CN112608447A - 一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发泡技术领域，具体涉及一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫及其制备方法。本发明的高透气性半硬质聚氨酯泡沫由多元醇组合料与异氰酸酯组合料经发泡反应制得，按质量份数计，所述多元醇组合料包括以下组分：多元醇A 23‑48份、多元醇B 19‑58份、发泡剂4‑6份和助剂包13‑29份，其中所述多元醇A采用低气味聚醚型多元醇，所述多元醇B采用聚醚型多元醇。本发明的半硬质聚氨酯泡沫采用低成本环保型原料，其不含有害环境的挥发性发泡剂，由多元醇组合料与异氰酸酯组合料经发泡反应制备而成，价格和综合性能优势明显，可用于生产汽车顶蓬的基材骨架层。
Description
技术领域
本发明属于发泡技术领域，具体涉及一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫及其制备方法。
背景技术
用聚氨酯半硬质泡沫作为骨架通过湿法工艺成型的汽车顶蓬不仅质量轻、刚性和强度高，而且还具有一定的吸音效果。但是多种研究表明，顶蓬的吸音性能与骨架聚氨酯泡沫的透气性有直接关系。为了使顶蓬达到较好的吸音性能，通常要求能提升聚氨酯泡沫的透气性。用于顶蓬成型的半硬质聚氨酯泡沫需要同时具备较好的柔韧性和刚性，而满足此要求的泡沫通常闭孔率较高，导致透气率较差或者难以提高。聚氨酯泡沫的主要原料由异氰酸酯组分和多元醇组分反应制得，而泡沫的闭孔率或透气性主要由多元醇组分决定。多元醇组分也称多元醇组合料，通常由多种类型的原料组成，其中一种原料是发泡剂，现有技术中发泡剂大多采用常用低沸点的卤代烃类化合物等物理发泡剂，这些化合物会缓慢破坏臭氧层而且还会对大气环境产生温室效应。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫及其制备方法。本发明的半硬质聚氨酯泡沫基于低成本环保型原料，其不含有害环境的挥发性发泡剂；本发明的高透气性半硬质聚氨酯泡沫由多元醇组合料与异氰酸酯组合料经发泡反应制备而成，价格和综合性能优势明显，可用于生产汽车顶蓬的基材骨架层。
为解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫由多元醇组合料与异氰酸酯组合料经发泡反应制得，按质量份数计，所述多元醇组合料包括以下组分：多元醇A 23-48份、多元醇B 19-58份、发泡剂 4-6份和助剂包13-29份，其中所述多元醇A采用低气味聚醚型多元醇，所述多元醇B采用聚醚型多元醇。
进一步地，所述多元醇A的羟值为28-34mgKOH/g，分子量为5000-6000，粘度为900-1200cP，水分≤0.15%。
进一步地，所述多元醇B的官能度为3-4.5，羟值为400-500mgKOH/g，粘度为1000-2000cP，水分≤0.15%。
进一步地，所述发泡剂为化学发泡剂，主要成分为去离子水，其中钾、钙、钠、铁和镁离子含量均≤5ppm。
进一步地，按质量分数计，所述助剂包包括匀泡剂1%-3%、催化剂0.1%-1.0%、扩链剂5%-15%以及低分子量聚醚81.0%-93.5%。
进一步地，所述异氰酸酯组合料包括多亚甲基多苯基多异氰酸酯PMDI和二苯基甲烷二异氰酸酯MDI，其中MDI的质量含量为20%-60%，粘度为40-90cP，异氰酸根的质量含量为30.5%-33.6%，比重为1.18-1.28g/mL。
所述的高透气性半硬质聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
（1）助剂包的制备：将匀泡剂、催化剂、扩链剂以及低分子量聚醚二元醇按照特定配比混合，在200-600rpm的转速下搅拌1-4小时，形成乳液后制成整桶助剂包；
（2）多元醇组合料的制备：将多元醇A、多元醇B、发泡剂和助剂包按比例投入搅拌循环釜中，搅拌速度控制在400-800rpm，循环流量控制在10-50kg/min，搅拌循环3-7小时，完成后装桶密封保存；
（3）聚氨酯泡沫的制备：将步骤（2）中的多元醇组合料与异氰酸酯组合料混合进行发泡反应，自由发泡密度为22-35kg/m3，即制得高透气性的半硬质聚氨酯泡沫，其中多元醇组合料与异氰酸酯组合料的比例分别为37%-42%和58%-63%，反应后形成的聚氨酯泡沫的透气率为13-15 cfm/ft2，压缩强度为124-138kPa，延伸率为20%-22%。
进一步地，所述匀泡剂为硅油B8871、B8462、B8409和B8534中的一种或两种。
进一步地，所述催化剂为双（2-甲基氨基乙基）醚、三亚乙基二胺、ZF-10或N,N,N'-三甲基-N'-羟乙基双氨乙基醚中的一种或两种。
进一步地，所述扩链剂为BDO、DEG、DPG中的一种；所述低分子量聚醚二元醇为PEG-200、PEG-300、PEG-400中的一种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明半硬质聚氨酯泡沫的多元醇组合料中的助剂以助剂包的形式配料，能够有效防止添加剂用量小带来的配料误差大的问题，同时多元醇组合料中不含污染环境的挥发性发泡剂，通用性强，制成的半硬泡透气率、压缩强度及延伸率等综合性能较好，成本方面也有明显优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫由多元醇组合料与异氰酸酯组合料经发泡反应制得，按质量份数计，所述多元醇组合料包括以下组分：多元醇A 23份、多元醇B 58份、发泡剂 6份和助剂包13份以及异氰酸酯组合料，其中所述多元醇A采用低气味聚醚型多元醇，为高活性低气味型，羟值为28mgKOH/g，分子量6000，粘度为1200cP，水分为0.05%。
所述多元醇B采用聚醚型多元醇官能度为3，羟值为400mgKOH/g，粘度为1000cP，水分为0.05%。
发泡剂为去离子水，其中钾、钙、钠、铁、镁金属离子含量分别为0.5ppm、3.5ppm、2.0ppm、1.0ppm、0ppm。
异氰酸酯组合料由PMDI和MDI组成，其中MDI的比例为20%，粘度为40cP，异氰酸根含量为30.5%，比重为1.18g/mL，自由泡密度为22 kg/m3。
一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
（1）助剂包的制备：准确称量1.5kg的匀泡剂B8534、0.5kg的匀泡剂B8871、0.2kg浓度为70%的双（2-甲基氨基乙基）醚催化剂、10kg扩链剂BDO以及187.8kg的PEG-200，分别投入200kg的料桶中，在200rpm的转速下搅拌4小时制成乳化好的整桶助剂包；
（2）多元醇组合料的制备：分别将以上920kg的聚醚多元醇A组分、2320kg的聚醚多元醇B组分、240kg的去离子水发泡剂以及520kg的助剂包组分抽入4吨的搅拌循环釜，搅拌速度400rpm，循环流量50kg/min，搅拌时间7小时，混匀后制成多元醇组合料后放出密封保存；
（3）聚氨酯泡沫的制备：将步骤（2）中的多元醇组合料与异氰酸酯组合料按照38:62的质量比混合，进行发泡反应，即制得高透气性性的半硬质聚氨酯泡沫，发泡反应后形成的聚氨酯泡沫的透气率为15 cfm/ft2，压缩强度为124kPa，延伸率为20%。
实施例2
一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫由多元醇组合料与异氰酸酯组合料经发泡反应制得，按质量份数计，所述多元醇组合料包括以下组分：多元醇A37份、多元醇B 37份、发泡剂 5份和助剂包21份以及异氰酸酯组合料，其中所述多元醇A采用聚醚型多元醇，为高活性低气味型，羟值为30mgKOH/g，分子量5000，粘度为1000cP，水分为0.10%。
所述多元醇B采用聚醚型多元醇官能度为3.5，羟值为450mgKOH/g，粘度为1500cP，水分为0.10%。
发泡剂为去离子水，其中钾、钙、钠、铁、镁金属离子含量分别为0.25ppm、2ppm、1ppm、0.5ppm、0ppm。
异氰酸酯组合料由PMDI和MDI组成，其中MDI的比例为40%，粘度为70cP，异氰酸根含量为32.0%，比重为1.22g/mL，自由泡密度为28 kg/m3。
一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
（1）助剂包的制备：准确称量4kg的匀泡剂B8462、0.5kg催化剂ZF-10、0.5kg浓度为33%的三亚乙基二胺催化剂，20kg扩链剂DEG以及175kg的PEG-300，分别投入200kg的料桶中，在400rpm的转速下搅拌2小时制成乳化好的整桶助剂包；
（2）多元醇组合料的制备：分别将以上1480kg的聚醚多元醇A组分、1480kg的聚醚多元醇B组分、200kg的去离子水发泡剂以及840kg的助剂包组分抽入4吨的搅拌循环釜，搅拌速度600rpm，循环流量25kg/min，搅拌时间5小时，制备成多元醇组合料后放出桶装密封保存；
（3）聚氨酯泡沫的制备：将步骤（2）中的多元醇组合料与异氰酸酯组合料按照38:62的质量比混合，进行发泡反应，即制得高透气性性的半硬质聚氨酯泡沫，发泡反应后形成的聚氨酯泡沫的透气率为13 cfm/ft2，压缩强度为130kPa，延伸率为21%。
实施例3
一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫由多元醇组合料与异氰酸酯组合料经发泡反应制得，按质量份数计，所述多元醇组合料包括以下组分：多元醇A48份、多元醇B 19份、发泡剂4份和助剂包29份以及异氰酸酯组合料，其中所述多元醇A采用聚醚型多元醇，为高活性低气味型，羟值为34mgKOH/g，分子量4000，粘度为1200cP，水分为0.15%。
所述多元醇B采用聚醚型多元醇官能度为4.5，羟值为500mgKOH/g，粘度为2000cP，水分为0.15%。
发泡剂为去离子水，其中钾、钙、钠、铁、镁金属离子含量均为0ppm。
异氰酸酯组合料，由PMDI和MDI组成，其中MDI的比例为60%，粘度为90cP，异氰酸根含量为33.6%，比重为1.28g/mL，自由泡密度为35 kg/m3。
一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
（1）助剂包的制备：准确称量6kg的匀泡剂B8409、2kg催化剂ZF-10、30kg扩链剂DPG以及162kg的PEG-400，分别投入200kg的料桶中，在600rpm的转速下搅拌1小时制成乳化好的整桶助剂包；
（2）多元醇组合料的制备：分别将以上1920kg的聚醚多元醇A组分、760kg的聚醚多元醇B组分、160kg的去离子水发泡剂以及1160kg的助剂包组分抽入4吨的搅拌循环釜，搅拌速度800rpm，循环流量10kg/min，搅拌时间3小时，制备成多元醇组合料后放出密封保存；
（3）聚氨酯泡沫的制备：将步骤（2）中的多元醇组合料与异氰酸酯组合料按照38:62的质量比混合，进行发泡反应，即制得高透气性性的半硬质聚氨酯泡沫，发泡反应后形成的聚氨酯泡沫的透气率为13 cfm/ft2，压缩强度为138kPa，延伸率为22%。
对比例1
将巴斯夫的CE 3953/101C-A半硬质聚氨酯多元醇组合料与实施例2中的异氰酸酯组合料按照38:62的质量比混合，进行发泡反应，反应后形成的聚氨酯泡沫的透气率为5cfm/ft2，压缩强度为105kPa，延伸率为18%。
通过对比例1与实施例2的比较可以看出，实施例2中聚氨酯泡沫的透气率、压缩强度及延伸率均高于对比例1，其中透气率反映开孔性，开孔性越高越利于泡沫的吸音性能和泡沫的稳定性，压缩强度反映泡沫的刚性或硬度，而延伸率反映泡沫的柔韧性。综上所述，与对比例相比，采用本申请的多元醇组合料制备的聚氨酯泡沫综合性能更好。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高透气性半硬质聚氨酯泡沫，其特征在于，所述聚氨酯泡沫由多元醇组合料与异氰酸酯组合料经发泡反应制得，按质量份数计，所述多元醇组合料包括以下组分：多元醇A 23-48份、多元醇B 19-58份、发泡剂 4-6份和助剂包13-29份，其中所述多元醇A采用低气味聚醚型多元醇，所述多元醇B采用聚醚型多元醇。
2.根据权利要求1所述的高透气性半硬质聚氨酯泡沫，其特征在于，所述多元醇A的羟值为28-34mgKOH/g，分子量为5000-6000，粘度为900-1200cP，水分≤0.15%。
3.根据权利要求1所述的高透气性半硬质聚氨酯泡沫，其特征在于，所述多元醇B的官能度为3-4.5，羟值为400-500mgKOH/g，粘度为1000-2000cP，水分≤0.15%。
4.根据权利要求1所述的高透气性半硬质聚氨酯泡沫，其特征在于，所述发泡剂为化学发泡剂，主要成分为去离子水，其中钾、钙、钠、铁和镁离子含量均≤5ppm。
5.根据权利要求1所述的高透气性半硬质聚氨酯泡沫，其特征在于，按质量分数计，所述助剂包包括匀泡剂1%-3%、催化剂0.1%-1.0%、扩链剂5%-15%以及低分子量聚醚81.0%-93.5%。
6.根据权利要求1所述的高透气性半硬质聚氨酯泡沫，其特征在于，所述异氰酸酯组合料包括多亚甲基多苯基多异氰酸酯PMDI和二苯基甲烷二异氰酸酯MDI，其中MDI的质量含量为20%-60%，粘度为40-90cP，异氰酸根的质量含量为30.5%-33.6%，比重为1.18-1.28g/mL。
7.权利要求1所述的高透气性半硬质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）助剂包的制备：将匀泡剂、催化剂、扩链剂以及低分子量聚醚二元醇按照特定配比混合，在200-600rpm的转速下搅拌1-4小时，形成乳液后制成整桶助剂包；
（2）多元醇组合料的制备：将多元醇A、多元醇B、发泡剂和助剂包按比例投入搅拌循环釜中，搅拌速度控制在400-800rpm，循环流量控制在10-50kg/min，搅拌循环3-7小时，完成后装桶密封保存；
（3）聚氨酯泡沫的制备：将步骤（2）中的多元醇组合料与异氰酸酯组合料混合进行发泡反应，自由发泡密度为22-35kg/m3，即制得高透气性的半硬质聚氨酯泡沫，其中多元醇组合料与异氰酸酯组合料的比例分别为37%-42%和58%-63%，反应后形成的聚氨酯泡沫的透气率为13-15cfm/ft2，压缩强度为124-138kPa，延伸率为20%-22%。
8.根据权利要求7所述的高透气性半硬质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于，所述匀泡剂为硅油B8871、B8462、B8409和B8534中的一种或两种。
9.根据权利要求7所述的高透气性半硬质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于，所述催化剂为双（2-甲基氨基乙基）醚、三亚乙基二胺、ZF-10或N,N,N'-三甲基-N'-羟乙基双氨乙基醚中的一种或两种。
10.根据权利要求7所述的高透气性半硬质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于，所述扩链剂为BDO、DEG、DPG中的一种；所述低分子量聚醚二元醇为PEG-200、PEG-300、PEG-400中的一种。
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