CN111574673A - 一种环保型导热聚氨酯泡棉及其制备方法、及胶带 - Google Patents

一种环保型导热聚氨酯泡棉及其制备方法、及胶带 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种环保型导热聚氨酯泡棉及其制备方法、及胶带。所述方法包括以下步骤：步骤一：称取配方重量的聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、开孔剂、第一纳米矿晶，并混合均匀形成A料；步骤二：称取配方重量的甲苯二异氰酸酯，形成B料；步骤三：将A料和B料加入冰水浴锅中搅拌均匀得到C料；步骤四：称取配方重量的纳米复合玻璃纤维加入到C料中搅拌均匀得到发泡体系；步骤五：将所述发泡体系注入到预先预热的模具中，然后称取第二纳米矿晶加入到到发泡体系中，并在所述发泡体体系的上层进行快速搅拌；步骤六：40～60分钟后发泡完成得到聚氨酯泡棉。采用本发明的方法实现了低挥发、低VOC，且制备的产品具有良好的导热性能。

Description

一种环保型导热聚氨酯泡棉及其制备方法、及胶带
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯泡棉产品，尤其涉及一种环保型导热聚氨酯泡棉产品及其制备方法、及胶带。
背景技术
聚氨酯泡棉材料是由多异氰酸酯和多元醇反应而得的含有若干个氨基甲酸酯链段的有机高分子材料。聚氨酯材料具有优异的力学、声学、电学和耐化学介质性能，硬度范围宽，柔韧性、粘接性能、耐磨性能、耐低温性能和耐辐射性能等良好。聚氨酯材料在汽车、机械、电子、包装、建筑、医疗、航空航天等领域应用广泛。
众所周知，随着科学技术的发展，电子元器件的种类越来越多，线路的连接也趋于精细化和密集化，因而对电子器件的各个组件的连接稳定性提出了很大的要求。聚氨酯泡棉胶带常用于手机等电子设备中各个电子器件之间的连接，若导热性能不好会影响电子器件发挥有效功能，甚至在电子器件超负荷工作时，有可能因为温度过高而损坏电子组件。
另外，在发泡过程中，须加入胺类催化剂等使发泡反应和凝胶反应达到一定的平衡。而胺类催化剂大多为易散发的小分子产品，有令人生恶的胺臭气体，也是聚氨酯泡沫的气味和VOC的一大主要来源。
因此，为满足聚氨酯泡棉材料在各个不同场景的应用，实有必要开发一种环保型、导热性能好的聚氨酯泡棉材料。
发明内容
本发明通过提供一种新的环保型导热聚氨酯泡棉产品，使其具有良好的导热性能，同时能改善发泡体系的气味、VOC量。
本发明实施例提供一种环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取配方重量的羟值为150～300且官能度为3～8的聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、开孔剂、粒径为50～100nm的第一纳米矿晶，并混合均匀形成A料，其中，所述聚醚多元醇的重量份数为60～100份、所述催化剂的重量份数为1～3份、所述水的重量份数为5～15份、所述泡沫稳定剂的重量份数为3～5份、所述开孔剂的重量份数为4～10份、所述第一纳米矿晶的重量份数为15～30份；
步骤二：称取重量份数为100份的甲苯二异氰酸酯，形成B料；
步骤三：将所述A料和所述B料加入冰水浴锅中搅拌均匀得到C料，其中，所述冰水浴锅的温度为2～6℃，搅拌速度为500～800r/min；
步骤四：称取重量份数为6～10份的纳米复合玻璃纤维加入到所述C料中搅拌均匀得到发泡体系，其中，所述纳米复合玻璃纤维的长度为1.7～2.3mm；
步骤五：将所述步骤四得到的所述发泡体系注入到预先预热的模具中，然后称取5～10重量份的第二纳米矿晶加入到所述发泡体系中，并在所述发泡体体系的上层进行搅拌，搅拌时间为3～5秒，搅拌速度为2000～2900r/min，所述模具的表面温度为38～42℃，所述第二纳米矿晶的粒径为10～30nm；
步骤六：40～60分钟后发泡完成得到聚氨酯泡棉。
可选的，所述步骤一中加入的所述第一纳米矿晶的粒径为60～80nm，其重量份数量为20～25份。
可选的，所述步骤一中加入的所述开孔剂和所述纳米矿晶的重量比值为1：(3～6)。
可选的，所述步骤一中加入的催化剂为胺类催化剂和锡类催化剂的混合物。
可选的，所述催化剂为胺类催化剂三乙烯二胺和锡类催化剂辛酸亚锡的混合物，且所述三乙烯二胺和所述辛酸亚锡的重量比为(0.2～0.5)：1。
可选的，所述步骤一中加入的泡沫稳定剂为聚二甲基硅氧烷。
可选的，所述步骤一中加入的开孔剂为聚氧丙烯-氧化乙烯共聚醚物型开孔剂与聚氧化烯烃-聚硅氧烷共聚物型开孔剂的混合物。
本发明的实施例还提供一种环保型导热聚氨酯泡棉，采用上文所述的环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法制备得到。
本发明的实施例还提供一种胶带，包括聚氨酯泡棉基材层、粘剂层和离型膜，所述聚氨酯泡棉基材层由上文所述的环保型导热聚氨酯泡棉成型得到。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，通过在A料中加入粒径为50～100nm的第一纳米矿晶，第一方面，纳米矿晶的纳米孔可以延缓气体的释放速度，从而降低发泡的速率，同时也在平衡凝胶和发泡反应上起一定的作用，降低催化剂的使用量；第二方面，第一纳米矿晶的纳米孔可以将发泡反应生成的气体分割为纳米气泡，使得泡孔更均匀；第三方面，通过加入开孔剂，使得开孔率较高，气体可以泡沫体内、泡沫体和第一纳米矿晶的纳米孔内、纳米孔和纳米孔内产生对流，提高导热系数；第四方面，也可以吸附部分发泡过程中产生的易挥发的胺臭气体、乙醛等。
2、通过加入长度为1.7～2.3mm的纳米复合玻璃纤维，可以提高聚氨酯泡棉的柔韧性，使得采用该聚氨酯泡棉制成的胶带在使用时更方便操作，贴合性能和密封性能更好，不易断裂。
3、通过在发泡体系的上层快速加入粒径为10～30nm的第二纳米矿晶，其作用表现在以下两方面，第一方面，第二纳米矿晶的纳米气孔，可以吸附发泡过程中产生的易挥发的胺臭气体、乙醛等，实现低挥发、低VOC；第二纳米矿晶可以增加表面的粗糙度，在制备胶带时，可以减少电晕的工艺。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
本发明实施例提供一种环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取配方重量的羟值为150～300且官能度为3～8的聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、开孔剂、粒径为50～100nm的第一纳米矿晶，并混合均匀形成A料，其中，所述聚醚多元醇的重量份数为60～100份、所述催化剂的重量份数为1～3份、所述水的重量份数为5～15份、所述泡沫稳定剂的重量份数为3～5份、所述开孔剂的重量份数为4～10份、所述第一纳米矿晶的重量份数为15～30份；
步骤二：称取重量份数为100份的甲苯二异氰酸酯，形成B料；
本发明以水作为发泡剂，相对于物理发泡剂具有更环保的特性，聚酯发泡过程中，发泡反应(水和异氰酸酯产生二氧化碳的反应)和凝胶反应(多元醇和异氰酸酯的反应)如何达到平衡一直是研究的热点，否则会出现泡孔不均匀、易塌陷和回缩的缺陷，影响聚氨酯泡棉的性能。本发明通过加入配方量的粒径为50～100nm的第一纳米矿晶在发泡反应和凝胶反应平衡方面能起到调节的作用，原理在于第一纳米矿晶具有多个纳米孔可以起稀释发泡反应的作用。当第一纳米矿晶的粒径小于50nm时，会导致聚氨酯泡棉密度增大，孔(泡沫孔、纳米孔)与孔(泡沫孔、纳米孔)之间的对流受限，影响导热系数；当第一纳米矿晶的粒径大于100nm时，则会导致生产的聚氨酯泡棉密度偏小，其他性能指标不良。更为优选的，所述第一纳米矿晶的粒径为60～80nm，其重量份数量为20～25份。
可选的，所述步骤一中加入的所述开孔剂和所述纳米矿晶的质量比值为1：(3～6)。
进一步限定开孔剂和纳米矿晶的质量比，主要是为了实现孔(泡沫孔、纳米孔)与孔(泡沫孔、纳米孔)之间的对流顺畅，从而提高导热系数。
可选的，所述步骤一中加入的催化剂为胺类催化剂和锡类催化剂的混合物。
可选的，所述催化剂为胺类催化剂三乙烯二胺和锡类催化剂辛酸亚锡的混合物，且所述三乙烯二胺和所述辛酸亚锡的质量比为(0.2～0.5)：1。
进一步限定催化剂的种类，一方面尽量使发泡反应和凝胶反应达到平衡，另一方面是尽量减少会造成VOC污染的胺类催化剂的用量，以实现环保。
可选的，所述步骤一中加入的泡沫稳定剂为聚二甲基硅氧烷。
所述聚二甲基硅氧烷可以稳定泡沫性能，同时还能提升聚氨酯泡棉的延伸性能，还协同阻燃。
可选的，所述步骤一中加入的开孔剂为聚氧丙烯一氧化乙烯共聚醚物型开孔剂与聚氧化烯烃一聚硅氧烷共聚物型开孔剂的混合物。
步骤三：将所述A料和所述B料加入冰水浴锅中搅拌均匀得到C料，其中，所述冰水浴锅的温度为2～6℃，搅拌速度为500～800r/min；
由于A料和B料常温下反应较快，所以在低温下将两者混合，避免发生反应，更为优选的，冰水浴锅的温度控制在3℃，搅拌速度控制在600r/min。
步骤四：称取重量份数为6～10份的纳米复合玻璃纤维加入到所述C料中搅拌均匀得到发泡体系，其中，所述纳米复合玻璃纤维的长度为1.7～2.3mm；
当所述纳米复合玻璃纤维的长度超过2.3mm时，纤维长度过长会引起均匀分散困难，易团聚，混合不匀；当所述纳米复合玻璃纤维的长度小于1.7mm时，对聚氨酯泡棉的力学性能影响有限。
步骤五：将所述步骤四得到的所述发泡体系注入到预先预热的模具中，然后称取5～10重量份的第二纳米矿晶加入到到所述发泡体系中，并在所述发泡体体系的上层进行搅拌，搅拌时间为3～5秒，搅拌速度控制在2000～2900r/min，所述模具的表面温度38～42℃，所述第二纳米矿晶的粒径为10～30nm；
在本实施例中，上层是指发泡体系的总高度的1/30～1/20。
在发泡体系的上层加入粒径为10～30nm的第二纳米矿晶，并快速搅匀，一方面为增加其表面的粗糙度，另一方面可以吸收发泡体体系的易挥发的小分子气体，降低VOC的挥发。
步骤六：40～60分钟后发泡完成得到聚氨酯泡棉。
实施例一至七及对比实施例1～4聚氨酯泡棉的制备
实施例一
本实施例提供一种环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取配方重量的羟值为150～300且官能度为3～8的聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、开孔剂、粒径为50～100nm的第一纳米矿晶，并混合均匀形成A料，其中，所述聚醚多元醇的重量份数为65份、所述催化剂的重量份数为1.1份(三乙烯二胺0.3份、辛酸亚锡0.8份)、所述水的重量份数为6份、所述泡沫稳定剂的重量份数为3.8份、所述开孔剂的重量份数为4.5份、所述第一纳米矿晶的重量份数为18份；
步骤二：称取重量份数为100份的甲苯二异氰酸酯，形成B料；
步骤三：将所述A料和所述B料加入冰水浴锅中搅拌均匀得到C料，其中，所述冰水浴锅的温度控制在2～6℃，搅拌速度控制在500～800r/min；
步骤四：称取配方重量的纳米复合玻璃纤维加入到所述C料中搅拌均匀得到发泡体系，其中，所述纳米复合玻璃纤维的长度为1.8mm，重量份数为7份；
步骤五：将所述步骤四得到的所述发泡体系注入到预先预热的模具中，然后称取粒径为10～30nm的第二纳米矿晶7重量份加入到到所述发泡体系中，并在所述发泡体体系的上层进行搅拌，搅拌时间为3～5秒，搅拌速度控制在2000～2900r/min，所述模具的表面温度38～42℃；
步骤六：40～60分钟后发泡完成得到聚氨酯泡棉。
实施例二至七采用与实例一相同的制备方法制备聚氨酯泡棉，其区别在于各组份的配方加入量不相同，具体配方数据详见表1。
表1
Figure BDA0002522490460000061
Figure BDA0002522490460000071
备注，其中实施例二至实施四的第一纳米矿晶的粒径范围为50～100nm，第五实施例至第七实施例的第一纳米矿晶的粒径范围为60～80nm。
对比例1聚氨酯泡棉的制备(空白实验)：
步骤一：称取配方重量的羟值为150～300且官能度为3～8的聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、开孔剂，并混合均匀形成白料，其中，所述聚醚多元醇的重量份数为80份、所述催化剂的重量份数为2份(三乙烯二胺0.5份、辛酸亚锡1.5份)、所述水的重量份数为10份、所述泡沫稳定剂的重量份数为4份、所述开孔剂的重量份数为6份；
步骤二：称取重量份数为100份的甲苯二异氰酸酯，形成黑料；
步骤三：将白料注入到预先预热的模具中，然后通过高压枪加入黑料，进行发泡，20～30分钟后发泡完成得到聚氨酯泡棉，所述模具的表面温度38～42℃。
对比例2聚氨酯泡棉的制备(白料中未加入第一纳米矿晶)：
步骤一：称取配方重量的羟值为150～300且官能度为3～8的聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、开孔剂，并混合均匀形成白料，其中，所述聚醚多元醇的重量份数为65份、所述催化剂的重量份数为1.1份(三乙烯二胺0.3份、辛酸亚锡0.8份)、所述水的重量份数为6份、所述泡沫稳定剂的重量份数为3.8份、所述开孔剂的重量份数为4.5份；
步骤二：称取重量份数为100份的甲苯二异氰酸酯，形成黑料；
步骤三：将所述白料和所述黑料加入冰水浴锅中搅拌均匀得到C料，其中，所述冰水浴锅的温度控制在2～6℃，搅拌速度控制在500～800r/min；
步骤四：称取配方重量的纳米复合玻璃纤维加入到所述C料中搅拌均匀得到发泡体系，其中，所述纳米复合玻璃纤维的长度为1.8mm，重量份数为7份；
步骤五：将所述步骤四得到的所述发泡体系注入到预先预热的模具中，然后称取粒径为10～30nm的纳米矿晶7重量份加入到到所述发泡体系中，并在所述发泡体体系的上层进行搅拌，搅拌时间为3～5秒，搅拌速度控制在2000～2900r/min，所述模具的表面温度38～42℃；
步骤六：40～60分钟后发泡完成得到聚氨酯泡棉。
对比例3聚氨酯泡棉的制备(未加入纳米复合玻璃纤维)：
步骤一：称取配方重量的羟值为150～300且官能度为3～8的聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、开孔剂、粒径为60～80nm的第一纳米矿晶，并混合均匀形成A料，其中，所述聚醚多元醇的重量份数为65份、所述催化剂的重量份数为1.1份(三乙烯二胺0.3份、辛酸亚锡0.8份)、所述水的重量份数为6份、所述泡沫稳定剂的重量份数为3.8份、所述开孔剂的重量份数为4.5份、所述第一纳米矿晶(粒径范围为50～100nm)的重量份数为18份；
步骤二：称取重量份数为100份的甲苯二异氰酸酯，形成黑料；
步骤三：将所述白料和所述黑料加入冰水浴锅中搅拌均匀得到C料，其中，所述冰水浴锅的温度控制在2～6℃，搅拌速度控制在500～800r/min；
步骤四：将所述步骤三得到的所述发泡体系注入到预先预热的模具中，然后称取粒径为10～30nm的第二纳米矿晶7重量份加入到到所述发泡体系中，并在所述发泡体体系的上层进行搅拌，搅拌时间为3～5秒，搅拌速度控制在2000～2900r/min，所述模具的表面温度38～42℃；
步骤五：40～60分钟后发泡完成得到聚氨酯泡棉。
对比例4聚氨酯泡棉的制备(未加入第二纳米矿晶)：
步骤一：称取配方重量的羟值为150～300且官能度为3～8的聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、开孔剂、粒径为50～100nm的第一纳米矿晶，并混合均匀形成A料，其中，所述聚醚多元醇的重量份数为65份、所述催化剂的重量份数为1.1份(三乙烯二胺0.3份、辛酸亚锡0.8份)、所述水的重量份数为6份、所述泡沫稳定剂的重量份数为3.8份、所述开孔剂的重量份数为4.5份、所述第一纳米矿晶(粒径范围为50～100nm)的重量份数为18份；
步骤二：称取重量份数为100份的甲苯二异氰酸酯，形成黑料；
步骤三：将所述白料和所述黑料加入冰水浴锅中搅拌均匀得到C料，其中，所述冰水浴锅的温度控制在2～6℃，搅拌速度控制在500～800r/min；
步骤四：称取配方重量的纳米复合玻璃纤维加入到所述C料中搅拌均匀得到发泡体系，其中，所述纳米复合玻璃纤维的长度为1.8mm，重量份数为7份；
步骤五：将所述步骤四得到的所述发泡体系注入到预先预热的模具中，40～60分钟后发泡完成得到聚氨酯泡棉，所述模具的表面温度38～42℃。
针对上文制备的聚氨酯泡棉进行了TVOC量和气味的测试，测试结果详见表2。
将上文所述发泡后的聚氨酯泡棉处理成0.4mm的聚氨脂薄膜，然后进行性能测试，包括拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、导热系数的测试，测试结果详见表2。
表2实施例和对比例的性能测试结果
Figure BDA0002522490460000091
从上述实验可以看到，加入了第一纳米矿晶的聚氨酯膜导热系数大，纳米复合玻璃纤维改善了聚氨酯膜的柔韧性，第一纳米矿晶和第二纳米矿晶协同改进了聚氨酯泡棉的TVOC量和气味。
本发明还提供一种胶带，包括聚氨酯泡棉基材层、粘剂层和离型膜，所述聚氨酯泡棉基材层由上文所述的环保型导热聚氨酯泡棉成型得到。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一：称取配方重量的羟值为150～300且官能度为3～8的聚醚多元醇、催化剂、水、泡沫稳定剂、开孔剂、粒径为50～100nm的第一纳米矿晶，并混合均匀形成A料，其中，所述聚醚多元醇的重量份数为60～100份、所述催化剂的重量份数为1～3份、所述水的重量份数为5～15份、所述泡沫稳定剂的重量份数为3～5份、所述开孔剂的重量份数为4～10份、所述第一纳米矿晶的重量份数为15～30份；
步骤二：称取重量份数为100份的甲苯二异氰酸酯，形成B料；
步骤三：将所述A料和所述B料加入冰水浴锅中搅拌均匀得到C料，其中，所述冰水浴锅的温度为2～6℃，搅拌速度为500～800r/min；
步骤四：称取重量份数为6～10份的纳米复合玻璃纤维加入到所述C料中搅拌均匀得到发泡体系，其中，所述纳米复合玻璃纤维的长度为1.7～2.3mm；
步骤五：将所述步骤四得到的所述发泡体系注入到预热的模具中，然后称取5～10重量份的第二纳米矿晶加入到所述发泡体系中，并在所述发泡体体系的上层进行搅拌，搅拌时间为3～5秒，搅拌速度为2000～2900r/min，所述模具的表面温度为38～42℃，所述第二纳米矿晶的粒径为10～30nm；
步骤六：40～60分钟后发泡完成得到聚氨酯泡棉。
2.根据权利要求1所述的环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，所述步骤一中加入的所述第一纳米矿晶的粒径为60～80nm，其重量份数量为20～25份。
3.根据权利要求1所述的环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，所述步骤一中加入的所述开孔剂和所述纳米矿晶的重量比值为1：(3～6)。
4.根据权利要求1所述的环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，所述步骤一中加入的催化剂为胺类催化剂和锡类催化剂的混合物。
5.根据权利要求4所述的环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，所述催化剂为胺类催化剂三乙烯二胺和锡类催化剂辛酸亚锡的混合物，且所述三乙烯二胺和所述辛酸亚锡的重量比为(0.2～0.5)：1。
6.根据权利要求1所述的环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，所述步骤一中加入的所述泡沫稳定剂为聚二甲基硅氧烷。
7.根据权利要求1所述的环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，所述步骤一中加入的所述开孔剂为聚氧丙烯-氧化乙烯共聚醚物型开孔剂与聚氧化烯烃-聚硅氧烷共聚物型开孔剂的混合物。
8.一种环保型导热聚氨酯泡棉，其特征在于，采用如权利要求1至7任一项所述的环保型导热聚氨酯泡棉的制备方法制备得到。
9.一种胶带，包括聚氨酯泡棉基材层、粘剂层和离型膜，其特征在于，所述聚氨酯泡棉基材层由如权利要求8所述的环保型导热聚氨酯泡棉成型得到。
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