CN110128617A - 基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料，所述聚氨酯吸声材料的组分及各组分的质量份数如下：椰子油多元醇25～35份，菜籽油多元醇5～20份，聚醚多元醇50～70份，发泡剂1.5～2.5份，泡沫稳定剂1.5～2.5份，扩链剂2～4份，第一催化剂4～6份，第二催化剂1.5～2.5份以及异氰酸酯50～60份。同时，本发明还提供了基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法。

Description

基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料及其制备方法
技术领域
本发明属于声学包装材料技术领域，特别涉及基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着社会现代化不断发展，汽车等交通工具在人们日常生活中使用频率已大幅度提高，伴随而来的就是各种噪声，对现如今的生活造成了很大的困扰。另一方面，随着汽车等交通工具的普遍使用，汽车的噪声对于驾驶员的驾驶体验与乘员的乘车体验有很大的影响。所以降噪成为刻不容缓的事情。声学包装材料不仅可以应用于汽车来降低汽车噪声，提升汽车的舒适性。而且吸声材料因其极强的声音衰减性能可用于各种工业应用，例如建筑施工等诸多领域。聚氨酯吸声材料作为一种新型的汽车声学包装可以有效降低各种噪声，被广泛应用。
目前，汽车上使用的聚氨酯吸声材料的原料都是从石油中提取出来的，虽然吸声效果比较好，但对环境污染大，并且石油是不可再生的资源。一些利用植物油为原料制作的环境友好型聚氨酯也只是利用其机械性能，而无法满足作为吸声材料的声学性能需求。
中国专利申请，申请号“2018109734511”专利名称“一种桐油酸基聚氨酯吸声材料及其制备方法”公开了一种采用桐油酸多元醇作为原料制备的聚氨酯吸声材料，其具有较好低频吸声性能。但如果能在保证机械性能基础上进一步提高材料的低频吸声性能，将更适合作为声学包装材料。
发明内容
本发明的目的之一是提供基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料，其相对于现有的石油基聚氨酯和植物油基聚氨酯具有很好的低频吸声效果，以及较好的隔音效果，并且材料的机械性能良好。
本发明的目的之二是提供基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，以椰子油多元醇和菜籽油多元醇为主要原料，部分替代传统的化石材料，制备方法简单，操作方便，更加节能环保。
本发明提供的技术方案为：
基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料，所述聚氨酯吸声材料的组分及各组分的质量份数如下：
所述聚氨酯吸声材料的组分及各组分的质量份数如下：
椰子油多元醇25～35份，菜籽油多元醇5～20份，聚醚多元醇50～70份，发泡剂1.5～2.5份，泡沫稳定剂1.5～2.5份，扩链剂2～4份，第一催化剂4～6份，第二催化剂1.5～2.5份以及异氰酸酯50～60份。
基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，用于制备所述的基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料，包括如下步骤：
步骤一、将椰子油多元醇、菜籽油多元醇、聚醚多元醇、发泡剂、泡沫稳定剂、扩链剂、第一催化剂和第二催化剂依次加入纸杯中；
步骤二、对所述纸杯中的物质进行搅拌，得到第一混合物，静置；
步骤三、向所述第一混合物中加入异氰酸酯并且进行搅拌，得到第二混合物；
步骤四、将所述第二混合物倒入模具中，进行闭模发泡；
步骤五、将闭模发泡后得到的材料固化后，除去表面结皮，得到基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料。
优选的是，在所述步骤二中，对纸杯中的物质以1000rpm的搅拌速度搅50～60s，得到所述第一混合物。
优选的是，在所述步骤三中，加入异氰酸酯后以1200rpm的搅拌速度搅拌10～20s，得到所述第二混合物。
优选的是，所述发泡剂为去离子水，所述扩链剂为三乙醇胺，所述泡沫稳定剂为硅油。
优选的是，所述第一催化剂为N,N-二甲基乙基醚，所述第二催化剂为质量分数为33％的三乙烯二胺溶液。
优选的是，椰子油多元醇、菜籽油多元醇、聚醚多元醇、发泡剂、泡沫稳定剂、扩链剂、第一催化剂、第二催化剂以及异氰酸酯的质量比为：30:5:65:2:1.8:3:5:2:55。
优选的是，在所述步骤五中，将闭模发泡后得到的材料固化的方法为：
将闭模发泡后的材料在恒温箱中固化2小时后，取出，在室温下固化24小时。
优选的是，所述恒温箱的预热温度为50℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的两种植物油基聚氨酯吸声材料，低频时的吸声系数在0.1到0.8之间，平均吸声系数最高可以达到0.578，并且具有较好的隔声性能，声学性能优于传统的聚氨酯泡沫。
(2)本发明提供的两种植物油基聚氨酯吸声材料制备方法工艺简单，操作方便，适用于汽车吸隔声材料。
(3)本发明提供的两种植物油基聚氨酯吸声材料的制备方法将椰子油多元醇、菜籽油多元醇作为反应物，部分替代传统的化石材料，易于分解处理，更加节能环保；椰子油、菜籽油在我国大量生产，原料易得，制备成本较低。
附图说明
图1为本发明所述的两种植物油基聚氨酯吸声材料的制备方法的流程框图。
图2为本发明实施例1中制备的两种植物油基聚氨酯吸声材料的吸声系数与频率关系曲线。
图3为本发明实施例2中制备的两种植物油基聚氨酯吸声材料的吸声系数与频率关系曲线。
图4为本发明实施例3中制备的两种植物油基聚氨酯吸声材料的吸声系数与频率关系曲线。
图5为本发明实施例4中制备的两种植物油基聚氨酯吸声材料的吸声系数与频率关系曲线。
图6为本发明实施例1中制备的两种植物油基聚氨酯吸声材料的隔声量与频率关系曲线。
图7为本发明实施例2中制备的两种植物油基聚氨酯吸声材料的隔声量与频率关系曲线。
图8为本发明实施例3中制备的两种植物油基聚氨酯吸声材料的隔声量与频率关系曲线。
图9为本发明实施例4中制备的两种植物油基聚氨酯吸声材料的隔声量与频率关系曲线。
图10为本发明对比例1中制备的石油基聚氨酯吸声材料的吸声系数与频率关系曲线。
图11为本发明对比例2中制备的桐油基聚氨酯吸声材料的吸声系数与频率关系曲线。
图12为本发明对比例3中制备的桐油基聚氨酯吸声材料的隔声量与频率关系曲线。
图13为本发明实施例的聚氨酯吸声材料的拉伸应力与拉伸应变关系曲线。
图14为本发明实施例的聚氨酯吸声材料的压缩应力与压缩应变关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供了基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料，所述聚氨酯吸声材料的组分及各组分的质量份数为：椰子油多元醇25～35份，菜籽油多元醇5～20份，聚醚多元醇50～70份，发泡剂1.5～2.5份，泡沫稳定剂1.5～2.5份，扩链剂2～4份，第一催化剂4～6份，第二催化剂1.5～2.5份以及异氰酸酯50～60份。
如图1所示，本发明还提供了基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，用于制备所述的基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料，该制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照质量份数，椰子油多元醇25～35份，菜籽油多元醇5～20份，聚醚多元醇50～70份，发泡剂1.5～2.5份，泡沫稳定剂1.5～2.5份，扩链剂2～4份，第一催化剂4～6份，第二催化剂1.5～2.5份；将所称取得椰子油多元醇、菜籽油多元醇、聚醚多元醇、发泡剂、泡沫稳定剂、扩链剂、第一催化剂和第二催化剂依次加入纸杯中。
作为优选，所述聚醚多元醇采用聚醚多元醇3630；所述发泡剂采用去离子水，所述扩链剂采用三乙醇胺，所述泡沫稳定剂采用硅油，所述第一催化剂为N,N-二甲基乙基醚(催化剂A1)，所述第二催化剂为质量分数为33％的三乙烯二胺溶液(催化剂A33)。
步骤二、对所述纸杯中的物质以1000rpm的搅拌速度搅拌50～60s，得到第一混合物，静置1min。
步骤三、向所述第一混合物中加入50～60份(质量份数)异氰酸酯，以1200rpm搅拌速度的混合搅拌10～20s，得到第二混合物；第二混合物为乳黄色。
步骤四、将所述第二混合物快速均匀倒入模具中，并在模具中铺平，盖上模具盖进行闭模发泡，闭模发泡时间为2～3min。
步骤五、将恒温箱预热至50℃，将发泡好的材料放入恒温箱固化2h，取出后，放在室温下进行固化24h。之后，将固化后的材料除去表面结皮，得到基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料。
其中，所述质量份数的单位为质量单位，可以根据实际选择克或千克。
本发明中所述的低频是指500Hz以下，高频是指2000-6300Hz。
实施例1
按照质量份数，将25份椰子油多元醇、10份菜籽油多元醇、50份聚醚多元醇3630、1.5份发泡剂(去离子水)、2份扩链剂(三乙醇胺)、4份催化剂A1、1.5份催化剂A33、1.5份泡沫稳定剂(硅油)按顺序依次加入到纸杯中，静置1分钟后，在室温下用搅拌机以1000rpm的搅拌速度搅拌50s，得到第一混合物。
按照质量份数，向静置后的第一混合物中加入50份异氰酸酯MDI后，以1200rpm的搅拌速度混合搅拌10s，得到乳黄色的第二混合物；
将所述第二混合物快速倒入模具中，并尽可能在模具中均匀铺平，盖上模具盖进行闭模发泡；将所述发泡好的材料放入恒温箱固化2h，再取出，放在室温下进行固化24h。
将固化好的材料取出，除去表面结皮，得到聚氨酯吸声材料。将材料加工成直径100，厚度为30mm和直径为28mm，厚度为30mm的两个圆柱体，之后将两个圆柱体在声阻抗管里面进行声学测试。如图2所示，得到吸声材料的吸声系数，测试结果显示，聚氨酯吸声材料低频时的吸声系数在0.1到0.8之间，平均吸声系数可以达到0.56，高频时的吸声系数可以达到0.85。如图6所示，得到了材料的隔声量与频率的关系图，测试结果显示声传递损失在各个频率都比较高，最高达到了45dB，平均隔声量达到了18dB，表明材料的隔声性能优越。
对得到的聚氨酯吸声材料参照ISO 844:2004标准，进行压缩性能测试，参照ISO1798:2005标准，进行拉伸性能测试。如图13和14所示，材料的拉伸性能和压缩性能不错，拉伸应力最高达到147kPa，压缩应力最高达到了17kPa。材料机械性能较好，可满足作为汽车声学包装材料的要求。
实施例2
按照质量份数，将30份椰子油多元醇、10份菜籽油多元醇、60份聚醚多元醇3630、2份发泡剂(去离子水)、3份扩链剂(三乙醇胺)、5份催化剂A1、2份催化剂A33、1.8份泡沫稳定剂(硅油)按顺序依次加入到纸杯中，静置1分钟后，在室温下用搅拌机以1000rpm的搅拌速度搅拌60s，得到第一混合物。
按照质量份数，向静置后的第一混合物中加入55份异氰酸酯MDI后，以1200rpm的搅拌速度混合搅拌10s，得到乳黄色的第二混合物；
将所述第二混合物快速倒入模具中，并尽可能在模具中均匀铺平，盖上模具盖进行闭模发泡；将所述发泡好的材料放入恒温箱固化2h，再取出，放在室温下进行固化24h。
将固化好的材料取出，除去表面结皮，得到聚氨酯吸声材料。将材料加工成直径100、厚度为30mm和直径为28mm、厚度为30mm的两个圆柱体，之后将两个圆柱体在声阻抗管里面进行声学测试。如图3所示，得到吸声材料的吸声系数，测试结果显示，聚氨酯吸声材料低频时的吸声系数在0.1到0.7之间，平均吸声系数可以达到0.52，高频时的吸声系数可以达到0.85。如图7所示，得到了材料的隔声量与频率的关系图，测试结果显示声传递损失在各个频率都比较高，最高达到了20dB，平均隔声量达到了10.5dB，表明材料的隔声性能不错。
对得到的聚氨酯吸声材料参照ISO 844:2004标准，进行压缩性能测试，参照ISO1798:2005标准，进行拉伸性能测试。如图13和14所示，材料的拉伸性能和压缩性能优异，拉伸应力最高达到了92kPa，压缩应力最高达到了5kPa。材料机械性能可满足作为汽车声学包装材料的要求。
实施例3
按照质量份数，将35份椰子油多元醇、15份菜籽油多元醇、70份聚醚多元醇3630、2.5份发泡剂(去离子水)、4份扩链剂(三乙醇胺)、6份催化剂A1、2.5份催化剂A33、2.5份泡沫稳定剂(硅油)按顺序依次加入到纸杯中，静置1分钟后，在室温下用搅拌机以1000rpm的搅拌速度搅拌60s，得到第一混合物。
按照质量份数，向静置后的第一混合物中加入60份异氰酸酯MDI后，以1200rpm的搅拌速度混合搅拌10s，得到乳黄色的第二混合物；
将所述第二混合物快速倒入模具中，并尽可能在模具中均匀铺平，盖上模具盖进行闭模发泡；将所述发泡好的材料放入恒温箱固化2h，再取出，放在室温下进行固化24h。
将固化好的材料取出，除去表面结皮，得到聚氨酯吸声材料。将材料加工成直径100，厚度为30mm和直径为28mm，厚度为30mm的两个圆柱体，之后将两个圆柱体在声阻抗管里面进行声学测试。如图4所示，得到吸声材料的吸声系数，测试结果显示，聚氨酯吸声材料低频时的吸声系数在0.1到0.7之间，平均吸声系数可以达到0.52，高频时的吸声系数可以达到0.85。如图8所示，得到了材料的隔声量与频率的关系图，测试结果显示声传递损失在高频区较高，呈上升趋势，最高达到了35dB，平均隔声量达到了17dB，表明材料的隔声性能不错。
对得到的聚氨酯吸声材料参照ISO 844:2004标准，进行压缩性能测试，参照ISO1798:2005标准，进行拉伸性能测试。如图13和14所示，材料的拉伸性能和压缩性能不错，拉伸应力最高达到了92kPa，压缩应力最高达到了7kPa。材料机械性能可满足作为汽车声学包装材料的要求。
实施例4
按照质量份数，将30份椰子油多元醇、20份菜籽油多元醇、50份聚醚多元醇3630、2份发泡剂(去离子水)、3份扩链剂(三乙醇胺)、2份催化剂A1、2份催化剂A33、1.8份泡沫稳定剂(硅油)按顺序依次加入到纸杯中，静置1分钟后，在室温下用搅拌机首先以1000rpm速度搅拌60s，得到A组混合物。
按照质量份数，向静置后的A组混合物加入55份异氰酸酯MDI后，以1200rpm转速快速充分混合搅拌10s，得到乳黄色的B组混合物；
将所述B组混合物快速倒入模具中，并尽可能在模具中倒入均匀，盖上模具盖进行闭模发泡；将所述发泡好的材料放入恒温箱固化2h,再取出，放在室温下进行固化24h。
将固化好的材料取出，除去表面结皮，得到聚氨酯吸声材料。将材料加工成直径100，厚度为30mm和直径为28mm，厚度为30mm的两个圆柱体，之后将两个圆柱体在声阻抗管里面进行声学测试。如图5所示，得到吸声材料的吸声系数，测试结果显示，聚氨酯吸声材料低频时的吸声系数在0.1到0.8之间，平均吸声系数可以达到0.578，高频时的吸声系数可以达到0.85。如图9所示，得到了材料的隔声量与频率的关系图，测试结果显示声传递损失在高频率比较高，最高达到了25dB，平均隔声量达到了11dB，表明材料的隔声性能不错。
对得到的聚氨酯吸声材料参照ISO 844:2004标准，进行压缩性能测试，参照ISO1798:2005标准，进行拉伸性能测试。如图13和14所示，材料的拉伸应力最高达到了82kPa，压缩应力最高达到了3kPa。本实施例的制备的聚氨酯材料中吸声很好，虽然是机械性能略差，但仍能满足作为声学包装材料的要求。
对比例1
对常规的石油基聚氨酯进行声学测试，测试方法与实施例1～5中的测试方法完全相同，测试结果为：如图10所示，低频时的吸声系数在0.05-0.5之间，平均吸声系数在0.48左右。
对比例2
按照质量份数，将40份桐油酸多元醇、60份聚醚多元醇3630、2份发泡剂(去离子水)、3.8份扩链剂(三乙醇胺)、0.05份催化剂A1、2份催化剂A33、2份泡沫稳定剂(硅油)按顺序依次加入到纸杯中，静置3分钟后，在室温下用两片叶的搅拌机首先以1500rpm速度搅拌1分钟，然后以1000rpm的速度搅拌1分钟，得到第一混合物，静置3分钟；同时，将正方形模具放在60℃的恒温箱中预热。
按照质量份数，将40份异氰酸酯快速倒入到第一混合物中，然后采用两叶片的电动搅拌机以1000rpm的速度搅拌10s，得到乳黄色的第二混合物。
将第二混合物快速均匀倒入模具中，将第二混合物在模具中铺平，让其自由生长，待第二混合物填满模具后盖上模具盖进行闭模发泡，3分钟后将装有发泡混合物的模具，放入60℃恒温箱中固化2小时，然后再在室温下固化24小时，将固化好的材料取出，除去表面结皮，得到桐油酸基聚氨酯吸声材料。将该材料进行声学测试，测试方法与实施例1～5中的测试方法完全相同，测试结果为，如图11所示，聚氨酯吸声材料低频时的吸声系数在0.1到0.5之间，平均吸声系数可以达到0.514，高频时的吸声系数可以达到0.8。
对比例3
按照质量份数，将30份椰子油多元醇、70份聚醚多元醇3630、2份发泡剂(去离子水)、3份扩链剂(三乙醇胺)、5份催化剂A1、2份催化剂A33、1.8份泡沫稳定剂(硅油)按顺序依次加入到纸杯中，静置1min后，在室温下用搅拌机以1000rpm的搅拌速度搅拌60s，得到第一混合物。
按照质量份数，向静置后的第一混合物中加入55份异氰酸酯MDI后，以1200rpm的搅拌速度充分混合搅拌10s，得到乳黄色的第二混合物；
将所述第二混合物快速倒入模具中，并尽可能在模具中均匀铺平，盖上模具盖进行闭模发泡；将所述发泡好的材料放入恒温箱固化2h，再取出，放在室温下进行固化24h。
将固化好的材料从模具中取出，除去表面结皮，得到聚氨酯吸声材料。将材料加工成直径100、厚度为30mm和直径为28mm、厚度为30mm的两个圆柱体，之后将两个圆柱体在声阻抗管里面进行声学测试。如图12所示，得到吸声材料的吸声系数，测试结果显示，聚氨酯吸声材料低频时的吸声系数在0.1到0.6之间，平均吸声系数可以达到0.45，高频时的吸声系数可以达到0.85。
本发明提供的两种植物油基聚氨酯吸声材料，低频时的吸声系数在0.1到0.8之间，平均吸声系数最高可以达到0.578，并且材料机械性可满足作为汽车声学包装材料的要求，并且具有较好的隔声性能。通过数据对比可以证明，本发明设计开发的基于两种植物油基聚氨酯吸声材料，低频吸声性能优于现有技术中的聚氨酯吸声材料，并且采用同时椰子油多元醇和菜籽油多元醇制备的吸声材料效果要好于单独采用椰子油多元醇制备的材料。
椰子油、菜籽油在我国大量生产，原料易得。因此，在保证声学性能的情况下，设计一种含有椰子油多元醇、菜籽油多元醇合成的聚氨酯吸声材料，可以满足声学包装材料的需求，减少石油材料的使用，减少不可再生资源的应用，加大可再生资源的应用，可以更好的保护环境。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料，其特征在于，所述聚氨酯吸声材料的组分及各组分的质量份数如下：
椰子油多元醇25～35份，菜籽油多元醇5～20份，聚醚多元醇50～70份，发泡剂1.5～2.5份，泡沫稳定剂1.5～2.5份，扩链剂2～4份，第一催化剂4～6份，第二催化剂1.5～2.5份以及异氰酸酯50～60份。
2.基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，用于制备如权利要求1所述的基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将椰子油多元醇、菜籽油多元醇、聚醚多元醇、发泡剂、泡沫稳定剂、扩链剂、第一催化剂和第二催化剂依次加入纸杯中；
步骤二、对所述纸杯中的物质进行搅拌，得到第一混合物，静置；
步骤三、向所述第一混合物中加入异氰酸酯并且进行搅拌，得到第二混合物；
步骤四、将所述第二混合物倒入模具中，进行闭模发泡；
步骤五、将闭模发泡后得到的材料固化后，除去表面结皮，得到基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料。
3.根据权利要求2所述的基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，对纸杯中的物质以1000rpm的搅拌速度搅50～60s，得到所述第一混合物。
4.根据权利要求3所述的基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤三中，加入异氰酸酯后以1200rpm的搅拌速度搅拌10～20s，得到所述第二混合物。
5.根据权利要求4所述的基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为去离子水，所述扩链剂为三乙醇胺，所述泡沫稳定剂为硅油。
6.根据权利要求2或4所述的基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，其特征在于，所述第一催化剂为N,N-二甲基乙基醚，所述第二催化剂为质量分数为33％的三乙烯二胺溶液。
7.根据权利要求6所述的基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，其特征在于，椰子油多元醇、菜籽油多元醇、聚醚多元醇、发泡剂、泡沫稳定剂、扩链剂、第一催化剂、第二催化剂以及异氰酸酯的质量比为：30:20:65:2:1.8:3:5:2:55。
8.根据权利要求7所述的基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤五中，将闭模发泡后得到的材料固化的方法为：
将闭模发泡后的材料在恒温箱中固化2小时后，取出，在室温下固化24小时。
9.根据权利要求8所述的基于两种植物油基的聚氨酯吸声材料的制备方法，其特征在于，所述恒温箱的预热温度为50℃。
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