羟基偶氮苯与二甘醇、磷酸三乙酯、环氧丙烷聚合而成。

优选的，所述异氰酸酯衍生物为对硝基苯异氰酸酯、3,4-二氯苯异氰酸酯、苯基异氰酸酯、3-氟苯甲基异氰酸酯中的至少一种。

优选的，所述助剂由重量份数为30～65份乙二醇和16～28份十二烷基苯磺酸钠组成。

优选的，所述第一组分与第二组分的质量比为1：1～1.5。

相应的，一种如上述阻燃吸音聚氨酯材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1：按所述重量份数称取聚醚多元醇、催化剂、阻燃剂和发泡剂，进行搅拌混合得到第二组分；

S2：将步骤S1得到的第二组分与第一组分按比例注入模腔中，采用超声振动的方式辅助进行一次发泡反应，设置模腔温度为60～100℃，反应15～180min后，得到预发泡的聚氨酯泡沫体；

S3：将无机填料超声分散在由乙二醇和十二烷基苯磺酸钠组成的助剂中，所述助剂通过超临界CO₂的渗透溶解后喷入预发泡的聚氨酯泡沫体骨架中进行溶胀渗透和二次发泡作用，然后急速泄压，使无机填料在聚氨酯泡沫体骨架内析出成核并成长，得到阻燃吸音聚氨酯材料。

通过二次发泡作用得到的聚氨酯材料内部孔道规整，聚氨酯骨架强度高，通过超临界CO₂的高渗透溶解能力，使得无机填料在骨架上成核析出，不仅进一步提高了聚氨酯泡沫骨架的强度，同时使其对入射的声波具备了良好的振动衰减能力。

优选的，步骤S3中得到的阻燃吸音聚氨酯材料成核后，再依次采用丙酮和去离子水进行洗涤，以脱除残留在阻燃吸音聚氨酯材料中的单体和助剂。

优选的，所述步骤S3中控制溶胀渗透和二次发泡作用的温度为40～60℃，压力为8～15MPa，时间为1～30min。

优选的，步骤S3中的超临界流体CO₂是指CO₂处于温度高于31.1℃，压力高于7.4MPa的状态。

优选的，步骤S3中所述急速卸压，其卸压速率为4MPa/s，卸压至常压。

通过制备得到的聚氨酯发泡体内的微孔结构，使聚氨酯发泡体内部有很多互相连通的细微空气通道，当声波传入时，由媒质间速度差引起的内摩擦,使声波振动能量转化为热能而被吸收，使得聚氨酯发泡体具有吸音作用。

同时通过无机填料在聚氨酯泡沫体骨架内的析出成核，使聚氨酯泡沫体具备一定的共振结构，该共振结构在声波的激发下产生振动，振动的物体由于自身的内摩擦及与空气的摩擦，把一部分声能转变成热能而耗掉，从而使其对声波具有良好的振动衰减能力，由此协同多孔吸音材料结构进一步提高了材料对噪声的最大程度吸收。

由于聚氨酯泡沫体在溶胀渗透过程中会有体积膨胀，尤其是急速泄压过程中更为急剧，为了保证溶胀渗透不受阻碍，同时保证形成均匀规整的微孔结构，控制步骤S3中得到的阻燃吸音聚氨酯材料尺寸较步骤S2得到的聚氨酯泡沫体的尺寸放大3～5％。

本发明的有益效果：

本发明通过含苯异氰酸酯衍生物与磷氮系阻燃聚醚多元醇的反应，使得到的聚氨酯材料具有优异的阻燃性能，这是因为所得到的聚氨酯材料中含有大量的苯基和氮磷元素，通过两者的协同作用，使其能够防止燃烧过程中的持续进行，起到有效的阻燃作用；

本发明的聚氨酯材料内孔骨架呈微孔结构，且微孔骨架上附着有无机填料，通过聚氨酯发泡材料和无机填料的复合，使制备得到的聚氨酯材料既具备良好的吸音性能，同时又具有良好的振动衰减能力，可以实现对噪声最大程度的吸收。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例1

一种阻燃吸音聚氨酯材料，所述聚氨酯材料由第一组分和第二组分组成，所述第一组分为对硝基苯异氰酸酯，所述第二组分由以下重量份数的原料组成：

聚醚多元醇 60份；

阻燃剂 7份；

氢氧化铝 1.8份；

助剂 2.2份；

水 1.2份；及

二月桂酸二丁基锡 0.55份。

所述阻燃剂由聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯组成；所述聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯的质量比为25：30：15。

所述聚醚多元醇为磷氮系阻燃聚醚多元醇，其中氮含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为3wt％，磷含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为42wt％；所述的磷氮系阻燃聚醚多元醇由4,4'-二羟基偶氮苯与二甘醇、磷酸三乙酯、环氧丙烷聚合而成。

所述助剂由重量份数为30份乙二醇和28份十二烷基苯磺酸钠组成。

所述第一组分与第二组分的质量比为1：1.1。

相应的，一种如上述阻燃吸音聚氨酯材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1：按所述重量份数称取聚醚多元醇、催化剂、阻燃剂和发泡剂，进行搅拌混合得到第二组分；

S2：将步骤S1得到的第二组分与第一组分按比例注入模腔中，采用超声振动的方式辅助进行一次发泡反应，设置模腔温度为100℃，反应15min后，得到预发泡的聚氨酯泡沫体；

S3：将无机填料超声分散在由乙二醇和十二烷基苯磺酸钠组成的助剂中，所述助剂通过超临界CO₂的渗透溶解后喷入预发泡的聚氨酯泡沫体骨架中进行溶胀渗透和二次发泡作用，控制溶胀渗透和二次发泡作用的温度为40℃，压力为8MPa，时间为1min，然后急速泄压，其卸压速率为4MPa/s，卸压至常压，使无机填料在聚氨酯泡沫体骨架内析出成核并成长，得到阻燃吸音聚氨酯材料。

实施例2

一种阻燃吸音聚氨酯材料，所述聚氨酯材料由第一组分和第二组分组成，所述第一组分为3,4-二氯苯异氰酸酯，所述第二组分由以下重量份数的原料组成：

聚醚多元醇 80份；

阻燃剂 12份；

氢氧化铜 2.5份；

助剂 5.7份；

碳酸钠 2.3份；及

二丁基二甲基丙烯酸酯锡 1.05份。

所述阻燃剂由聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯组成；所述聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯的质量比为36：48：21。

所述聚醚多元醇为磷氮系阻燃聚醚多元醇，其中氮含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为8wt％，磷含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为31wt％；所述的磷氮系阻燃聚醚多元醇由4,4'-二羟基偶氮苯与二甘醇、磷酸三乙酯、环氧丙烷聚合而成。

所述助剂由重量份数为46份乙二醇和20份十二烷基苯磺酸钠组成。

所述第一组分与第二组分的质量比为1：1.2。

相应的，一种如上述阻燃吸音聚氨酯材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1：按所述重量份数称取聚醚多元醇、催化剂、阻燃剂和发泡剂，进行搅拌混合得到第二组分；

S2：将步骤S1得到的第二组分与第一组分按比例注入模腔中，采用超声振动的方式辅助进行一次发泡反应，设置模腔温度为90℃，反应30min后，得到预发泡的聚氨酯泡沫体；

S3：将无机填料超声分散在由乙二醇和十二烷基苯磺酸钠组成的助剂中，所述助剂通过超临界CO₂的渗透溶解后喷入预发泡的聚氨酯泡沫体骨架中进行溶胀渗透和二次发泡作用，控制溶胀渗透和二次发泡作用的温度为50℃，压力为10MPa，时间为15min，然后急速泄压，其卸压速率为4MPa/s，卸压至常压，使无机填料在聚氨酯泡沫体骨架内析出成核并成长，得到阻燃吸音聚氨酯材料。

实施例3

一种阻燃吸音聚氨酯材料，所述聚氨酯材料由第一组分和第二组分组成，所述第一组分为苯基异氰酸酯，所述第二组分由以下重量份数的原料组成：

聚醚多元醇 100份；

阻燃剂 16份；

氢氧化镍 3.5份；

助剂 8.6份；

碳酸镁 3.8份；及

二乙酸二丁基锡 1.65份。

所述阻燃剂由聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯组成；所述聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯的质量比为40：60：35。

所述聚醚多元醇为磷氮系阻燃聚醚多元醇，其中氮含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为15wt％，磷含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为18wt％；所述的磷氮系阻燃聚醚多元醇由4,4'-二羟基偶氮苯与二甘醇、磷酸三乙酯、环氧丙烷聚合而成。

所述助剂由重量份数为65份乙二醇和16份十二烷基苯磺酸钠组成。

所述第一组分与第二组分的质量比为1：1.5。

相应的，一种如上述阻燃吸音聚氨酯材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1：按所述重量份数称取聚醚多元醇、催化剂、阻燃剂和发泡剂，进行搅拌混合得到第二组分；

S2：将步骤S1得到的第二组分与第一组分按比例注入模腔中，采用超声振动的方式辅助进行一次发泡反应，设置模腔温度为60℃，反应180min后，得到预发泡的聚氨酯泡沫体；

S3：将无机填料超声分散在由乙二醇和十二烷基苯磺酸钠组成的助剂中，所述助剂通过超临界CO₂的渗透溶解后喷入预发泡的聚氨酯泡沫体骨架中进行溶胀渗透和二次发泡作用，控制溶胀渗透和二次发泡作用的温度为40℃，压力为15MPa，时间为30min，然后急速泄压，其卸压速率为4MPa/s，卸压至常压，使无机填料在聚氨酯泡沫体骨架内析出成核并成长，得到阻燃吸音聚氨酯材料。

实施例4

本实施例阻燃吸音聚氨酯材料，其配方组成及其制备方法基本与实施例1相似，其主要不同之处在于，所述第一组分为3-氟苯甲基异氰酸酯，所述发泡剂由1.2份水和1.2份碳酸钙组成，所述阻燃剂由质量比为28：42：20的聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯组成。

步骤S3中得到的阻燃吸音聚氨酯材料成核后，再依次采用丙酮和去离子水进行洗涤，以脱除残留在阻燃吸音聚氨酯材料中的单体和助剂，控制步骤S3中得到的阻燃吸音聚氨酯材料尺寸较步骤S2得到的聚氨酯泡沫体的尺寸放大3％。

实施例5

本实施例阻燃吸音聚氨酯材料，其配方组成及其制备方法基本与实施例2相似，其主要不同之处在于，所述无机填料由0.8份氢氧化铝和2份氢氧化铝组成，所述聚醚多元醇为磷氮系阻燃聚醚多元醇，其中氮含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为15wt％，磷含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为42wt％，所述助剂由重量份数为45份乙二醇和25份十二烷基苯磺酸钠组成。

步骤S3中得到的阻燃吸音聚氨酯材料成核后，再依次采用丙酮和去离子水进行洗涤，以脱除残留在阻燃吸音聚氨酯材料中的单体和助剂，控制步骤S3中得到的阻燃吸音聚氨酯材料尺寸较步骤S2得到的聚氨酯泡沫体的尺寸放大4％。

实施例6

本实施例阻燃吸音聚氨酯材料，其配方组成及其制备方法基本与实施例3相似，其主要不同之处在于，所述第一组分为3-氟苯甲基异氰酸酯，所述阻燃剂由质量比为40：30：15的聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯组成，所述聚醚多元醇为磷氮系阻燃聚醚多元醇，其中氮含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为5wt％，磷含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为38wt％。

步骤S3中得到的阻燃吸音聚氨酯材料成核后，再依次采用丙酮和去离子水进行洗涤，以脱除残留在阻燃吸音聚氨酯材料中的单体和助剂，控制步骤S3中得到的阻燃吸音聚氨酯材料尺寸较步骤S2得到的聚氨酯泡沫体的尺寸放大5％。

将实施例1-6制备得到的阻燃吸音聚氨酯材料进行性能测试，其性能结果如表1所示：

表1

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种阻燃吸音聚氨酯材料，其特征在于：所述聚氨酯材料由第一组分和第二组分组成，所述第一组分为异氰酸酯衍生物，所述第二组分由以下重量份数的原料组成：

2.如权利要求1所述的阻燃吸音聚氨酯材料，其特征在于，所述无机填料为氢氧化铜、氢氧化铝、氢氧化镍、氢氧化镁中的至少一种。

3.如权利要求1所述的阻燃吸音聚氨酯材料，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、二丁基二甲基丙烯酸酯锡、二乙酸二丁基锡、五异丙基锡酸、氯代单丁基锡酸中的至少一种。

4.如权利要求1所述的阻燃吸音聚氨酯材料，其特征在于，所述阻燃剂由聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯组成；所述聚合氯化铝、二甲基硅氧烷、磷酸三乙酯的质量比为25～40：30～60：15～35。

5.如权利要求1所述的阻燃吸音聚氨酯材料，其特征在于，所述发泡剂为水、碳酸钠、碳酸镁、碳酸钙中的至少一种。

6.如权利要求1所述的阻燃吸音聚氨酯材料，其特征在于，所述聚醚多元醇为磷氮系阻燃聚醚多元醇，其中氮含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为3～15wt％，磷含量相对于磷氮系阻燃聚醚多元醇质量为15～42wt％。

7.如权利要求1所述的阻燃吸音聚氨酯材料，其特征在于，所述异氰酸酯衍生物为对硝基苯异氰酸酯、3,4-二氯苯异氰酸酯、苯基异氰酸酯、3-氟苯甲基异氰酸酯中的至少一种。

8.如权利要求1所述的阻燃吸音聚氨酯材料，其特征在于，所述助剂由重量份数为30～65份乙二醇和16～28份十二烷基苯磺酸钠组成。

9.如权利要求1所述的阻燃吸音聚氨酯材料，其特征在于，所述第一组分与第二组分的质量比为1：1～1.5。

10.一种如权利要求1所述的阻燃吸音聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1：按所述重量份数称取聚醚多元醇、催化剂、阻燃剂和发泡剂，进行搅拌混合得到第二组分；

S2：将步骤S1得到的第二组分与第一组分按比例注入模腔中，采用超声振动的方式辅助进行一次发泡反应，设置模腔温度为60～100℃，反应15～180min后，得到预发泡的聚氨酯泡沫体；

S3：将无机填料超声分散在由乙二醇和十二烷基苯磺酸钠组成的助剂中，所述助剂通过超临界CO₂的渗透溶解后喷入预发泡的聚氨酯泡沫体骨架中进行溶胀渗透和二次发泡作用，然后急速泄压，使无机填料在聚氨酯泡沫体骨架内析出成核并成长，得到阻燃吸音聚氨酯材料。