CN111848905A - 一种多孔隙的聚氨酯发泡减震材料及其制备方法 - Google Patents

一种多孔隙的聚氨酯发泡减震材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多孔隙的聚氨酯发泡减震材料，原料包括以下按质量份数计的成分：A组分：聚醚多元醇70‑80份、固化剂18‑26份、发泡剂AC 0.5‑0.8份、开孔剂1.6‑2份、催化剂0.8‑1.5份、有机硅油0.2‑0.8份、抗氧化剂MB 0.2‑0.5份、填料10‑30份、Al(OH)3复配型阻燃剂1‑3份；B组分：多异氰酸酯50‑70份、聚醚多元醇30‑50份；A组分粘度为1200mPa·s‑1600mPa·s；B组分粘度为2500mPa·s‑2900mPa·s；A组分与B组分质量比为100：45‑60。所述聚氨酯发泡减震材料的制备方法包括以下步骤：将多异氰酸酯加入到反应釜中，加入B组分的聚醚多元醇，合成得到半预聚体并加入到高压发泡机的B料罐中；将A组分中各原料混合均匀，加入到高压发泡机的A料罐中；高压发泡机循环0.6h后，将A料和B料浇注到模具中；脱模。

Description

一种多孔隙的聚氨酯发泡减震材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料的技术领域，具体涉及一种多孔隙的聚氨酯 发泡减震材料及其制备方法。
背景技术
随着现代社会的不断发展，震动和噪音所导致的危害愈来愈引起人们的 重视，这些震动和噪音不仅危害人类身心健康，同时造成机械设备、仪表管 路等的损坏。为了消除震动、噪音造成的不良后果，必须采用各种控制技术 手段，其中使用最广泛、最有效的方法就是使用高阻尼减震材料。
高阻尼减震材料通常的高分子材料，具有弹性和粘性双重特性，这是由 高分子材料的分子结构特性决定的。材料的阻尼较高，能大大衰减震动，也 就是说材料的损耗因子(tan值)较大，材料的粘性越好，减震效果也越好。 但是材料在保持较好减震效果的同时，还要有一定的机械强度，因此材料的 损耗因子应当处于合适的范围。
聚氨酯发泡材料作为常用的一类减震吸能材料，具有适合的粘弹性，且 应用广泛。现有的聚氨酯发泡材料具有密度小、抗冲击、吸能、强度高、耐 磨、耐油、抗疲劳等优异的综合性能。随着聚氨酯发泡材料应用场合的扩展， 对聚氨酯发泡材料在阻燃、耐高温、减震和吸音等方面提出了更高的需求， 以适用于有特殊要求的应用场合，且满足吸音率的要求。
例如，申请号为201510851430.9的专利公开了一种轻质化高物性聚氨 酯发泡材料及其制备方法，其制得的聚氨酯发泡材料质量轻、物性高、耐磨 性佳、环保、可回收使用、无异味，具有较好的弹性和柔软性，尺寸稳定性 佳，但是其阻燃性、减震和吸音性较差。
此外，现有的聚氨酯发泡材料主要采用低压发泡剂生产。由于低压发泡 机的搅拌不均匀，导致生产的聚氨酯发泡材料中泡孔大小差别较大以及综合 性能不佳，而且在反复受力后，也容易遭到破坏，严重影响使用寿命。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种多孔隙的聚氨酯发泡 减震材料及其制备方法，解决现有的聚氨酯发泡材料的阻燃、耐高温、减震 和吸音等性能较差以及现有的聚氨酯发泡材料采用低压发泡剂生产，导致生 产的聚氨酯发泡材料中泡孔大小差别较大以及综合性能不佳，而且在反复受 力后，也容易遭到破坏，严重影响使用寿命等问题中的至少一个。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种多孔隙的聚氨酯发泡减震材料，原料包括以下按质量份数计的成 分：A组分：聚醚多元醇70-80份、固化剂18-26份、发泡剂AC0.5-0.8 份、开孔剂1.6-2份、催化剂0.8-1.5份、有机硅油0.2-0.8份、抗氧化剂 MB0.2-0.5份、填料10-30份、Al(OH)3复配型阻燃剂1-3份；B组分：多 异氰酸酯50-70份、聚醚多元醇30-50份；其中，A组分的粘度控制在1200mPa ·s-1600mPa·s；B组分的粘度控制在2500mPa·s-2900mPa·s；A组分与B组分 的质量比为100：45-60。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
其中，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙 烯-氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种 以上的组合。
其中，所述固化剂为1,4-丁二醇、乙二醇中的一种或一种以上的组合。
其中，所述开孔剂为聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚或聚氧化烯烃-聚硅氧 烷共聚物。
其中，所述催化剂为三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡中的一种或一种 以上的组合。
其中，所述填料为钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡中的一种或一种以 上的组合。
其中，所述Al(OH)3复配型阻燃剂是由超细Al(OH)3与普通Al(OH)3以质 量比为2:1组成的混合物。
本发明还提供了上述聚氨酯发泡减震材料的制备方法，包括以下步骤： (1)B料的制备：先将多异氰酸酯加入到反应釜中，保温40℃-60℃，再加 入B组分中的聚醚多元醇，控制反应温度在65±5℃，合成得到半预聚体， 并将半预聚体加入到高压发泡机的B料罐中；(2)A料的制备：先将A组分 中的聚醚多元醇、固化剂、发泡剂、开孔剂、催化剂、有机硅油、抗氧化剂 MB、填料、Al(OH)3复配型阻燃剂混合均匀，再加入到高压发泡机的A料罐 中；(3)控制A料和B料的温度为45-60℃，待高压发泡机循环0.5-0.8h 后，将A料和B料浇注到模具中；(4)脱模，得到聚氨酯发泡减震材料。
其中，步骤(3)中，高压发泡机的工作压力为10-25MPa。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能好、使用寿命长，尤 其是具有优异的阻燃性和耐高温，减震和吸音效果好；
(2)本发明所述制备方法采用高压发泡机，生产出的聚氨酯发泡减震 材料的泡孔均匀性好，显著提高所述聚氨酯发泡减震材料的减震等综合性能 和使用寿命；
(3)本发明所述制备方法成本低廉、工艺简单，使用的原料均为聚氨 酯行业市场上常用的原料。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
一种多孔隙的聚氨酯发泡减震材料，原料包括以下按质量份数计的成 分：A组分：聚醚多元醇70-80份、固化剂18-26份、发泡剂AC0.5-0.8 份、开孔剂1.6-2份、催化剂0.8-1.5份、有机硅油0.2-0.8份、抗氧化剂 MB0.2-0.5份、填料10-30份、Al(OH)3复配型阻燃剂1-3份；B组分：多 异氰酸酯50-70份、聚醚多元醇30-50份；其中，A组分的粘度控制在1200mPa ·s-1600mPa·s；B组分的粘度控制在2500mPa·s-2900mPa·s；A组分与B组分 的质量比为100：45-60。
其中，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙 烯-氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种 以上的组合。
其中，所述固化剂为1,4-丁二醇、乙二醇中的一种或一种以上的组合， 且随着固化剂用量的增加，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能越来越好。
有机硅油具有卓越的耐热性、抗氧化性、电绝缘性、耐候性、疏水性和 较小的表面张力，此外还具有低的粘温系数、较高的抗压缩性。本发明采用 有机硅油用作泡沫稳定剂，以保证气孔细密均匀，当体系处于低粘度阶段时， 它使孔壁稳定/气孔能生长到适合开孔的厚度，为最后开孔创造条件，同时， 提高所述聚氨酯发泡减震材料的耐热性、耐高温性和抗老化性。此外，随着 有机硅油加入量的增加，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能越来越好，在 加入量为0.8份时，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能达到最好，继续增 加加入量，对所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能没有影响，反而造成资源 的浪费。
抗氧化剂MB熔点大于285℃，具有高的抗氧化能力。本发明通过添加抗 氧化剂MB，显著提高所述聚氨酯发泡减震材料的耐高温性和抗老化性，且随 着抗氧化剂MB加入量的增加，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能越来越 好，在加入量为0.5份时，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能达到最好， 继续增加加入量，对所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能没有影响，反而造 成资源的浪费。
其中，所述开孔剂为聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚或聚氧化烯烃-聚硅氧 烷共聚物。开孔剂是一类特殊的表面活性剂，一般含疏水性和亲水性链段成 基团，它的作用是降低泡沫的表面张力，促使泡孔破裂，提高所述聚氨酯发 泡减震材料的开孔率，改善因闭孔造成的软质。一般的聚氨酯发泡减震材料 由于交联密度高，发泡中泡孔壁膜强度大，一般是闭孔的泡孔结构，但添加 开孔剂可制得开孔硬质的聚氨酯发泡减震材料，显著提高所述聚氨酯发泡减 震材料的减震和消音效果。此外，随着开孔剂用量的增加，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能先越来越好，再越来越差；在加入量为1.8份时，所述 聚氨酯发泡减震材料的综合性能达到最好。
其中，所述催化剂为三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡中的一种或一种 以上的组合，且随着催化剂用量的增加，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性 能先越来越好，再越来越差；在加入量为1.3份时，所述聚氨酯发泡减震材 料的综合性能达到最好。
其中，所述填料为钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡中的一种或一种以 上的组合，以调节A组分的粘度，降低所述聚氨酯发泡减震材料的生产成本、 收缩率，增加所述聚氨酯发泡减震材料的硬度，提高所述聚氨酯发泡减震材 料的尺寸稳定性、耐化学腐蚀性、耐磨性、耐热性以及耐高温性。此外，随 着填料用量的增加，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能先越来越好，再越 来越差；在加入量为22份时，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能达到最 好。
阻燃剂是赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂，本发明选用Al(OH)3复 配型阻燃剂，且所述Al(OH)3复配型阻燃剂是由超细Al(OH)3与普通Al(OH)3以质量比为2:1组成的混合物。其具有以下优点：与其他原料的相容性好； 不改变原有物质固有的优良性能；用量小、效果大；加工温度下不分解；成 本低廉。
所述Al(OH)3复配型阻燃剂的阻燃机理就是通过提高聚合物的热容，使 其在达到热分解温度前吸收更多的热量，从而提高所述聚氨酯发泡减震材料 的阻燃性能，采用两种粒径的Al(OH)3复配阻燃剂时，随着超细Al(OH)3添加 量的增加，所述聚氨酯发泡减震材料试样产烟毒性的安全等级提高；综合考 虑所述聚氨酯发泡减震材料的产烟毒性安全等级及阻燃剂的性价比，采用超 细Al(OH)3与普通Al(OH)3以质量比为2:1组成的复配型阻燃剂为较优的工艺 参数。
此外，随着阻燃剂加入量的增加，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能 越来越好，在加入量为3份时，所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能达到最 好，继续增加加入量，对所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能没有影响，反 而造成资源的浪费。
本发明所述聚氨酯发泡减震材料的综合性能好、使用寿命长，尤其是具 有优异的阻燃性和耐高温，减震和吸音效果好。
一种多孔隙的聚氨酯发泡减震材料的制备方法，包括以下步骤：(1)B 料的制备：先将多异氰酸酯加入到反应釜中，保温40℃-60℃，再加入B组 分中的聚醚多元醇，控制反应温度在65±5℃，合成得到半预聚体，并将半 预聚体加入到高压发泡机的B料罐中；(2)A料的制备：先将A组分中的聚 醚多元醇、固化剂、发泡剂、开孔剂、有机硅油、抗氧化剂MB、催化剂、填 料、Al(OH)3复配型阻燃剂混合均匀，再加入到高压发泡机的A料罐中；(3) 控制A料和B料的温度为45-60℃，待高压发泡机循环0.5-0.8h后，将A 料和B料浇注到模具中；高压发泡机的工作压力为10-25MPa；(4)脱模， 得到聚氨酯发泡减震材料。
本发明所述制备方法采用高压发泡机，生产出的聚氨酯发泡减震材料的 泡孔均匀性好，显著提高所述聚氨酯发泡减震材料的减震等综合性能和使用 寿命；成本低廉、工艺简单，使用的原料均为聚氨酯行业市场上常用的原料。
对比例1
参见申请号为201510851430.9的专利，公开了一种轻质化高物性聚氨 酯发泡材料及其制备方法，据此得到对比例1。
一种轻质化高物性聚氨酯发泡减震材料，由如下重量份的原料组成：聚 氨酯胶粒85份、无机发泡剂5份、有机发泡剂5份、活性剂5份。
其中，所述聚氨酯胶粒由以下重量份的原料组成：聚酯多元醇60份、 二异氰酸酯25份、扩链剂6份。所述扩链剂是由丙二醇、1,3-丁二醇、2- 甲基-1,3-丙二醇和1,4-环己烷二甲醇以重量比1:1.6:1:3组成的混合物。
其中，所述无机发泡剂是由碳酸钙、叠氮化钙和硼氢化钠以重量比2:1:1 组成的混合物。
其中，所述有机发泡剂是由偶氮双甲酰胺、N，N-二亚硝基五亚甲基四 胺和偶氮二甲酸二异丙酯以重量比1:1:2组成的混合物。
其中，所述活化剂是由硫酸钡、柠檬酸铵和硬脂酸钙以重量比1:1:1组 成的混合物。
表1
Figure BDA0002533561030000071
Figure BDA0002533561030000081
实施例1-4的制造方法,包括以下步骤：(1)B料的制备：先将多异氰 酸酯加入到反应釜中，保温50℃，再加入B组分中的聚醚多元醇，控制反应 温度在65±5℃，合成得到半预聚体，并将半预聚体加入到高压发泡机的B 料罐中；(2)A料的制备：先将A组分中的聚醚多元醇、固化剂、发泡剂、 开孔剂、有机硅油、抗氧化剂MB、催化剂、填料、Al(OH)3复配型阻燃剂混 合均匀，再加入到高压发泡机的A料罐中；(3)控制A料和B料的温度为55℃，待高压发泡机循环0.6h后，将A料和B料浇注到模具中；高压发泡 机的工作压力为20MPa；(4)脱模，得到聚氨酯发泡减震材料。
表1中的实施例1-4均为本发明的实施例，对比例1是现有技术且为本 发明的对比例，并分别对实施例1-4和对比例1制备的聚氨酯发泡减震材料 性能进行检测，测试结果见下表2。
表2
Figure BDA0002533561030000091
Figure BDA0002533561030000101
参见表2，根据对实施例1-4和对比例1测试数据的分析可知，实施例 4在机械性能、吸声性能等方面的技术效果是4组实施例中最差的。然而， 通过对实施例4和对比例1的测试数据对比可知，实施例4的技术方案无论 在拉伸强度、断裂伸长率、压缩永久变形率等机械性能方面，还是在阻燃性、 耐高温性、吸声性能等其它性能方面，均明显优于对比例1。因此，可以确 定本发明技术方案具有明显优于对比例1的技术效果，本发明优选方案的技术效果更佳。采用本发明技术方案制备的聚氨酯发泡减震材料，在阻燃性、 耐高温性、减震和吸音等方面的性能都有显著的提升，而且抗老化性能优异， 机械性能同样优异，能够有效解决现有技术中存在的技术问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多孔隙的聚氨酯发泡减震材料，其特征在于，原料包括以下按质量份数计的成分：A组分：聚醚多元醇70-80份、固化剂18-26份、发泡剂AC 0.5-0.8份、开孔剂1.6-2份、催化剂0.8-1.5份、有机硅油0.2-0.8份、抗氧化剂MB 0.2-0.5份、填料10-30份、Al(OH)3复配型阻燃剂1-3份；B组分：多异氰酸酯50-70份、聚醚多元醇30-50份；
其中，A组分的粘度控制在1200mPa·s-1600mPa·s；B组分的粘度控制在2500mPa·s-2900mPa·s；A组分与B组分的质量比为100：45-60。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯发泡减震材料，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯发泡减震材料，其特征在于，所述固化剂为1,4-丁二醇、乙二醇中的一种或一种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯发泡减震材料，其特征在于，所述开孔剂为聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚或聚氧化烯烃-聚硅氧烷共聚物。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯发泡减震材料，其特征在于，所述催化剂为三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡中的一种或一种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯发泡减震材料，其特征在于，所述填料为钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡中的一种或一种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯发泡减震材料，其特征在于，所述Al(OH)3复配型阻燃剂是由超细Al(OH)3与普通Al(OH)3以质量比为2:1组成的混合物。
8.如1-7任一项权利要求所述的聚氨酯发泡减震材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)B料的制备：先将多异氰酸酯加入到反应釜中，保温40℃-60℃，再加入B组分中的聚醚多元醇，控制反应温度在65±5℃，合成得到半预聚体，并将半预聚体加入到高压发泡机的B料罐中；(2)A料的制备：先将A组分中的聚醚多元醇、固化剂、发泡剂、开孔剂、催化剂、有机硅油、抗氧化剂MB、填料、Al(OH)3复配型阻燃剂混合均匀，再加入到高压发泡机的A料罐中；(3)控制A料和B料的温度为45-60℃，待高压发泡机循环0.5-0.8h后，将A料和B料浇注到模具中；(4)脱模，得到聚氨酯发泡减震材料。
9.根据权利要求8所述的聚氨酯发泡减震材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，高压发泡机的工作压力为10-25MPa。
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