CN110105742B - 皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及密封材料领域，具体地，涉及皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料。该聚氨酯泡沫材料包括由聚氨酯泡沫形成的芯部泡沫和由有机硅橡胶改性的聚氨酯泡沫形成的表层泡沫。本发明提供的该皮芯结构的聚氨酯泡沫材料具有更为良好的力学性能，同时其能够在与丁腈橡胶配合形成密封材料时，有效地防止丁腈橡胶中助剂迁出以更长时地提供高密封效果。

Description

皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料
技术领域
本发明涉及密封材料领域，具体地，涉及皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料。
背景技术
目前，我国原油储备建设迅猛发展，已建成国家原油储备基地和大量商业储备基地，基地关键组成部分为浮顶原油储罐。该储罐若密封失效，在雷电作用下极易产生火灾事故，储油罐遭受雷击破坏的现象时有发生，不仅威胁着储罐的安全运行而且给企业和国家造成了巨大的财产损失。
储罐引起火灾需要满足的必要条件是在油气与空气混合物存在的地方，有雷电火花或电气火花存在。提高储罐安全运行系数的一个重要途径是提高密封材料的导电性能，防止放电打火。
目前使用的泡沫密封材料主要是以聚氨酯为主体的高分子材料。以其为基础的弹性密封材料方面具有高性价比、长寿命、免维护等特点，在原油储罐密封中具有广泛应用。但是该材料与外层丁腈橡胶直接接触，由于聚氨酯泡沫的多孔结构容易导致丁腈橡胶中助剂迁移，有密封失效的隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效地防止密封橡胶中助剂迁出以更长时地提供高密封效果的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种皮芯结构的聚氨酯泡沫材料，该聚氨酯泡沫材料包括由聚氨酯泡沫形成的芯部泡沫和由有机硅橡胶改性的聚氨酯泡沫形成的表层泡沫。
本发明第二方面提供一种皮芯结构的聚氨酯泡沫材料的制备方法，该方法包括：将含有有机硅橡胶的溶液涂覆于聚氨酯泡沫上，而后进行干燥处理和固化处理；从而得到包括由聚氨酯泡沫形成的芯部泡沫和由有机硅橡胶改性的聚氨酯泡沫形成的表层泡沫的聚氨酯泡沫材料。
本发明第三方面提供由上述方法制得的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料。
本发明第四方面提供一种密封材料，该密封材料包括上述皮芯结构的聚氨酯泡沫材料和与该皮芯结构的聚氨酯泡沫材料表面贴合的丁腈橡胶。
本发明的第五方面提供一种密封材料的制备方法，该方法包括：将上述皮芯结构的聚氨酯泡沫材料外贴合上丁腈橡胶。
本发明提供的该皮芯结构的聚氨酯泡沫材料具有更为良好的力学性能，同时其能够在与丁腈橡胶配合形成密封材料时，有效地防止丁腈橡胶中助剂迁出以更长时地提供高密封效果。
附图说明
图1是根据本发明的一种优选的实施方式的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料的截面示意图。
图2是表面未进行有机硅橡胶改性的聚氨酯泡沫材料的表层泡沫SEM图。
图3是根据本发明的一种优选的实施方式的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料的表层泡沫SEM图。
附图标记
1——芯部泡沫；2——表层泡沫
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供一种皮芯结构的聚氨酯泡沫材料，该聚氨酯泡沫材料包括由聚氨酯泡沫形成的芯部泡沫和由有机硅橡胶改性的聚氨酯泡沫形成的表层泡沫。
根据本发明，如图1所示的，所述聚氨酯泡沫材料的表层进行了有机硅橡胶改性处理，由此获得了由有机硅橡胶改性的聚氨酯泡沫形成的表层泡沫2，而芯部的泡沫1仍然为未改性的聚氨酯泡沫，从而形成了所谓的皮芯结构。
根据本发明，优选地，所述表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：5-20，优选为1：6-15，更优选为1：8-12。
根据本发明，所述有机硅橡胶可以具有多种选择，优选地，所述有机硅橡胶为聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的一种或多种，更优选为聚二甲基硅氧烷。
根据本发明，所述聚氨酯泡沫可以为本领域常规的聚氨酯泡沫，特别是适用于制备密封材料的聚氨酯泡沫材料。例如所述聚氨酯泡沫为聚酯型聚氨酯泡沫或者聚醚型聚氨酯泡沫，通常情况下，当需要制备耐油性的密封材料时，优选采用聚酯型聚氨酯泡沫；当需要制备耐水性的密封材料时，优选采用聚醚型聚氨酯泡沫。该聚酯型聚氨酯泡沫或者聚醚型聚氨酯泡沫可以通过本领域常规的手段获得，例如可以是市售品，或者通过本领域常规的制备方法制得，本发明对此并无特别的限定。
根据本发明，所述聚氨酯泡沫材料可以成型为多种形状，优选地，所述聚氨酯泡沫材料为圆柱形状。更优选地，所述该圆柱形状的聚氨酯泡沫材料的直径为15-25cm，优选为18-22cm；表观密度为30-50g/cm3，优选为35-45g/cm3。所述表观密度是指泡沫质量与泡沫表观体积(包括泡沫内空隙的体积)之比。
本发明第二方面提供一种皮芯结构的聚氨酯泡沫材料的制备方法，该方法包括：将含有有机硅橡胶的溶液涂覆于聚氨酯泡沫上，而后进行干燥处理和固化处理；从而得到包括由聚氨酯泡沫形成的芯部泡沫和由有机硅橡胶改性的聚氨酯泡沫形成的表层泡沫的聚氨酯泡沫材料。
根据本发明，所述有机硅橡胶和聚氨酯泡沫如上文中所描述的，本发明在此不再赘述。
根据本发明，所述含有有机硅橡胶的溶液的浓度可以在较宽范围内变动，优选地，所述含有有机硅橡胶的溶液的浓度为15-60重量％，优选为20-50重量％，更优选为30-40重量％，特别是控制所述含有有机硅橡胶的溶液的粘度为2000-10000cp能够获得性能更为优良的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料。
其中，所述含有有机硅橡胶的溶液的溶剂可以为芳香烃类溶剂、低级醇类溶剂、酮类溶剂、低级脂肪酸酯类溶剂、醚类溶剂等中的一种或多种。所述芳香烃类溶剂的具体实例例如可以为苯、甲苯、二甲苯等中的一种或多种；所述低级醇类溶剂的具体实例例如可以为乙醇、甲醇、异丙醇等中的一种或多种；所述酮类溶剂的具体实例例如可以为丙酮、甲乙酮等中的一种或多种；所述低级脂肪酸酯类溶剂的具体实例例如可以为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等中的一种或多种；所述醚类溶剂的具体实例例如可以为甲醚、乙醚、四氢呋喃等中的一种或多种。
根据本发明，将含有有机硅橡胶的溶液涂覆于聚氨酯泡沫上，即可使得聚氨酯泡沫的表面具有有机硅橡胶，所述涂覆的程度可以根据所需的有机硅橡胶改性程度进行确定，优选地，上述过程使得所述聚氨酯泡沫材料中，所述表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：5-20，优选为1：6-15，更优选为1：8-12。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述涂覆使得聚氨酯泡沫中含有有机硅橡胶的溶液的浸润深度为20mm以下，优选为15mm以下，更优选为5-15mm。
本发明对该涂覆的具体手段并无特别的限定，例如可以采用旋转喷涂的方式进行。
根据本发明，所述制备方法制得的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料优选为圆柱形状，其直径为15-25cm，优选为18-22cm；表观密度30-50g/cm3，优选为35-45g/cm3。为此，作为原料的聚氨酯泡沫便可先成型为圆柱形状，而后涂覆有机硅橡胶。
根据本发明，优选情况下，所述干燥处理的条件包括：温度为80-120℃，时间为2-10min。该干燥优选在真空体系中进行。
优选情况下，所述固化处理的条件包括：相对湿度为30-80％，温度为10-40℃，时间为10-30h。
本发明第三方面提供由上述方法制得的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料。
本发明第四方面提供一种密封材料，该密封材料包括上述皮芯结构的聚氨酯泡沫材料和与该皮芯结构的聚氨酯泡沫材料表面贴合的丁腈橡胶。
所述丁腈橡胶为本领域常规的用于形成密封材料的丁腈橡胶，本发明对此并无特别的限定。可以通过在聚氨酯泡沫材料外直接包覆上丁腈橡胶层即可获得上述密封材料。
根据本发明，本发明提供的该皮芯结构的聚氨酯泡沫材料具有更为良好的力学性能，同时其能够在与丁腈橡胶配合形成密封材料时，有效地防止丁腈橡胶中助剂迁出以更长时地提供高密封效果，从而具有较高的耐油气稳定性，减少油罐密封的维修周期，延长油罐使用寿命。
本发明第五方面一种密封材料的制备方法，该方法包括：将上述皮芯结构的聚氨酯泡沫材料外贴合上丁腈橡胶。该贴合例如可以是在聚氨酯泡沫材料外直接包覆上丁腈橡胶层即可，具体操作例如可以包括采用厚度为2-5mm的丁腈橡胶片材(长宽尺寸按照聚氨酯泡沫材料尺寸确定)围着该聚氨酯泡沫材料外周连续包裹2-3层丁腈橡胶片材。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下例子中：
聚氨酯泡沫购自北京金聚化工产品有限公司BJ3012牌号；丁腈橡胶购自京嘉联创(北京)新材料技术有限公司JJ402牌号；
聚二甲基硅氧烷购自北京斯科瑞新材料科技股份有限公司SKR-103牌号；聚甲基氢硅氧烷购自北京斯科瑞新材料科技股份有限公司SKR-107牌号；聚甲基苯基硅氧烷购自北京斯科瑞新材料科技股份有限公司SKR-101牌号。
皮芯结构的聚氨酯泡沫材料的拉伸强度和断裂伸长率是根据GB/T6344-2008的方法测试而得。
实施例1
本实施例用于说明本发明的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料。
(1)将聚二甲基硅氧烷溶于二甲苯中并过100目的过滤网得到聚二甲基硅氧烷含量为30重量％的有机硅橡胶溶液(粘度为350cp)；采用旋转喷涂的方式(喷涂压力0.35-0.40MPa，喷涂距离约150毫米)将该有机硅橡胶溶液喷涂于圆柱形聚氨酯泡沫表面(外径为20cm，表观密度35g/cm3，其表层的SEM图见图2)，喷涂完后(有机硅橡胶溶液浸润深度约为10mm)置于80℃真空烘箱干燥3min，取出于相对湿度为35％、温度20℃的条件下固化24h，从而得到皮芯结构的聚氨酯泡沫材料P1，其外径为20cm，表观密度为45g/cm3，表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：9，其力学性能测试结果见表1所示；其表层的SEM图见图3所示。
(2)用4mm厚的丁腈橡胶片材围着步骤(1)所得的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料外周连续包裹2层，从而制得密封材料。
将该密封材料用于密封原油储罐，将其置于50℃和0℃下各一天，由此交替测试2个月仍然未发生泄露现象。
实施例2
本实施例用于说明本发明的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料。
(1)将聚二甲基硅氧烷溶于乙酸乙酯中并过100目的过滤网得到聚二甲基硅氧烷含量为40重量％的有机硅橡胶溶液(粘度为420cp)；采用旋转喷涂的方式(喷涂压力0.35-0.40MPa，喷涂距离约180毫米)将该有机硅橡胶溶液喷涂于圆柱形聚氨酯泡沫表面(外径为18cm，表观密度40g/cm3)，喷涂完后(有机硅橡胶溶液浸润深度约为15mm)置于100℃真空烘箱干燥5min，取出于相对湿度为40％、温度25℃的条件下固化30h，从而得到皮芯结构的聚氨酯泡沫材料P2，其外径为18cm，表观密度为53g/cm3，表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：8，其力学性能测试结果见表1所示。
(2)用3mm厚的丁腈橡胶片材围着步骤(1)所得的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料连续包裹3层，从而制得密封材料。
将该密封材料用于密封原油储罐，将其置于50℃和0℃下各一天，由此交替测试2个月仍然未发生泄露现象。
实施例3
本实施例用于说明本发明的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料。
根据实施例1所述的方法，不同的是，采用等重量的聚甲基氢硅氧烷代替聚二甲基硅氧烷，从而步骤(1)后得到皮芯结构的聚氨酯泡沫材料P3，其外径为20cm，表观密度为43g/cm3，表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：10，其力学性能测试结果见表1所示。步骤(2)后制得密封材料，将该密封材料用于密封原油储罐，将其置于50℃和0℃下各一天，由此交替测试2个月发生轻微泄露现象。
实施例4
本实施例用于说明本发明的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料。
根据实施例1所述的方法，不同的是，采用等重量的聚甲基苯基硅氧烷代替聚二甲基硅氧烷，从而步骤(1)后得到皮芯结构的聚氨酯泡沫材料P4，其外径为20cm，表观密度为40g/cm3，表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：11，其力学性能测试结果见表1所示。步骤(2)后制得密封材料，将该密封材料用于密封原油储罐，将其置于50℃和0℃下各一天，由此交替测试55天发生轻微泄露。
实施例5
本实施例用于说明本发明的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料。
根据实施例1所述的方法，不同的是，步骤(1)中聚二甲基硅氧烷的用量使得有机硅橡胶溶液中聚二甲基硅氧烷含量为15重量％；从而步骤(1)后得到皮芯结构的聚氨酯泡沫材料P5，其外径为20cm，表观密度为37g/cm3，表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：6，其力学性能测试结果见表1所示。步骤(2)后制得密封材料，将该密封材料用于密封原油储罐，将其置于50℃和0℃下各一天，由此交替测试50天发生轻微泄露。
实施例6
本实施例用于说明本发明的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料及其制备方法和密封材料。
根据实施例1所述的方法，不同的是，步骤(1)中聚二甲基硅氧烷的用量使得有机硅橡胶溶液中聚二甲基硅氧烷含量为60重量％；从而步骤(1)后得到皮芯结构的聚氨酯泡沫材料P6，其外径为20cm，表观密度为32g/cm3，表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：15，其力学性能测试结果见表1所示。步骤(2)后制得密封材料，将该密封材料用于密封原油储罐，将其置于50℃和0℃下各一天，由此交替测试40天发生轻微泄露现象。
对比例1
根据实施例1所述的方法，不同的是，不采用步骤(1)，而是直接在未改性的聚氨酯泡沫用于制备密封材料，步骤(2)后制得密封材料，将该密封材料用于密封原油储罐，将其置于50℃和0℃下各一天，由此交替测试18天发生泄露现象。
表1
皮芯结构的聚氨酯泡沫材料 拉伸强度/kPa 断裂伸长率/％
P1 112 210
P2 115 197
P3 101 205
P4 98 201
P5 95 190
P6 97 180
未改性的聚氨酯泡沫材料 80 190
通过表1可以看出，本发明的有机硅橡胶表层改性的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料具有更高的拉伸强度，表现出更好的力学性能，且形成的密封材料用于密封原油储罐具有更好的密封效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种密封材料，该密封材料包括皮芯结构的聚氨酯泡沫材料和与该皮芯结构的聚氨酯泡沫材料表面贴合的丁腈橡胶，其特征在于，该聚氨酯泡沫材料包括由聚氨酯泡沫形成的芯部泡沫和由有机硅橡胶改性的聚氨酯泡沫形成的表层泡沫；所述有机硅橡胶为聚二甲基硅氧烷；所述有机硅橡胶改性的聚氨酯泡沫的制备方法包括将含有有机硅橡胶的溶液涂覆于聚氨酯泡沫上，而后进行干燥处理和固化处理；所述含有有机硅橡胶的溶液的浓度为15-60重量%；所述聚氨酯泡沫材料的表观密度30-50g/cm3；所述涂覆使得聚氨酯泡沫中含有有机硅橡胶的溶液的浸润深度为20mm以下。
2.根据权利要求1所述的密封材料，其中，所述表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：5-20。
3.根据权利要求1所述的密封材料，其中，所述表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：6-15。
4.根据权利要求1所述的密封材料，其中，所述表层泡沫和芯部泡沫的厚度比为1：8-12。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的密封材料，其中，所述聚氨酯泡沫材料为圆柱形状，其直径为15-25cm。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的密封材料，其中，所述聚氨酯泡沫材料为圆柱形状，其直径为18-22cm；表观密度为35-45g/cm3。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的密封材料，其中，所述含有有机硅橡胶的溶液的浓度为20-50重量%。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的密封材料，其中，所述含有有机硅橡胶的溶液的浓度为30-40重量%。
9.根据权利要求1-4中任意一项所述的密封材料，其中，所述涂覆使得聚氨酯泡沫中含有有机硅橡胶的溶液的浸润深度为15mm以下。
10.根据权利要求1-4中任意一项所述的密封材料，其中，所述涂覆使得聚氨酯泡沫中含有有机硅橡胶的溶液的浸润深度为5-15mm。
11.根据权利要求1-4中任意一项所述的密封材料，其中，所述干燥处理的条件包括：温度为80-120℃，时间为2-10min；
所述固化处理的条件包括：相对湿度为30-80%，温度为10-40℃，时间为10-30h。
12.权利要求1-11中任意一项所述的密封材料的制备方法，该方法包括：将所述的皮芯结构的聚氨酯泡沫材料外贴合上丁腈橡胶。
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