CN113292696A - 一种耐高温聚氨酯发泡材料、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及发泡材料技术领域，具体公开了一种耐高温聚氨酯发泡材料、其制备方法及应用。耐高温聚氨酯发泡材料包括如下重量份数的组分：聚醚多元醇80‑120份；异氰酸酯55‑75份；反式‑1‑氯‑3,3,3‑三氟丙烯10‑20份；催化剂1‑2份；扩链剂10.1‑20份；抗氧剂1.5‑6份；染色剂0.5‑1份；抗氧剂按照重量份数计算，由1‑5份的BHT和0.5‑1份的PUR 70混合组成。本申请的耐高温聚氨酯发泡材料具有较好的耐高温性能。

Description

一种耐高温聚氨酯发泡材料、其制备方法及应用
技术领域
本申请涉及发泡材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种耐高温聚氨酯发泡材料、其制备方法及应用。
背景技术
聚合物发泡材料是指以聚合物(塑料、橡胶、弹性体或天然高分子材料)为基础而其内部具有无数气泡的微孔材料，是通过物理或化学方法使聚合物基体内部产生大量的泡孔结构。常用的发泡材料种类有聚氨酯软质和硬质泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料、聚丙烯泡沫塑料等。
聚氨酯发泡材料是以聚氨酯为基体材料，通过物理或者化学方法在聚氨酯基体内部形成大量气泡，进而形成一个个泡孔结构。聚氨酯发泡材料具有低密度、隔热隔音、耐火阻燃、缓冲减震等优点，因此被广泛应用于汽车加工、家具制造、石油化工、军工工业、航天工业以及日用品生产等领域。
针对上述中的相关技术，现有的聚氨酯发泡材料的耐高温性能并不理想，在高温(120℃以上)的条件下长时间使用会发生产品变形等问题。
发明内容
为了提高聚氨酯发泡材料的耐高温性能，本申请提供一种耐高温聚氨酯发泡材料、其制备方法及应用。
第一方面，本申请提供一种耐高温聚氨酯发泡材料，采用如下的技术方案：
一种耐高温聚氨酯发泡材料，包括如下重量份数的组分：
聚醚多元醇80-120份；
异氰酸酯55-75份；
反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯10-20份；
催化剂1-2份；
扩链剂10-20份；
抗氧剂1.5-6份；
染色剂0.5-1份；
所述抗氧剂由BHT和PUR 70混合组成。
通过采用上述技术方案，本申请所使用的抗氧剂中，BHT和PUR 70在提高聚氨酯发泡材料耐高温性能方面具有较好的协同作用。相比于单独使用同等质量的BHT或单独使用同等质量的PUR 70，使用由BHT和PUR 70复合组成的抗氧剂制成的发泡材料具有更好的耐高温性能，可满足150℃下，168h不变形的要求。聚醚多元醇和异氰酸酯是耐高温聚氨酯发泡材料的主要发泡基材。反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯作为发泡剂使用，其具有毒性低、常态下不燃、使用安全等优点。通过添加色膏对混合体系进行染色，使最终得到的耐高温聚氨酯发泡材料颜色较为均匀，且不易发生脱色现象，提高发泡材料的附加价值。
优选的，所述抗氧剂中，按重量比计算，BHT：PUR 70为1:(2-9)。
通过采用上述技术方案，当BHT与PUR 70按上述组分配比混合时，制得的聚氨酯发泡材料的耐高温性能更好，可满足170℃下，168h不变形的要求。
优选的，所述催化剂按照重量份数计算，所述催化剂由Niax-A33和Niax-C225按重量比1:(0.5-2)混合组成。
通过采用上述技术方案，本申请的催化剂中，Niax-A33是一种含有33％三乙烯二胺的液体催化剂，可促进异氰酸酯与多元醇反应，使泡沫交联，同时赋予聚氨酯发泡材料良好的机械性能。Niax-C225作为延迟催化剂使用，其不仅可以提供聚氨酯熟化所需要的催化活性，同时又可以延长操作时间，便于生产，并且不影响发泡材料后期固化。将Niax-A33与Niax-C225共同使用，在促进聚醚多元醇与异氰酸酯反应的前提下，还使发泡体系具有较合适的操作时间，便于生产。
优选的，所述扩链剂由甘油和乙二醇按重量比1:(2-4)混合组成。
通过采用上述技术方案，原料中的扩链剂能与原料中的线型聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展，提高分子量，可明显提高制得发泡材料的力学性能和耐热性能。本申请中的扩链剂由甘油和乙二醇按上述配比混合组成，二者体现出较好的协同作用，不仅可以减少扩链剂的使用总量，而且还能达到扩链剂原有使用量同等的效果，降低了生产成本，节约了资源。
优选的，所述聚醚多元醇采用聚醚多元醇330N、聚醚多元醇3600、聚醚多元醇3031中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，上述的聚醚多元醇均易于获得，且以上述聚醚多元醇为发泡主料发泡而得的聚氨酯发泡材料具有较好的机械强度和耐热性能。
优选的，所述聚醚多元醇由聚醚多元醇330N和聚醚多元醇3600按重量比1:(0.3-0.5)混合组成。
通过采用上述技术方案，本申请优选采用聚醚多元醇330N和聚醚多元醇3600混合组成聚醚多元醇发泡主料，二者复配制得的聚氨酯发泡材料具有更好的机械强度和耐高温性能。
优选的，所述异氰酸酯由异氰酸酯8629和MDI-50LL按重量比1:(0.2-0.5)混合组成。
通过采用上述技术方案，本申请中将异氰酸酯8629与MDI-50LL复配使用，可以使发泡体系具有较快的响应速度，使异氰酸酯与聚醚多元醇快速反应，同时，二者混合可以在不影响反应速度和发泡材料性能的前提下明显减少异氰酸酯的用量，有利于节约生产成本，节约资源。
优选的，所述耐高温聚氨酯发泡材料还包括1-2份的交联剂，所述交联剂采用乙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，向体系中加入交联剂可使线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连在一起，形成网状结构，提高高分子材料的强度和弹性，同时，还可提高交联后的发泡材料的耐热性和阻燃性。
第二方面，本申请提供一种耐高温聚氨酯发泡材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种耐高温聚氨酯发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将聚醚多元醇、反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、催化剂、扩链剂、抗氧剂在1000-1200rpm的转速下搅拌混合40-60min，然后加入染色剂，继续搅拌混合10-15min，得到混合料A；
S2，将混合料A与异氰酸酯在20-30℃下加入发泡机中混合并注入模具中发泡成型，即得耐高温聚氨酯发泡材料。
通过采用上述技术方案，本申请的制备方法步骤简单，且对条件要求较低，原料易于购得，可适合大批量工业化生产，可以制备出耐热性能较为稳定的耐高温聚氨酯发泡材料。
第三方面，本申请提供一种耐高温聚氨酯发泡材料的应用，采用如下的技术方案：一种耐高温聚氨酯发泡材料的应用，所述耐高温聚氨酯发泡材料在汽车发动机装饰罩中应用。
通过采用上述技术方案，本申请的耐高温聚氨酯发泡材料具有较好的耐高温性能，在150℃的条件下可以达到168h外观不变形的要求，因此可以应用于汽车发动机装饰罩的生产，且在使用过程中不会发生形变，可以显著提高汽车发动机装饰罩的使用寿命。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.本申请中将BHT和复合抗氧剂PUR70复配作为抗氧剂使用，由于二者在提高聚氨酯发泡材料的耐高温性能方面具有较好的协同作用，使制得的聚氨酯发泡材料在150℃的条件下168h不变形，当抗氧剂中，按重量比计算，PUR 70：BHT为1:(2-9)，制得的发泡材料可满足170℃下，168h不变形的要求。；
2.本申请中将Niax-A33与Niax-C225共同使用，不仅可以促进聚醚多元醇与异氰酸酯之间的反应，减少催化剂的使用量，还使发泡体系具有较合适的操作时间，便于生产；
3.本申请的方法制备过程简单，原料易于获得，可实现大规模机械化生产，并且可以稳定生产处耐高温性能好的聚氨酯发泡材料。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请的各实施例中所用的原料，除下述特殊说明之外，其他均为市售：
反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯采自霍尼韦尔(Honeywell)，牌号LBA；
BHT采自江苏采薇生物科技有限公司，工业级，有效物质含量99％；
PUR 70采自德国巴斯夫(BASF)，牌号PUR 70；
Niax-A33采自迈图(Momentive)，型号Niax-A33；
Niax-C225采自迈图(Momentive)，型号Niax-C225；
聚醚多元醇330N采自佳化化学，牌号330N；
聚醚多元醇3600采自佳化化学，牌号3600；
聚醚多元醇3031采自佳化化学，牌号3031；
聚醚多元醇4110采自佳化化学，牌号4110；
异氰酸酯8629采自万化化学，牌号8629；
MDI-50LL采自万化化学，型号MDI-50LL；
黑色色膏采自佳丽化工；
抗氧剂168采自德国巴斯夫(BASF)，Irgafos 168；
DC6070采自赢创化学，牌号DC6070；
二甲基环己胺采自山东力昂新材料科技有限公司，型号LA；
一氟二氯乙烷采自山东穗华生物科技有限公司，含量99％，工业级；
本申请中所使用模具的规格为30cm×20cm×5cm；
发泡机采自德国亨内基机械有限公司，型号HK250。
实施例
实施例1
一种耐高温聚氨酯发泡材料，各组分及其相应的重量如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
S1，将聚醚多元醇、反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、催化剂、扩链剂、抗氧剂在1100rpm的转速下搅拌混合50min，然后加入染色剂，在1100rpm的转速下继续搅拌混合12min，得到混合料A；
S2，将混合料A与异氰酸酯在25℃下加入发泡机中混合并注入模具中发泡成型，即得耐高温聚氨酯发泡材料。
实施例2-6
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003088185990000051
Figure BDA0003088185990000061
实施例7-10
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表2所示。
表2实施例4、7-10中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003088185990000062
Figure BDA0003088185990000071
实施例11-15
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表3所示。
表3实施例11-15中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003088185990000072
Figure BDA0003088185990000081
实施例16-20
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表4所示。
表4实施例16-20中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003088185990000082
Figure BDA0003088185990000091
实施例21-25
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表5所示。
表5实施例21-25中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003088185990000092
Figure BDA0003088185990000101
实施例26-30
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表6所示。
表6实施例26-30中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003088185990000102
Figure BDA0003088185990000111
实施例31-35
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表7所示。
表7实施例31-35中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003088185990000112
Figure BDA0003088185990000121
实施例36
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，耐高温聚氨酯发泡材料的制备过程内S1中，还加入0.5kg的交联剂，交联剂采用二乙醇胺。
实施例37
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，耐高温聚氨酯发泡材料的制备过程内S1中，还加入1kg的交联剂，交联剂采用二乙醇胺。
实施例38
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，耐高温聚氨酯发泡材料的制备过程内S1中，还加入1.5kg的交联剂，交联剂采用二乙醇胺。
实施例39
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，耐高温聚氨酯发泡材料的制备过程内S1中，还加入2kg的交联剂，交联剂采用二乙醇胺。
实施例40
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例4的不同之处在于，耐高温聚氨酯发泡材料的制备过程内S1中，还加入2.5kg的交联剂，交联剂采用二乙醇胺。
实施例41
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例38的不同之处在于，交联剂采用三乙醇胺。
实施例42
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例38的不同之处在于，交联剂采用乙二醇。
实施例43
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例1的不同之处在于，耐高温聚氨酯发泡材料的制备步骤如下：
S1，将聚醚多元醇、反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、催化剂、扩链剂、抗氧剂在1000rpm的转速下搅拌混合40min，然后加入染色剂，在1000rpm的转速下继续搅拌混合10min，得到混合料A；
S2，将混合料A与异氰酸酯在20℃下加入发泡机中混合并注入模具中发泡成型，即得耐高温聚氨酯发泡材料。
实施例44
一种耐高温聚氨酯发泡材料，与实施例1的不同之处在于，耐高温聚氨酯发泡材料的制备步骤如下：
S1，将聚醚多元醇、反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、催化剂、扩链剂、抗氧剂在1200rpm的转速下搅拌混合60min，然后加入染色剂，在1200rpm的转速下继续搅拌混合15min，得到混合料A；
S2，将混合料A与异氰酸酯在30℃下加入发泡机中混合并注入模具中发泡成型，即得耐高温聚氨酯发泡材料。
对比例
对比例1
一种发泡材料，由100kg聚醚多元醇330N、2kg DC6070、2kg二甲基环己胺、7kg一氟二氯乙烷和95kg MDI-50LL在25℃、0.6MPa、250rpm的条件下反应40min获得。
对比例2
一种发泡材料，与实施例1的不同之处在于，发泡材料的制备过程中，抗氧剂采用1.5kg BHT。
对比例3
一种发泡材料，与实施例1的不同之处在于，发泡材料的制备过程中，抗氧剂采用1.5kgPUR 70。
对比例4
一种发泡材料，与实施例1的不同之处在于，发泡材料的制备过程中，抗氧剂采用1.5kg抗氧剂168。
性能检测试验
分别取实施例1-44和对比例1-4制得的发泡材料作为测试样品，测试其耐高温性能。
耐高温性能测试方法：将测试样品放至烘箱中，分别在120℃、150℃、170℃的条件下进行耐高温测试，测试时间为168h，分别在测试开始24h、72h和168h后观察测试样品在测试结束后外形是否发生变化，测试结果计入下列表4。
表8耐高温性能测试结果
Figure BDA0003088185990000131
Figure BDA0003088185990000141
Figure BDA0003088185990000151
Figure BDA0003088185990000161
由表8中测试数据可以看出：本申请实施例1-44中制得的耐高温聚氨酯发泡材料可满足150℃下，168h不变形的要求，应用于汽车发动机装饰罩的制作，具有较高的安全性。而对比例1中制得的聚氨酯发泡材料的耐高温性能并不理想，在高温(150℃及以上)的条件下长时间使用会发生产品变形等问题。
实施例1与对比例2-4的不同之处在于，对比例2仅使用与实施例1同等重量的BHT作为抗氧剂，对比例3仅使用与实施例1同等重量的PUR70作为抗氧剂，对比例4仅使用与实施例1同等重量的抗氧剂168作为抗氧剂，结合表8数据可知，对比例2-4制得的发泡材料的耐高温性能远低于实施例1中制得的发泡材料。由此表明了，本申请使用的BHT和PUR 70之间具有较好的协同促进作用，可明显提高制得发泡材料的耐高温性能，可满足150℃下，168h不变形的要求。
实施例4和实施例7-10的不同之处在于，抗氧剂中BHT和PUR 70的重量比不同，结合表8数据可知，当BHT和PUR 70按重量比1:(2-9)混合组成抗氧剂时，制得的耐高温聚氨酯发泡材料具有更好的耐高温性能，可满足170℃下，168h不变形的要求。
实施例4和实施例11-15的不同之处在于，催化剂的组分及配比不同，结合表8数据可知，当催化剂由Niax-A33和Niax-C225按重量比1:(0.5-2)混合组成，制得的耐高温聚氨酯发泡材料具有更好的耐高温性能。分析其原因是由于，Niax-A33和Niax-C225复配，可促进异氰酸酯与多元醇反应，使泡沫交联，从而提高发泡材料的耐高温性能。
实施例4和实施例16-20的不同之处在于，扩链剂的组分及配比不同，结合表8数据可知，当扩链剂由甘油和乙二醇按重量比1:(2-4)混合组成时，制得的耐高温聚氨酯发泡材料具有更好的耐高温性能。分析其原因是由于，甘油和乙二醇可与原料中的线型聚合物上的官能团反应而使分子链扩展，提高分子量，从而提高制得的发泡材料的耐高温性能。
实施例4和实施例21-30的不同之处在于，聚醚多元醇的组分及配比不同，结合表8数据可知，在制备发泡材料的过程中，优选采用聚醚多元醇330N、聚醚多元醇3600、聚醚多元醇3031作为聚醚多元醇原料，进一步优选为将聚醚多元醇330N和聚醚多元醇3600按重量比1:(0.3-0.5)混合组成聚醚多元醇原料。
实施例4和实施例31-35的不同之处在于，异氰酸酯的组成及配比不同，结合表8数据可知，当异氰酸酯由异氰酸酯8629和MDI-50LL按重量比1:(0.2-0.5)混合组成时，制得的耐高温聚氨酯发泡材料具有更好的耐高温性能。
实施例4和实施例36-40的不同之处在于，实施例36-40中在制备发泡材料的过程中还加入了交联剂，结合表8数据可知，在制备发泡材料的过程中，加入1-2份的交联剂可明显提高耐高温聚氨酯发泡材料的耐高温性能，分析其原因是由于向体系中加入交联剂可使线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连在一起，形成网状结构，提高高分子材料的耐热性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种耐高温聚氨酯发泡材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
聚醚多元醇 80-120份；
异氰酸酯 55-75份；
反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯 10-20份；
催化剂 1-2份；
扩链剂 10-20份；
抗氧剂 1.5-6份；
染色剂 0.5-1份；
所述抗氧剂由BHT和PUR 70混合组成。
2.根据权利要求1所述的耐高温聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述抗氧剂中，按重量比计算，BHT：PUR 70为1:(2-9)。
3.根据权利要求1所述的耐高温聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述催化剂由Niax-A33和Niax-C225按重量比1:(0.5-2)混合组成。
4.根据权利要求1所述的耐高温聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述扩链剂由甘油和乙二醇按重量比1:(2-4)混合组成。
5.根据权利要求1所述的耐高温聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述聚醚多元醇采用聚醚多元醇330N、聚醚多元醇3600、聚醚多元醇3031中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的耐高温聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述聚醚多元醇由聚醚多元醇330N和聚醚多元醇3600按重量比1:(0.3-0.5)混合组成。
7.根据权利要求1所述的耐高温聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述异氰酸酯由异氰酸酯8629和MDI-50LL按重量比1:(0.2-0.5) 混合组成。
8.根据权利要求1所述的耐高温聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述耐高温聚氨酯发泡材料还包括1-2份的交联剂，所述交联剂采用乙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。
9.权利要求1-7任一所述耐高温聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将聚醚多元醇、反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、催化剂、扩链剂、抗氧剂在1000-1200rpm的转速下搅拌混合40-60min，然后加入染色剂，继续搅拌混合10-15min，得到混合料A；
S2，将混合料A与异氰酸酯在20-30℃下加入发泡机中混合并注入模具中发泡成型，即得耐高温聚氨酯发泡材料。
10.权利要求1-7任一所述耐高温聚氨酯发泡材料的应用，其特征在于，所述耐高温聚氨酯发泡材料在汽车发动机装饰罩中应用。
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