CN112457463A - 一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料及其制备方法 - Google Patents

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陈红祥
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Abstract

本发明公开了一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料及其制备方法，与常规聚氨酯泡沫配方相比，其中不含有机溶剂。各组分及其质量份数：聚醚多元醇100份，泡沫稳定剂0.9～1.5份，催化剂0.8～1.2份，发泡剂2.0～4.0份，异氰酸酯41～69份。将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂及发泡剂加入纸杯中，搅拌均匀，得到第一混合物；向第一混合物中加入异氰酸酯并搅拌均匀，得到第二混合物；将第二混合物充分发泡并熟化后，得到低污染聚氨酯泡沫吸声材料。采用一步发泡法合成聚氨酯泡沫，所述制备方法工艺简单。本发明所制备的低污染聚氨酯泡沫吸声材料吸声性能较好，并能有效减少车内挥发性有机化合物(VOC)的含量，改善车内环境污染。

Description

一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料及其制备方法
技术领域
本发明属于吸声材料设计领域的声学包装材料，具体涉及一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，在人们日常出行中，越来越多的人选择汽车作为出行工具，与此同时汽车噪声污染问题也逐渐被受到重视。如果噪声长期被驾乘人员接触，不仅噪声会对驾乘人员听力造成损伤，而且还会造成严重的焦躁症，影响行车安全，因此车内降噪显得十分必要。吸声材料就是车内降噪的重要手段，其原理是将声音能量消耗掉，即将声能转化成热能。在车内安装吸声材料，不仅可以降低车内噪声，而且还能提高人们的乘坐舒适性。
聚氨酯泡沫作为一种车内常用的声学包装材料，其制作工艺简单并具有良好的吸声性能，在车内应用主要集中在前臂板上、地毯上等。目前，汽车上使用的聚氨酯吸声材料的原料中都包含用作交联剂或扩链剂的有机溶剂三乙醇胺或二乙醇胺，一些利用有机溶剂制作的聚氨酯也只是利用其机械性能，不但吸声效果不佳，而且其挥发出来的有机溶剂(VOC)对车内环境污染严重。因此需要开发一种不包含有机溶剂的低污染聚氨酯泡沫，同时使其具备较好的吸声性能作为车内声学包装材料。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料的制备方法，其相对于常规的含有机溶剂三乙醇胺或二乙醇胺的聚氨酯更加经济环保，污染性更少。
本发明的目的之二是提供一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料的制备方法，其相对于现有的含有机溶剂的聚氨酯具有更好的吸声性能，更适合用作车内声学包装材料。
本发明所采用的技术方案是：
一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料，所述吸声材料的组分及各组分的质量份数如下：
聚醚多元醇100份，泡沫稳定剂0.9～1.5份，催化剂0.8～1.2份，发泡剂2.0～4.0份，以及异氰酸酯41～69份。
上述的一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料，所述聚醚多元醇包括聚醚多元醇330N和聚醚多元醇3630，所述泡沫稳定剂为硅油，所述催化剂包括催化剂A1和催化剂A33，所述发泡剂为去离子水。
上述的一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料，聚醚多元醇330N、聚醚多元醇3630、硅油、催化剂A1、催化剂A33、去离子水以及异氰酸酯的质量比为：60:40:1.5:0.2:1.0:4.0:69。
上述的一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料，所述聚氨酯泡沫吸声材料为软质聚氨酯泡沫吸声材料。
一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料的制备方法，用于制备所述的低污染聚氨酯泡沫吸声材料，包括如下步骤：
将保温箱调节到50℃进行预热用于材料保温。
步骤一、将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂及发泡剂加入纸杯中；
步骤二、对所述纸杯中的物质以300rpm的搅拌速度均匀搅拌，得到第一混合物；
步骤三、对所述第一混合物中加入异氰酸酯后以300rpm的搅拌速度充分搅拌，得到第二混合物；
步骤四、将所述第二混合物反应完全后得到聚氨酯泡沫，将纸杯存放在保温箱内2h时后取出；
步骤五、将保温后的材料放在室温下熟化24h，除去表面结皮，得到低污染聚氨酯泡沫吸声材料，制得的聚氨酯泡沫吸声材料为软质聚氨酯泡沫。
上述制备方法中，聚醚多元醇包括聚醚多元醇3630和聚醚多元醇330N,泡沫稳定剂为硅油，发泡剂为去离子水。
上述制备方法中，催化剂包括催化剂A1和A33,其中催化剂A1指双(二甲氨基乙基)醚质量分数为70％的二丙二醇溶液，催化剂A33指三乙烯二胺质量分数为33％的二丙二醇溶液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的低污染聚氨酯泡沫吸声材料制备方法工艺简单，操作方便，适用于汽车吸声材料。
(2)本发明提供的低污染聚氨酯泡沫吸声材料，配方中不含有机溶剂，成分简单、可减少车内有机化合物(VOC)的挥发，降低车内污染，更加节能环保。
(3)本发明提供的低污染聚氨酯泡沫吸声材料，平均吸声系数0.581，峰值吸声系数0.962，声学性能优于传统的聚氨酯泡沫。
附图说明
图1为本发明所述的低污染聚氨酯泡沫吸声材料的制备方法的流程图。
图2为本发明实施例1、2、3、4中制备的聚氨酯吸声材料的吸声系数与频率关系曲线。
图3为本发明对比例1中制备的含有机溶剂的聚氨酯吸声材料的吸声系数与频率关系曲线。
图4为本发明对比例2中制备的聚氨酯吸声材料的吸声系数与频率关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明，可以让本领域技术人员参照实施例中的说明书文字从而实施相关工作,但本发明的内容不局限于下面的实施例。
本发明提供了一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料，所述聚氨酯吸声材料的组分及各组分的质量份数为：聚醚多元醇100份，泡沫稳定剂0.9～1.5份，催化剂0.8～1.2份，发泡剂2.0～4.0份，以及异氰酸酯41～69份。
如图1所示，本发明还提供了一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料的制备方法，用于制备所述的低污染聚氨酯泡沫吸声材料，该制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照质量份数，用0.0001精度的电子天平称取聚醚多元醇100份，泡沫稳定剂0.9～1.5份，催化剂0.8～1.2份及发泡剂2.0～4.0份；将所称取的聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂及发泡剂加入纸杯中。
上述步骤中，所述聚醚多元醇采用聚醚多元醇330N和聚醚多元醇3630，所述泡沫稳定剂采用硅油，所述发泡剂采用去离子水，所述催化剂采用催化剂A1(双(二甲氨基乙基)醚质量分数为70％的二丙二醇溶液)和催化剂A33(三乙烯二胺质量分数为33％的二丙二醇溶液)。
步骤二、采用JJ-1型60W精密增力电动搅拌器对上述纸杯中的物质以300rpm的搅拌速度搅拌180s，得到第一混合物。
步骤三、向上述第一混合物中加入41～69质量份数的异氰酸酯，以300rpm搅拌速度的混合搅拌8～10s，得到第二混合物。
步骤四、将鼓风干燥保温箱预热至50℃，再将上述第二混合物发泡充分后放入保温箱固化2h，取出之后放在室温下熟化24h。
步骤五、将上述熟化之后的材料除去表面结皮，得到所述的低污染聚氨酯泡沫吸声材料。
上述质量份数的单位为质量单位，可以具体根据实际需要选择克或千克。
本发明的频率研究范围为100-5000Hz。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明中的低污染聚氨酯泡沫吸声材料的制备方法及其吸声性能进行进一步说明。
其中，低污染聚氨酯泡沫吸声材料基本原料配方如表1所示，材料制备及样品处理、吸声测试所需的设备如表2所示。
表1制备原料表
Figure BDA0002790627090000031
表2试验设备表
Figure BDA0002790627090000032
本发明中将125Hz，250Hz，500Hz，1000Hz，2000Hz和4000Hz这六个频率处吸声系数的算术平均值作为材料的平均吸声系数，用来评价材料的吸声性能，其表达式为：
Figure BDA0002790627090000033
式中，
Figure BDA0002790627090000034
表示材料的平均吸声系数，α125，α250…α4000分别为125Hz，250Hz…4000Hz测得的吸声系数。
实施例1
按照质量份数，将100份聚醚多元醇(60份聚醚多元醇330N、40份聚醚多元醇3630)，1.2份泡沫稳定剂(硅油)，1.2份催化剂(0.2份胺催化剂A1、1.0份胺催化剂A33)及2.0份发泡剂(去离子水)加入纸杯中。在室温下用搅拌机以300rpm的搅拌速度搅拌180s，得到第一混合物。
按照质量份数，向第一混合物中加入55份异氰酸酯后，以300rpm的搅拌速度混合搅拌8s，得到第二混合物；
待第二混合物在室温下发泡充分，将发泡好的材料放入恒温箱中在50℃下固化2h，之后再取出放在室温下进行熟化24h。
将熟化之后的材料取出，除去表面结皮，得到低污染聚氨酯泡沫吸声材料。利用电热丝泡沫切割机在吸声材料样本上切割出直径为34.9mm，厚度为35mm的圆柱体，之后将圆柱体在LMS阻抗管里面进行吸声系数测试。每组实施例制作3个样品以减少误差，并根据最终的吸声系数计算得到材料的平均吸声系数。如图2所示，本实施例中制备的聚氨酯吸声材料平均吸声系数可以达到0.556，同时峰值吸声系数为0.816，表明本实施例中制备的低污染聚氨酯泡沫吸声材料具有较好的吸声效果。
实施例2
按照质量份数，将100份聚醚多元醇(60份聚醚多元醇330N、40份聚醚多元醇3630)，1.2份泡沫稳定剂(硅油)，0.8份催化剂(0.2份胺催化剂A1、0.6份胺催化剂A33)及4.0份发泡剂(去离子水)加入纸杯中。在室温下用搅拌机以300rpm的搅拌速度搅拌180s，得到第一混合物。
按照质量份数，向第一混合物中加入69份异氰酸酯后，以300rpm的搅拌速度混合搅拌8s，得到第二混合物；
待第二混合物在室温下发泡充分，将发泡好的材料放入恒温箱中在50℃下固化2h，之后再取出放在室温下进行熟化24h。
将熟化之后的材料取出，除去表面结皮，得到低污染聚氨酯泡沫吸声材料。利用电热丝泡沫切割机在吸声材料样本上切割出直径为34.9mm，厚度为35mm的圆柱体，之后将圆柱体在LMS阻抗管里面进行吸声系数测试。每组实施例制作3个样品以减少误差，并根据最终的吸声系数计算得到材料的平均吸声系数。如图2所示，本实施例中制备的聚氨酯吸声材料平均吸声系数可以达到0.547，同时峰值吸声系数为0.995，表明本实施例中制备的低污染聚氨酯泡沫吸声材料具有较好的吸声效果。
实施例3
按照质量份数，将100份聚醚多元醇(60份聚醚多元醇330N、40份聚醚多元醇3630)，1.5份泡沫稳定剂(硅油)，1.0份催化剂(0.2份胺催化剂A1、0.8份胺催化剂A33)及2.0份发泡剂(去离子水)加入纸杯中。在室温下用搅拌机以300rpm的搅拌速度搅拌180s，得到第一混合物。
按照质量份数，向第一混合物中加入69份异氰酸酯后，以300rpm的搅拌速度混合搅拌8s，得到第二混合物；
待第二混合物在室温下发泡充分，将发泡好的材料放入恒温箱中在50℃下固化2h，之后再取出放在室温下进行熟化24h。
将熟化之后的材料取出，除去表面结皮，得到低污染聚氨酯泡沫吸声材料。利用电热丝泡沫切割机在吸声材料样本上切割出直径为34.9mm，厚度为35mm的圆柱体，之后将圆柱体在LMS阻抗管里面进行吸声系数测试。每组实施例制作3个样品以减少误差，并根据最终的吸声系数计算得到材料的平均吸声系数。如图2所示，本实施例中制备的聚氨酯吸声材料平均吸声系数可以达到0.557，同时峰值吸声系数为0.895，表明本实施例中制备的低污染聚氨酯泡沫吸声材料具有较好的吸声效果。
实施例4
按照质量份数，将100份聚醚多元醇(60份聚醚多元醇330N、40份聚醚多元醇3630)，1.5份泡沫稳定剂(硅油)，1.2份催化剂(0.2份胺催化剂A1、1.0份胺催化剂A33)及4.0份发泡剂(去离子水)加入纸杯中。在室温下用搅拌机以300rpm的搅拌速度搅拌180s，得到第一混合物。
按照质量份数，向第一混合物中加入69份异氰酸酯后，以300rpm的搅拌速度混合搅拌8s，得到第二混合物；
待第二混合物在室温下发泡充分，将发泡好的材料放入恒温箱中在50℃下固化2h，之后再取出放在室温下进行熟化24h。
将熟化之后的材料取出，除去表面结皮，得到低污染聚氨酯泡沫吸声材料。利用电热丝泡沫切割机在吸声材料样本上切割出直径为34.9mm，厚度为35mm的圆柱体，之后将圆柱体在LMS阻抗管里面进行吸声系数测试。每组实施例制作3个样品以减少误差，并根据最终的吸声系数计算得到材料的平均吸声系数。如图2所示，本实施例中制备的聚氨酯吸声材料平均吸声系数可以达到0.581，同时峰值吸声系数为0.962，表明本实施例中制备的低污染聚氨酯泡沫吸声材料具有较好的吸声效果。
对比例1
对某汽车内饰公司生产的含有机溶剂的常规聚氨酯泡沫吸声材料进行声学测试，测试方法与实施例1～4中的测试方法完全相同，测试结果如图3所示，峰值吸声系数为0.950，而平均吸声系数仅为0.477，表明该对比例中的某公司生产的含有机溶剂的常规聚氨酯泡沫吸声材料吸声效果一般。
对比例2
按照质量份数，将100份聚醚多元醇(60份聚醚多元醇330N、40份聚醚多元醇3630)，1.2份泡沫稳定剂(硅油)，1.0份催化剂(0.2份胺催化剂A1、0.8份胺催化剂A33)及3.0份发泡剂(去离子水)加入纸杯中。在室温下用搅拌机以300rpm的搅拌速度搅拌180s，得到第一混合物。
按照质量份数，向第一混合物中加入41份异氰酸酯后，以300rpm的搅拌速度混合搅拌8s，得到第二混合物；
待第二混合物在室温下发泡充分，将发泡好的材料放入恒温箱中在50℃下固化2h，之后再取出放在室温下进行熟化24h。
将熟化之后的材料取出，除去表面结皮，得到聚氨酯泡沫吸声材料。利用电热丝泡沫切割机在吸声材料样本上切割出直径为34.9mm，厚度为35mm的圆柱体，之后将圆柱体在LMS阻抗管里面进行吸声系数测试。每组实施例制作3个样品以减少误差，并根据最终的吸声系数计算得到材料的平均吸声系数。如图4所示，本实施例中制备的聚氨酯吸声材料峰值吸声系数为0.622，平均吸声系数仅为0.453，表明该对比例中制备的聚氨酯泡沫材料吸声效果一般。
本发明所述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料，其特征在于，所述低污染聚氨酯泡沫吸声材料的组分及各组分的质量份数如下：
聚醚多元醇100份，泡沫稳定剂0.9～1.5份，催化剂0.8～1.2份，发泡剂2.0～4.0份，以及异氰酸酯41～69份。
2.根据权利要求1所述的一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料，其特征在于，所述聚醚多元醇包括聚醚多元醇330N和聚醚多元醇3630，所述泡沫稳定剂为硅油，所述催化剂包括催化剂A1和催化剂A33，所述发泡剂为去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料，其特征在于，聚醚多元醇330N、聚醚多元醇3630、硅油、催化剂A1、催化剂A33、去离子水以及异氰酸酯的质量比为：60:40:1.5:0.2:1.0:4.0:69。
4.根据权利要求1所述的一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料，其特征在于，所述聚氨酯泡沫吸声材料为软质聚氨酯泡沫吸声材料。
5.一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料的制备方法，用于制备如权利要求1所述的低污染聚氨酯泡沫吸声材料，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂及发泡剂加入纸杯中；
步骤二、对所述纸杯中的物质搅拌均匀，得到第一混合物；
步骤三、向所述第一混合物中加入异氰酸酯并搅拌均匀，得到第二混合物；
步骤四、将第二混合物充分发泡并熟化后，除去表面结皮，得到低污染聚氨酯泡沫吸声材料。
6.根据权利要求5所述的一种低污染聚氨酯泡沫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300rpm的搅拌速度持续搅拌180s，得到所述第一混合物。
7.根据权利要求5所述的一种低污染聚氨酯泡沫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300rpm的搅拌速度搅拌8～10s，得到所述第二混合物。
8.根据权利要求5所述的一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料的制备方法，其特征在于，所述泡沫稳定剂采用硅油，所述发泡剂采用去离子水，所述催化剂采用催化剂A1和催化剂A33。
9.根据权利要求8所述的一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料的制备方法，其特征在于，聚醚多元醇330N、聚醚多元醇3630、硅油、催化剂A1、催化剂A33、去离子水以及异氰酸酯的质量比为：60:40:1.5:0.2:1.0:4.0:69。
10.根据权利要求7所述的一种低污染聚氨酯泡沫吸声材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤四中，将第二混合物充分发泡并熟化的方法为：将充分发泡后的材料在恒温箱中预热温度50℃下固化2h后，取出放在室温下熟化24小时。
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