CN114835875A - 高性能可喷涂聚氨酯泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高性能可喷涂型高性能聚氨酯泡沫材料及其制备工艺。高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，由A组份和B组份按体积比1:1反应得到。所述A组份按重量份数计，由以下组分组成：10‑20份聚醚多元醇I，20‑50份聚醚多元醇II，10‑35份聚醚多元胺，2‑20份胺类扩链剂I和2‑20份胺类扩链剂II，3‑15份羟基扩链剂，0.1‑1份催化剂，0.1‑5份发泡剂。所述B组分为NCO含量在12%‑20%的异氰酸酯预聚物混合物；所述混合物由多苯基多异氰酸酯和NCO含量为12%‑20%的改性异氰酸酯预聚物组成。所述高性能聚氨酯泡沫材料，通过引入特定种类和比例的聚醚多元胺和胺类扩链剂，实现了反应活性高、反应过程对温度和湿度不敏感，发泡精确且密度可控且无需约束模具成型的技术效果，具有广阔的市场应用前景。

Description

高性能可喷涂聚氨酯泡沫材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑复合材料领域，涉及一种可喷涂型聚氨酯泡沫，具体地说，涉及一种高环境适应性高性能可喷涂聚氨酯泡沫材料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯泡沫通常是将异氰酸酯组分，与含活性氢物质(例如聚醚多元醇、聚酯多元醇、小分子多醇、小分子氨基多醇、小分子多元醇胺)、表面活性剂、催化剂、发泡剂，经过混合后通过喷涂、浇注或灌注等工艺方式形成硬质泡沫体。作为一种成熟的技术产品，聚氨酯泡沫是聚氨酯材料中用量最大的功能产品，被广泛应用于保温隔热、减振、汽车内饰和航空航天等领域。
根据发泡方式，聚氨酯泡沫通常分为块状、模塑和喷涂聚氨酯泡沫。目前已商业化的聚氨酯泡沫多采用块状、模塑发泡方式，从而得到性能良好、尺寸稳定、密度和厚度可控的泡沫材料。但块状、模塑发泡方式在制备过程中需要约束模具来定型，从而导致聚氨酯泡沫的生产成本高，生产效率低。此外，正是由于使用了使用模具定型，反应过程中必须使用脱模剂，对环境污染大。
喷涂型聚氨酯泡沫，是将混合好的原料直接喷涂在基材表面；与块状、模塑发泡方式相比，喷涂聚氨酯泡沫的制备工艺具备效率高、成本低、不受模具限制的优势；且通过配方调整可在任意平面、立面和复杂曲面喷涂施工，无需使用脱模剂，绿色环保。但喷涂工艺由于受环境温度和湿度影响，无法精确控制泡沫尺寸、发泡密度和厚度。具体来说，现有喷涂型聚氨酯泡沫的适用温度范围在15℃-40℃，适用的最大湿度为70％，尺寸、厚度、密度变化率大于50％；因此，往往需要后期裁切才能满足使用要求，从而大大限制了其应用领域。这是因为，聚氨酯泡沫的合成过程主要包括凝胶反应和发泡反应，两种反应的核心均为异氰酸酯中的-NCO活性基团和聚醚的羟基活性基团在催化剂的作用下的聚合反应，该反应受环境温度和湿度的影响极大。具体为：(1)温度影响：在反应过程中，当温度大于40℃，发泡剂损耗多，发泡不均匀；当温度小于15℃，反应活性低，发泡效率低，厚度不足，密度过大；(2)湿度影响：反应过程中，当环境湿度大于70％，空气中水气大量参与反应，导致厚度增加，泡沫密度变低、附着力变差、引起泡沫开裂。
为了解决前述问题，研究人员进行了许多研究。中国专利CN202010331246.2公开了一种汽车方向盘用自结皮聚氨酯泡沫快速脱模组合物及其制备方法，通过在组合物中加入一种复合纳米改性离型剂，来提高材料的出模强度和脱模力，但其在发泡成型的过程中仍需提供模具，成本控制效果不明显。中国专利CN200810043460.7公开了一种自结皮聚氨酯脲组合物其制备方法及应用，采用有机二胺作为扩链剂，提高聚氨酯脲成型过程中的聚合反应速度。但这种有机二胺类扩链剂反应活性过高，在固化过程中严重影响物料的流动性，对于复杂产品容易产生暗泡等缺陷，无法实现精确自由发泡，并使反应后聚氨酯泡沫力学性能降低。
综上可知，尽管有以上公开，降低环境温度和湿度对喷涂法制备聚氨酯泡沫的影响，仍然是尚未克服的技术问题。基于此，业界仍需要优化的制备硬质聚氨酯泡沫的方法。
发明内容
针对现有技术中聚氨酯泡沫制备方法所存在的问题，本发明提供了一种高性能可喷涂型高性能聚氨酯泡沫材料及其制备工艺。本发明所述的喷涂型高性能聚氨酯泡沫材料，通过引入特定种类和比例的聚醚多元胺和胺类扩链剂，实现了反应活性高、反应过程对温度和湿度不敏感，发泡精确且密度可控且无需约束模具成型的技术效果，具有广阔的市场应用前景。
本发明的技术方案：
高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，由A组份和B组份按体积比1:1反应得到，所述聚氨酯泡沫具备高环境适应性和重要的实际应用价值。所述A组份按重量份数计，由以下组分组成：10-20重量份的聚醚多元醇I，20-50重量份的聚醚多元醇II，10-35重量份的聚醚多元胺，2-20重量份的胺类扩链剂I和2-20重量份的胺类扩链剂II，3-15重量份的羟基扩链剂，0.1-1重量份的催化剂，0.1-5重量份的发泡剂。通过引入含有高活性氨基的聚醚多元胺和胺类扩链剂，极大减少了凝胶和发泡过程中空气中水汽中的-OH的参与反应程度，大幅度降低了温度和湿度对反应的影响，保证了泡沫的密度和均匀性。
所述聚醚多元醇I为分子量在2000-5000、且伯羟基含量不低于80％的高活性聚醚多元醇。优选的是，所述的聚醚多元醇I是聚氧化丙烯三醇、氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚三醇中的一种或两种。所述聚醚多元醇II为分子量在1000-3000的聚醚多元醇。优选的是，所述的聚醚多元醇II是聚氧化丙烯二醇、氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇中的一种或两种。
所述的聚醚多元胺是平均官能度为2.2-2.5、分子量2000或3000且仲胺含量大于40％的聚醚多元胺。优选的是，所述的聚醚多元胺为聚氧化丙烯二胺、氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚二胺、聚氧化丙烯三胺和氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚三胺中的两种或三种。所述聚醚多元胺含有高活性的氨基，能够极大地减少环境水汽中的羟基参与凝胶和发泡反应，保证了泡沫尺寸稳定、发泡密度精确，从而大大降低了反应了对环境湿度的敏感性。同时，适量的仲胺含量降低了凝胶速度(可延长30min以上)，从而避免了凝胶反应中暗泡的产生，增加流平性，使泡沫密度更加均匀。此外，聚醚多元胺的两个氨基与异氰酸酯形成脲键，脲键的键能远大于氨基甲酸酯键，能够极大的提升材料的拉伸强度和伸长率。
所述的胺类扩链剂I为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷、二甲硫基甲苯二胺和N,N’-二烷基甲基二胺中的两种或三种。与聚醚多元胺相比，胺类扩链剂I的反应活性极高，添加量10％以上时能将凝胶时间缩短到30s以内，通过调整聚醚多元胺和胺类扩链剂I的配比，可根据实际需求调整反应速度。此外，胺类扩链剂I对温度变化不敏感，在0℃-70℃范围内凝胶时间相差不超过5s。其中，3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷结构规整、对称性好，有利于形成较多的氢键、增加物理交联程度，提高拉伸强度和伸长率；与一般的扩链剂相比，两个氯原子的空间位阻效应降低其反应活性，更有利于调整反应速度。二甲硫基甲苯二胺的分子量小，可以形成更多的硬段结构，提升材料的拉伸强度；与3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷相同，而苯环上硫基的空间位阻效应降低反应活性，有利于调整反应速度。N,N’-二烷基甲基二胺为仲胺，与一般的扩链剂相比，反应活性较低，且不受环境湿度的影响，适量的添加量能够使材料获得良好的流平性，使发泡密度和厚度更均匀，两侧的烷基相当于内增塑剂，能调节硬度，且并不会发生分子迁移。
所述的胺类扩链剂II为聚天冬氨酸脂。优选的是，所述的胺类扩链剂II为二烷基马来酸酯与脂肪族二胺聚合得到的聚天冬氨酸脂；所述脂肪族二胺的分子量为200-400。聚天冬氨酸脂的空间冠状位阻结构极大降低了其反应速度，减少环境中湿度对发泡体系的影响，能够有效控制凝胶和发泡反应的时间，保证泡沫的尺寸稳定性、泡沫密度和厚度；且脂肪族二胺的结构，能够极大地提升材料的耐候性。
所述的羟基扩链剂的羟值范围为500-650mg KOH/g，以甘油、三羟甲基丙烷或季戊四醇为起始剂。所述的催化剂为N,N-二甲基环己胺、三乙胺、二乙胺、二月桂酸二丁基锡、异辛铅和有机铋中的两种或多种；所述的发泡剂为水，也不使用有机溶剂，制备过程绿色环保。
所述B组分为NCO含量在12％-20％的异氰酸酯预聚物混合物；所述混合物由多苯基多异氰酸酯和NCO含量为12％-20％的改性异氰酸酯预聚物组成，所述的改性异氰酸酯预聚物由二苯基甲烷二异氰酸酯与聚醚多元醇II反应得到。其中，二苯基甲烷二异氰酸酯优选4,4’-二苯基甲烷二异氰酸，由其制得的预聚体反应活性大，对温度变化不敏感，且其对称性好，分子更加规整更容易结晶，有利于形成更多的氢键，提升材料的拉伸强度和断裂伸长率。多苯基多异氰酸酯的官能度大于2，增加体系交联程度，能够提升泡沫拉伸强度。
高性能可喷涂型聚氨酯泡沫的A组分和B组份，通过各成分的配比，可以调整材料的凝胶时间、发泡密度、结皮厚度、发泡厚度、拉伸强度、断裂伸长率。
如前所述的聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备A组份：将聚醚多元醇I、聚醚多元醇II、羟基扩链剂、聚醚多元胺、胺类扩链剂I、胺类扩链剂II、催化剂和发泡剂按比例投入搅拌釜中，搅拌均匀，即得到A组分；
(2)制备B组份：将二苯基甲烷二异氰酸酯单体加入反应釜中，升温到60℃-65℃，保持10-15min；在氮气保护下加入聚醚多元醇II，升温至80℃-85℃反应2h-2.5h，得到改性异氰酸酯预聚物；然后加入适量多苯基多异氰酸酯，混合均匀后，冷却降温得到B组分。其中，所述二苯基甲烷二异氰酸酯单体的用量为43-50重量份，所述聚醚多元醇II的用量为50-62重量份，所述多苯基多异氰酸酯的用量为5-10重量份。
(3)制备聚氨酯泡沫：将制备好的A组分和B组分按照体积比1:1喷涂于样品表面，反应固化，即得到高性能可喷涂型聚氨酯泡沫。其中，所述反应固化的温度条件为5℃-70℃，湿度条件为不大于90％。
现有材料温度使用范围在15℃-40℃，尺寸、厚度、密度变化率大于50％，通过对材料的配方设计，材料制备及使用温度扩大到5℃-70℃，不同温度下材料的尺寸、厚度、密度变化率小于10％；适用湿度范围从现有材料最大湿度70％提升到90％，且尺寸、厚度、密度变化率小于现有材料的25％，发泡密度和厚度更均匀，力学性能也远高于现有材料。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，通过引入含有高活性氨基基团的聚醚多元胺和胺类扩链剂，极大的减少了凝胶和发泡反应过程水汽中-OH的参与，从而显著提升了材料对环境温度和湿度适应性，适用温度范围扩大到5-70℃，适用最大湿度提升到90％，保证泡沫尺寸的稳定性的精确发泡密度。
(2)本发明所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，通过调整A组份和B组份中各组分的含量，能够将凝胶时间控制在10s-500s之间；根据实际需要，既可以实现快速固化的喷涂成型，应用于各种立面、平面和复杂曲面，也可以进行慢速的浇注发泡成型，适应性好。
(3)与传统喷涂聚氨酯泡沫相比，本发明所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，无需模具，因而不存在模具的制造成本和脱模过程的成本，还避免了脱模剂使用造成的环境污染；同时，由于极高的温度和湿度适用范围，能在传统材料无法施工的季节和地区进行施工，缩短施工工期，减少施工成本，具有重大的应用价值。
(4)制备本发明所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，可使用传统喷涂设备，避免了购置生产设备的支出，减少生产阶段的基础投入，有利于技术的推广和使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：制备高性能可喷涂型聚氨酯泡沫
原料来源：聚醚多元醇I选用分子量2000的伯羟基含量大于90％的聚氧化丙烯三醇和分子量2000，伯羟基含量大于90％的氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚三醇；聚醚多元醇II选用分子量1000的氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇和分子量1000的聚氧化丙烯二醇；聚醚多元胺选用分子量2000的仲胺氨基含量超过60％氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚二胺，分子量2000的仲胺氨基含量超过60％聚氧化乙烯二胺，分子量3000的伯氨基含量超过90％的氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚三胺；胺类扩链剂I选用3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷、N，N’-二烷基甲基二胺和二甲硫基甲苯二胺；胺类扩链剂II选用分子量200脂肪族二胺与二烷基马来酸酯聚合而成的聚天冬氨酸脂；羟基扩链剂选用甘油做起始剂，羟值500mg KOH/g；催化剂选用二月桂酸二丁基锡、三乙胺和N,N-二甲基环己胺；发泡剂选用水；上述材料皆可通过商业途径购买。
A组分的制备方法：将10重量份聚氧化丙烯三醇，3重量份氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚三醇，32重量份氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇，10重量份聚氧化丙烯二醇，5重量份氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚二胺，5重量聚氧化乙烯二胺，2重量份氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚三胺，10重量份3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷，5重量份N，N’-二烷基甲基二胺，5重量份二甲硫基甲苯二胺，2重量份聚天冬氨酸脂，8重量份羟基扩链剂，0.5重量份二月桂酸二丁基锡，0.4重量份三乙胺，0.1重量份N,N-二甲基环己胺2重量份水按比例加入搅拌釜内，搅拌均匀后得到A组分。
B组分的制备方法：将50重量份二苯基甲烷二异氰酸酯单体加入反应釜中，升温到60℃，保持10min；在氮气保护下加入50重量份聚氧化丙烯二醇，升温至80℃反应2h，得到改性异氰酸酯预聚物；然后加入10重量份多苯基多异氰酸酯，混合均匀后，冷却降温得到B组分。
具体使用方法：将制备好的A组分和B组分用常规聚氨酯泡沫喷涂机，按照体积比1:1喷涂于样品表面，固化后，即可得到目标样品。
实施例2：制备高性能可喷涂型聚氨酯泡沫
原料来源：聚醚多元醇I选用分子量2000的伯羟基含量大于90％的聚氧化丙烯三醇和分子量3000的伯羟基含量大于90％的氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚三醇；聚醚多元醇II选用分子量1000的聚氧化丙烯二醇；聚醚多元胺选用分子量2000的仲胺氨基含量超过60％氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚二胺，分子量3000的伯氨基含量超过90％的聚氧化丙烯三胺；胺类扩链剂I选用3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷和二甲硫基甲苯二胺；胺类扩链剂II选用分子量300脂肪族二胺与二烷基马来酸酯聚合而成的聚天冬氨酸脂；羟基扩链剂选用三羟甲基丙烷做起始剂，羟值560mg KOH/g；催化剂选用二月桂酸二丁基锡、三乙胺和异辛铅；发泡剂选用水；上述材料皆可通过商业途径购买。
A组分的制备方法：将8重量份聚氧化丙烯三醇，2重量份氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚三醇，32重量份聚氧化丙烯二醇，25重量份氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚二胺，10重量份聚氧化丙烯三胺，5重量份3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷，5重量份二甲硫基甲苯二胺，5重量份聚天冬氨酸脂，3重量份羟基扩链剂，0.25重量份二月桂酸二丁基锡，0.35重量份三乙胺，0.1重量份异辛铅，4.3重量份水按比例加入搅拌釜内，搅拌均匀后得到A组分。
B组分的制备方法：将47重量份二苯基甲烷二异氰酸酯单体加入反应釜中，升温到62℃，保持12min；在氮气保护下加入55重量份氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇，升温至81℃反应2.2h，得到改性异氰酸酯预聚物；然后加入8重量份多苯基多异氰酸酯，混合均匀后，冷却降温得到B组分。
具体使用方法：将制备好的A组分和B组分用常规聚氨酯泡沫喷涂机，按照体积比1:1喷涂于样品表面，固化后，即可得到目标样品。
实施例3：制备高性能可喷涂型聚氨酯泡沫
原料来源：聚醚多元醇I选用分子量3000的伯羟基含量大于90％的聚氧化丙烯三醇和聚醚多元醇II选用分子量2000的氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇；聚醚多元胺选用分子量2000的仲胺氨基含量超过60％氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚二胺，分子量2000的伯氨基含量超过90％的聚氧化丙烯三胺；胺类扩链剂I选用3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷和N，N’-二烷基甲基二胺；胺类扩链剂II选用分子量400脂肪族二胺与二烷基马来酸酯聚合而成的聚天冬氨酸脂；羟基扩链剂选用三羟甲基丙烷做起始剂，羟值560mg KOH/g；催化剂选用二月桂酸二丁基锡和二乙胺；发泡剂选用水；上述材料皆可通过商业途径购买。
A组分的制备方法：将12重量份聚氧化丙烯三醇，28重量份氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇，15重量份氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚二胺，2重量份聚氧化丙烯三胺，4重量份3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷，3重量份N，N’-二烷基甲基二胺，20重量份聚天冬氨酸脂，15重量份羟基扩链剂，0.1重量份二月桂酸二丁基锡，0.4重量份二乙胺，0.5重量份水按比例加入搅拌釜内，搅拌均匀后得到A组分。
B组分的制备方法：将46重量份二苯基甲烷二异氰酸酯单体加入反应釜中，升温到65℃，保持10min；在氮气保护下加入56重量份氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇，升温至82℃反应2.3h，得到改性异氰酸酯预聚物；然后加入8重量份多苯基多异氰酸酯，混合均匀后，冷却降温得到B组分。
具体使用方法：将制备好的A组分和B组分用常规聚氨酯泡沫喷涂机，按照体积比1:1喷涂于样品表面，固化后，即可得到目标样品。
实施例4：制备高性能可喷涂型聚氨酯泡沫
原料来源：聚醚多元醇I选用分子量4000的伯羟基含量大于90％的聚氧化丙烯三醇；聚醚多元醇II选用分子量3000的氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇；聚醚多元胺选用分子量3000的仲胺氨基含量超过60％氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚二胺，分子量3000的伯氨基含量超过90％的氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚三胺；胺类扩链剂I选用3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷和N，N’-二烷基甲基二胺；胺类扩链剂II选用分子量400脂肪族二胺与二烷基马来酸酯聚合而成的聚天冬氨酸脂；羟基扩链剂选用三羟甲基丙烷做起始剂，羟值600mg KOH/g；催化剂选用有机铋和二乙胺；发泡剂选用水；上述材料皆可通过商业途径购买。
A组分的制备方法：将20重量份聚氧化丙烯三醇，20重量份氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇，19重量份氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚二胺，5重量份氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚三胺，2重量份3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷，2重量份N，N’-二烷基甲基二胺，13重量份聚天冬氨酸脂，13.8重量份羟基扩链剂，0.05重量份有机铋，0.15重量份二乙胺，5重量份水按比例加入搅拌釜内，搅拌均匀后得到A组分。
B组分的制备方法：将45重量份二苯基甲烷二异氰酸酯单体加入反应釜中，升温到65℃，保持13min；在氮气保护下加入60重量份氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇，升温至82℃反应2.5h，得到改性异氰酸酯预聚物；然后加入5重量份多苯基多异氰酸酯，混合均匀后，冷却降温得到B组分。
具体使用方法：将制备好的A组分和B组分用常规聚氨酯泡沫喷涂机，按照体积比1:1喷涂于样品表面，固化后，即可得到目标样品。
实施例5：制备高性能可喷涂型聚氨酯泡沫
原料来源：聚醚多元醇I选用分子量5000的伯羟基含量大于90％的氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚三醇和分子量5000的伯羟基含量大于90％的聚氧化丙烯三醇；聚醚多元醇II选用分子量3000的聚氧化丙烯二醇；聚醚多元胺选用分子量3000的仲胺氨基含量超过60％聚氧化丙烯二胺和分子量2000的伯氨基含量超过90％的氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚三胺；胺类扩链剂I选用3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷和N，N’-二烷基甲基二胺；胺类扩链剂II选用分子量400脂肪族二胺与二烷基马来酸酯聚合而成的聚天冬氨酸脂；羟基扩链剂选用季戊四醇做起始剂，羟值650mg KOH/g；催化剂选用有机铋和二乙胺；发泡剂选用水；上述材料皆可通过商业途径购买。
A组分的制备方法：将10重量份氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚三醇，6重量份聚氧化丙烯三醇，50重量份聚氧化丙烯二醇，8重量份聚氧化丙烯二胺，2重量份氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚三胺，1重量份3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷，1重量份N，N’-二烷基甲基二胺，16重量份聚天冬氨酸脂，5.8重量份羟基扩链剂，0.05重量份有机铋，0.05重量份二乙胺，0.1重量份水按比例加入搅拌釜内，搅拌均匀后得到A组分。
B组分的制备方法：将43重量份二苯基甲烷二异氰酸酯单体加入反应釜中，升温到64℃，保持15min；在氮气保护下加入62重量份氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇，升温至85℃反应2.5h，得到改性异氰酸酯预聚物；然后加入5重量份多苯基多异氰酸酯，混合均匀后，冷却降温得到B组分。
具体使用方法：将制备好的A组分和B组分用常规聚氨酯泡沫喷涂机，按照体积比1:1喷涂于样品表面，固化后，即可得到目标样品。
实施例6：实施例1-5制备的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫的性能参数
对实施例1-5制备的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫在不同温度、不同湿度下的凝胶时间、泡沫密度、拉伸强度和断裂伸长率进行检测，结果如表1所示。其中，凝胶时间的检测方法采用HG/T4574-2014《聚氨酯原料发泡反应特性的测定方法》进行检测；泡沫密度的检测方法采用GB/T6343-2009《泡沫塑料表观密度的测定》进行检测；拉伸强度和断裂伸长率的检测方法采用GB/T6344-2008《软质泡沫聚合材料拉伸强度和断裂伸长率的测定》进行检测。
表1.实施例1-5制备的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫的性能参数
Figure BDA0003675975700000081
由表1可知，实施例1-5制备的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，在5-70℃的温度范围内，凝胶时间变化不大。以25℃为参照对象，实施例1制备的聚氨酯泡沫在5℃时，凝胶时间增加3s，70℃时凝胶时间减少1s；实施例2-5制备的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫在5-70℃的范围内，凝胶时间的相对变化也不大，最大不超过22％。同时，实施例1-5制备的聚氨酯泡沫在5-70℃的温度范围和湿度不大于90％的范围内，泡沫密度、尺寸和厚度几乎保持恒定，变化率小于5％。这说明，本申请所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，在确保泡沫密度稳定的前提下，将适用的温度范围扩大到了5-70℃，适用最大湿度提升到90％。与现有技术中使用温度范围15℃-40℃、最大湿度70％、尺寸、厚度、密度变化率大于50％相比，本申请所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，不但极大地扩展了其实际使用的环境，而且性能受环境的影响大大减小，具有重要的实际应用价值。
其次，横向比较实施例1-5制备的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫可知，其凝胶时间可以控制在十余秒到几百秒，而与此同时泡沫密度均能保持在较为恒定的数值。说明，在实际施工当中，既可以实现快速固化的喷涂成型，应用于各种立面、平面和复杂曲面，也可以进行慢速的浇注发泡成型，适应性好，满足了不同施工环境的需求。
最后，实施例1-5制备的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，拉伸强度为1800KPa-5000KPa，断裂伸长率为150％-500％，说明本申请所述的聚氨酯泡沫，不但无需模具、温度和湿度适用范围大，而且与现有技术(拉伸强度130KPa-200KPa，断裂伸长率20％-40％)相比，力学性能也得到了极为明显的提升。

Claims (10)

1.高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，由A组份和B组份按体积比1:1反应得到，其特征在于：所述A组份按重量份数计，由以下组分组成：10-20重量份的聚醚多元醇I，20-50重量份的聚醚多元醇II，10-35重量份的聚醚多元胺，2-20重量份的胺类扩链剂I和2-20重量份的胺类扩链剂II，3-15重量份的羟基扩链剂，0.1-1重量份的催化剂，0.1-5重量份的发泡剂；其中，所述的聚醚多元胺是平均官能度为2.2-2.5、分子量为2000或3000且仲胺含量大于40%的聚醚多元胺；所述的胺类扩链剂I为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷、二甲硫基甲苯二胺和N,N’-二烷基甲基二胺中的两种或三种；所述的胺类扩链剂II为聚天冬氨酸脂；
所述B组分为NCO含量在12%-20%的异氰酸酯预聚物混合物；所述混合物由多苯基多异氰酸酯和NCO含量为12%-20%的改性异氰酸酯预聚物组成，所述的改性异氰酸酯预聚物由二苯基甲烷二异氰酸酯与聚醚多元醇II反应得到。
2.根据权利要求1所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的聚醚多元胺为聚氧化丙烯二胺、氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚二胺、聚氧化丙烯三胺和氧化乙烯-氧化丙烯共聚聚醚三胺中的两种或三种。
3.根据权利要求1所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的胺类扩链剂II为二烷基马来酸酯与脂肪族二胺聚合得到的聚天冬氨酸脂；所述脂肪族二胺的分子量为200-400。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，其特征在于：所述聚醚多元醇I为分子量在2000-5000、且伯羟基含量不低于80%的高活性聚醚多元醇；所述聚醚多元醇II为分子量在1000-3000的聚醚多元醇。
5.根据权利要求4所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的聚醚多元醇I是聚氧化丙烯三醇、氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚三醇中的一种或两种；所述的聚醚多元醇II是聚氧化丙烯二醇、氧化丙烯-氧化乙烯共聚聚醚二醇中的一种或两种。
6.根据权利要求4所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的羟基扩链剂的羟值范围为500-650mg KOH/g，以甘油、三羟甲基丙烷或季戊四醇为起始剂。
7.根据权利要求4所述的高性能可喷涂型聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的催化剂为N,N-二甲基环己胺、三乙胺、二乙胺、二月桂酸二丁基锡、异辛铅和有机铋中的两种或多种；所述的发泡剂为水。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备A组份：将聚醚多元醇I、聚醚多元醇II、羟基扩链剂、聚醚多元胺、胺类扩链剂I、胺类扩链剂II、催化剂和发泡剂按比例投入搅拌釜中，搅拌均匀，即得到A组分；
（2）制备B组份：将二苯基甲烷二异氰酸酯单体加入反应釜中，升温到60℃-65℃，保持10-15min；在氮气保护下加入聚醚多元醇II，升温至80℃-85℃反应2h-2.5h，得到改性异氰酸酯预聚物；然后加入适量多苯基多异氰酸酯，混合均匀后，冷却降温得到B组分；
（3）制备聚氨酯泡沫：将制备好的A组分和B组分按照体积比1:1喷涂于样品表面，反应固化，即得到高性能可喷涂型聚氨酯泡沫。
9.根据权利要求8述的聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述二苯基甲烷二异氰酸酯单体的用量为43-50重量份，所述聚醚多元醇II的用量为50-62重量份，所述多苯基多异氰酸酯的用量为5-10重量份。
10.根据权利要求8所述的聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述A组份与B组份反应固化的温度条件为5℃-70℃，湿度条件为不大于90%。
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