CN113174028A - 一种全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法和用途，属于高分子材料领域。该聚氨酯泡沫是由以下重量配比的组分制备而成：多元醇80～120份，扩链剂3～10份，发泡剂1～5份，胺类催化剂1～6份，凝胶催化剂0.1～1.5份，表面活性剂2～8份，交联剂1～10份，异氰酸酯40～150份。本发明采用全水发泡制备得到聚氨酯泡沫，绿色环保。同时，制得的泡沫内部泡孔结构良好，表观密度低，自重小，抗撕裂能力和抗压能力好。该聚氨酯泡沫在提高压缩强度的同时，克服了撕裂强度下降、表观密度增加的问题，同时实现了高压缩强度、高撕裂强度和低表观密度，提升了聚氨酯泡沫的整体性能，可用于制备在汽车内饰、减震缓冲、吸音、包装等中使用的材料，具有广阔的应用前景。

Description

一种全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法和用途。
背景技术
聚氨酯泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在多种助剂的作用下，发泡形成的高分子聚合物。聚氨酯泡沫由交替的软段和硬段组成，硬段结构赋予泡沫的刚性；软段结构赋予泡沫黏弹性。聚氨酯泡沫依据泡沫的硬度可分为硬质聚氨酯泡沫、半硬质聚氨酯泡沫和软质聚氨酯泡沫。作为一种多孔材料，聚氨酯泡沫具有优良的吸声隔音和阻尼性能，被广泛应用于汽车内饰件、减震缓冲材料、包装材料、吸音材料等方面。
聚氨酯泡沫的压缩性能是衡量泡沫的使用性能的力学性能之一。更大的压缩强度能够赋予泡沫更好的抗压能力，有利于聚氨酯泡沫在不同场景下的应用。因此改善聚氨酯泡沫的压缩性能十分有必要。目前提高聚氨酯泡沫的压缩性能常采用以下方式：提升硬段结构的含量(比如增加异氰酸酯、扩链剂和发泡剂的含量)、设计引入交联结构和加入固体粒子或纤维增强。
上述方法虽能大幅度提升聚氨酯泡沫的压缩性能，但随着压缩强度的提升，也存在撕裂强度下降和表观密度增加的问题，从而影响聚氨酯泡沫的应用。因此，研究一种压缩强度和撕裂强度高，且表观密度低的聚氨酯泡沫十分有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法和用途。
本发明提供了一种全水发泡聚氨酯泡沫，它是由以下重量配比的组分制备而成：多元醇80～120份，扩链剂3～10份，发泡剂1～5份，胺类催化剂1～6份，凝胶催化剂0.1～1.5份，表面活性剂2～8份，交联剂1～10份，异氰酸酯40～150份。
进一步地，前述的全水发泡聚氨酯泡沫是由以下重量配比的组分制备而成：多元醇100～120份，扩链剂4份，发泡剂2份，胺类催化剂2～2.25份，凝胶催化剂0.25份，表面活性剂3份，交联剂2份，异氰酸酯80～100份。
进一步地，前述的全水发泡聚氨酯泡沫是由以下重量配比的组分制备而成：多元醇120份，扩链剂4份，发泡剂2份，胺类催化剂2.25份，凝胶催化剂0.25份，表面活性剂3份，交联剂2份，异氰酸酯100份。
进一步地，所述多元醇选自聚醚多元醇或/和聚酯多元醇；和/或，所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯中的任一种或多种。
进一步地，所述多元醇为聚氧化丙烯三醇；和/或，所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯。
进一步地，所述聚氧化丙烯三醇选自分子量为1000、3000或4800的聚氧化丙烯三醇中的一种或多种；优选地，所述聚氧化丙烯三醇由分子量为1000和3000的聚氧化丙烯三醇组成。
进一步优选地，所述分子量为1000的聚氧化丙烯三醇和分子量为3000的聚氧化丙烯三醇的质量比为1:5。
进一步地，所述扩链剂为乙二醇；和/或，所述发泡剂为H2O；和/或，所述胺类催化剂由33wt％的三亚乙基二胺与67wt％的一缩二丙二醇组成；和/或，所述凝胶催化剂为二月桂酸二丁基锡；和/或，所述表面活性剂为硅油；和/或，所述交联剂为三乙醇胺。
优选地，所述表面活性剂为硅油DC193。
本发明还提供了一种制备前述的全水发泡聚氨酯泡沫的方法，它包括如下步骤：
(1)按重量配比称取各组分；
(2)将多元醇、扩链剂、发泡剂、胺类催化剂、凝胶催化剂、表面活性剂和交联剂混合，搅拌均匀，得混合物；
(3)将异氰酸酯加入步骤(2)的混合物中，搅拌均匀；
(4)将步骤(3)搅拌好的原料倒入模具中进行发泡，发泡结束后固化，即得。
进一步地，步骤(2)中，所述搅拌的搅拌速度为≥2000r/min，搅拌时间为30～60s；和/或，步骤(3)中，所述搅拌的搅拌速度为≥2000r/min，搅拌时间为10～15s；和/或，步骤(4)中，所述发泡时间为≤2min；和/或，步骤(4)中，固化为室温固化24h。
本发明还提供了前述的全水发泡聚氨酯泡沫在制备汽车内饰件、减震缓冲材料、包装材料、吸音材料中的用途。
本发明中，室温为25±5℃。
本发明采用全水发泡制备得到聚氨酯泡沫，该制备方法没有小分子溢出，绿色环保。同时，制得的聚氨酯泡沫内部泡孔结构良好，表观密度低，自重小，且撕裂强度和压缩强度高，抗撕裂能力和抗压能力好。该聚氨酯泡沫在提高压缩强度的同时，克服了撕裂强度下降、表观密度增加的问题，同时实现了高压缩强度、高撕裂强度和低表观密度，提升了聚氨酯泡沫的整体性能，可用于制备在汽车内饰、减震缓冲、吸音、包装等中使用的材料，具有广阔的应用前景。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为各组聚氨酯泡沫的泡孔形貌。
具体实施方式
本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。
实施例1、本发明全水发泡聚氨酯泡沫的制备
1、原料配方
Figure BDA0003081709990000031
2、制备方法
按原料配方中的重量称取各原料，并将A组份混合，高速机械搅拌，搅拌速度为≥2000r/min，搅拌时间为60s；搅拌均匀后，将B组份迅速倒入A组份中，高速机械搅拌，搅拌速度为≥2000r/min，搅拌时间为10～15s；将搅拌好的原料浇注入内侧铺有聚乙烯膜的模具中，自由发泡≤2min，发泡结束后，室温固化24h，得到全水发泡聚氨酯泡沫，命名为Neat。
实施例2、本发明全水发泡聚氨酯泡沫的制备
1、原料配方
Figure BDA0003081709990000032
Figure BDA0003081709990000041
2、制备方法
按原料配方中的重量称取各原料，并将A组份混合，高速机械搅拌，搅拌速度为≥2000r/min，搅拌时间为60s；搅拌均匀后，将B组份迅速倒入A组份中，高速机械搅拌，搅拌速度为≥2000r/min，搅拌时间为10～15s；将搅拌好的原料浇注入内侧铺有聚乙烯膜的模具中，自由发泡≤2min，发泡结束后，室温固化24h，得到全水发泡聚氨酯泡沫，命名为GP-20。
实施例3、本发明全水发泡聚氨酯泡沫的制备
1、原料配方
Figure BDA0003081709990000042
2、制备方法
按原料配方中的重量称取各原料，并将A组份混合，高速机械搅拌，搅拌速度为≥2000r/min，搅拌时间为60s；搅拌均匀后，将B组份迅速倒入A组份中，高速机械搅拌，搅拌速度为≥2000r/min，搅拌时间为10～15s；将搅拌好的原料浇注入内侧铺有聚乙烯膜的模具中，自由发泡≤2min，发泡结束后，室温固化24h，得到全水发泡聚氨酯泡沫，命名为V-20。
以下通过试验例来说明本发明的有益效果。
试验例1、全水发泡聚氨酯泡沫的形貌和密度表征测试
1、试验方法
取实施例1～3的全水发泡聚氨酯泡沫，利用扫描电子显微镜观察各组聚氨酯泡沫的泡孔形貌；并按照GB/T 6343-2009方法测各组聚氨酯泡沫的表观密度。
2、试验结果
各组全水发泡聚氨酯泡沫的泡孔形貌如图1所示；各组全水发泡聚氨酯泡沫的表观密度如表1所示。
表1.各组全水发泡聚氨酯泡沫的表观密度
组别 表观密度(kg/m<sup>3</sup>)
Neat 49.6±0.3
GP-20 44.2±0.7
V-20 44.2±0.5
从图1的结果可知，各组聚氨酯泡沫内部泡孔结构良好。从表1的结果可知，相比Neat，GP-20和V-20的表观密度更低，这有利于降低聚氨酯泡沫自重，便于实际应用。
试验例2、全水发泡聚氨酯泡沫的力学性能测试
1、试验方法
取实施例1～3的全水发泡聚氨酯泡沫，参照GB/T 10808-2006《高聚物多孔弹性材料撕裂强度测试》，撕裂试样尺寸25mm×25mm×85mm，撕裂速率50mm/min；参照GB/T 8813-2008《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》，压缩试样尺寸30mm×30mm×30mm，压缩速率为3mm/min等方法测各组聚氨酯泡沫的撕裂强度和压缩强度。
2、试验结果
各组全水发泡聚氨酯泡沫的力学性能测试结果如表2所示。
表2.各组全水发泡聚氨酯泡沫的力学性能测试结果
组别 撕裂强度(N/m) 压缩强度(MPa)
Neat 2.45±0.04 0.0160±0.0003
GP-20 2.71±0.05 0.0188±0.0008
V-20 2.29±0.05 0.0149±0.0005
撕裂强度和压缩强度高能够赋予泡沫更好的抗撕裂能力和抗压能力。从表2的结果可知，相比于Neat和V-20，GP-20在更低的表观密度下具有更高的撕裂强度和压缩强度，取得了更好的效果，有利于聚氨酯泡沫的应用。
综上，本发明采用全水发泡制备得到聚氨酯泡沫，该制备方法没有小分子溢出，绿色环保。同时，制得的聚氨酯泡沫内部泡孔结构良好，表观密度低，自重小，且撕裂强度和压缩强度高，抗撕裂能力和抗压能力好。该聚氨酯泡沫在提高压缩强度的同时，克服了撕裂强度下降、表观密度增加的问题，同时实现了高压缩强度、高撕裂强度和低表观密度，提升了聚氨酯泡沫的整体性能，可用于制备在汽车内饰、减震缓冲、吸音、包装等中使用的材料，具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1.一种全水发泡聚氨酯泡沫，其特征在于：它是由以下重量配比的组分制备而成：多元醇80～120份，扩链剂3～10份，发泡剂1～5份，胺类催化剂1～6份，凝胶催化剂0.1～1.5份，表面活性剂2～8份，交联剂1～10份，异氰酸酯40～150份。
2.根据权利要求1所述的全水发泡聚氨酯泡沫，其特征在于：它是由以下重量配比的组分制备而成：多元醇100～120份，扩链剂4份，发泡剂2份，胺类催化剂2～2.25份，凝胶催化剂0.25份，表面活性剂3份，交联剂2份，异氰酸酯80～100份。
3.根据权利要求2所述的全水发泡聚氨酯泡沫，其特征在于：它是由以下重量配比的组分制备而成：多元醇120份，扩链剂4份，发泡剂2份，胺类催化剂2.25份，凝胶催化剂0.25份，表面活性剂3份，交联剂2份，异氰酸酯100份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的全水发泡聚氨酯泡沫，其特征在于：所述多元醇选自聚醚多元醇或/和聚酯多元醇；和/或，所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯中的任一种或多种。
5.根据权利要求4所述的全水发泡聚氨酯泡沫，其特征在于：所述多元醇为聚氧化丙烯三醇；和/或，所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯。
6.根据权利要求5所述的全水发泡聚氨酯泡沫，其特征在于：所述聚氧化丙烯三醇选自分子量为1000、3000或4800的聚氧化丙烯三醇中的一种或多种；优选地，所述聚氧化丙烯三醇由分子量为1000和3000的聚氧化丙烯三醇组成。
7.根据权利要求1～3任一项所述的全水发泡聚氨酯泡沫，其特征在于：所述扩链剂为乙二醇；和/或，所述发泡剂为H2O；和/或，所述胺类催化剂由33wt％的三亚乙基二胺与67wt％的一缩二丙二醇组成；和/或，所述凝胶催化剂为二月桂酸二丁基锡；和/或，所述表面活性剂为硅油；和/或，所述交联剂为三乙醇胺。
8.一种制备权利要求1～7任一项所述的全水发泡聚氨酯泡沫的方法，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)按重量配比称取各组分；
(2)将多元醇、扩链剂、发泡剂、胺类催化剂、凝胶催化剂、表面活性剂和交联剂混合，搅拌均匀，得混合物；
(3)将异氰酸酯加入步骤(2)的混合物中，搅拌均匀；
(4)将步骤(3)搅拌好的原料倒入模具中进行发泡，发泡结束后固化，即得。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述搅拌的搅拌速度为≥2000r/min，搅拌时间为30～60s；和/或，步骤(3)中，所述搅拌的搅拌速度为≥2000r/min，搅拌时间为10～15s；和/或，步骤(4)中，所述发泡时间为≤2min；和/或，步骤(4)中，固化为室温固化24h。
10.权利要求1～7任一项所述的全水发泡聚氨酯泡沫在制备汽车内饰件、减震缓冲材料、包装材料、吸音材料中的用途。
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