CN115725043A - 高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料及其制备方法，主要解决现有技术中存在聚氨酯顶棚材料制备时需要使用氟氯烷烃类发泡剂，对环境不友好、制备成本高的问题。本发明提供一种新的高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料，由组分Ⅰ和组分Ⅱ组成，组分Ⅰ：组分Ⅱ的重量比为100:95～185；其中，以重量份数计，组分Ⅰ由以下组分组成：聚醚多元醇Ⅰ：30～50份，聚醚多元醇Ⅱ：5～15份，聚醚多元醇Ⅲ：20～45份，扩链剂：3～8份，泡沫稳定剂：0.3～2.5份，催化剂：0.4～0.8份，水：2～8份；组分Ⅱ：异氰酸酯95～185份及其制备方法的技术方案，较好地解决了该问题，可用于汽车顶棚材料工业应用中。

Description

高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料及其制备方法。

背景技术

随着绿色环保理念的深入人心，人们对绿色健康材料越来越重视和关心，由于绝大多数的物理发泡剂如HCFC-141b等卤代氟氯烷烃类发泡剂带来的VOC高及环保问题，这类发泡剂越来越受到限制，而水和二氧化碳具有无毒、无气味的特点，所以单就发泡剂而言，全水发泡远远胜于添加物理发泡剂的发泡方式。水与异氰酸酯反应生成二氧化碳气体，使黏弹性的泡沫物料膨胀、发泡、固化，得到各种聚氨酯泡沫塑料。由于全水发泡初期会在极短的时间聚集大量的热量以及水的用量过多会导致泡沫僵硬，一般而言水的用量越多，泡沫越易烧心，越发僵硬，使其强度等力学性能越发下降。

在汽车顶棚行业内采用全水发泡的顶棚，能够使用时，密度为25kg/m³时，拉伸强度通常可以做到100Kpa左右，密度为35kg/m³时，拉伸强度通常可以做到180Kpa左右。随中国智能制造的发展，该强度已经初现满足不了自动智能化生产的要求。聚氨酯泡沫塑料行业也正处于推动产业技术变革和优化升级中，对聚氨酯泡沫制品的强度也提出了更高的要求，为了提高聚氨酯泡沫的强度，常常采用添加具有高刚性基团的助剂、纳米级补强剂或通过化学改性手段进行增强。添加粉末助剂会对聚氨酯泡沫梯度方面造成一些不好的影响，纳米级助剂和化学改性通常意味着增加较高的成本，因此，提出一种高强度全水发泡聚氨酯泡沫塑料及其制备方法十分有必要。

专利CN105229047B公开了一种高强度聚氨酯泡沫组合物及方法，通过引入衍生自二氧化碳和一种或多种环氧化物的共聚合的一种或多种聚碳酸酯多元醇增强添加剂，制得的高强度聚氨酯泡沫制品，但聚碳酸酯多元醇往往粘度太大、与聚醚多元醇相容性差和易水解问题，极大地限制了其应用。

专利CN112358647 A公开了一种高强度聚氨酯硬质泡沫塑料及其制备方法，通过将聚磷酸铵引入到在碳纳米管接枝金属氢氧化物得到的物料，使其与带有黄硫酸基的膨胀石墨发生复合提升聚氨酯泡沫塑料的力学性能，但其工艺较复杂，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中存在聚氨酯顶棚材料制备时需要使用氟氯烷烃类发泡剂，对环境不友好、制备成本高的问题。提供一种新的高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料及其制备方法，该方法具有对环境友好、成本低，且大大提高了聚氨酯顶棚材料的强度等力学性能的优点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的全水发泡聚氨酯顶棚材料的制备方法。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料，由组分Ⅰ和组分Ⅱ组成，组分Ⅰ：组分Ⅱ的重量比为100:95～185；其中，以重量份数计，组分Ⅰ由以下组分组成：聚醚多元醇Ⅰ：30～50份，聚醚多元醇Ⅱ：5～15份，聚醚多元醇Ⅲ：20～45份，扩链剂：3～8份，泡沫稳定剂：0.3～2.5份，催化剂：0.4～0.8份，水：2～8份；组分Ⅱ：异氰酸酯95～185份；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ以山梨糖醇为起始剂，由环氧丙烷聚合而成，官能度为6，分子量为10000～13000；所述的聚醚多元醇Ⅱ以丙三醇和山梨糖醇为起始剂，由环氧乙烷、环氧丙烷聚合而成，官能度为4，分子量为6000～ 7500，EO含量为70～80％；所述的聚醚多元醇Ⅲ以丙三醇、山梨糖醇或季戊四醇中的一种或多种为起始剂，由环氧乙烷和环氧丙烷聚合而成，官能度为3～6，分子量为350～700；所述的泡沫稳定剂选自L580、AK8805、DC193或B8444中的至少一种；所述的催化剂为胺类催化剂中的至少两种；组分Ⅱ中异氰酸酯为纯MDI、粗MDI、碳化二亚胺改性MDI或 TDI中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的叔胺类催化剂选自NE300、LE-710、A33、A1或DPA中的至少两种；所述的组分Ⅰ中水的份数为2～6.5份。

上述技术方案中，优选地，所述的组分Ⅰ中水的份数为3～5份。

上述技术方案中，优选地，所述的扩链剂选自一乙醇胺、二乙醇胺、乙二胺、乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇、己二醇、二甘醇或二丙二醇中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的异氰酸酯选自4,4-MDI、PM-200、M20S、MDI-50 或TDI-80中的至少一种。

为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：

一种权利要求1所述的高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料的制备方法，包括以下步骤：

以重量份数计，准备组分Ⅰ：聚醚多元醇Ⅰ：30～50份，聚醚多元醇Ⅱ：5～15份，聚醚多元醇Ⅲ：20～45份，扩链剂：3～8份，泡沫稳定剂：0.3～2.5份，催化剂：0.4～0.8份，水： 2～8份；组分Ⅱ：异氰酸酯95～185份；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ以山梨糖醇为起始剂，由环氧丙烷聚合而成，官能度为6，分子量为10000～13000；所述的聚醚多元醇Ⅱ以丙三醇和山梨糖醇为起始剂，由环氧乙烷、环氧丙烷聚合而成，官能度为4，分子量为6000～7500， EO含量为70～80％；所述的聚醚多元醇Ⅲ以丙三醇、山梨糖醇或季戊四醇中的一种或多种为起始剂，由环氧乙烷和环氧丙烷聚合而成，官能度为3～6，分子量为350～700；所述的泡沫稳定剂选自L580、AK8805、DC193或B8444中的至少一种；所述的催化剂为胺类催化剂中的至少两种；组分Ⅱ中异氰酸酯为纯MDI、粗MDI、碳化二亚胺改性MDI、MDI-50 或TDI中的至少一种。组分Ⅰ与组分Ⅱ的重量比为100：95～185；

制备组分Ⅰ：按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ、聚醚多元醇Ⅲ、泡沫稳定剂、催化剂、扩链剂和水依次加入容器A中，搅拌10～20 秒，物料温度为19～22℃，充分混合；

制备组分Ⅱ：

按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的组分Ⅱ的异氰酸酯加入容器B中，搅拌均匀，物料温度为19～22℃，制备得到组分Ⅱ；

控制环境温度为19～22℃，将组分Ⅰ与组分Ⅱ混合搅拌，搅拌均匀后立即倒入发泡箱内发泡后切片，即制得高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料。

采用本发明的技术方案具有以下优点：第一、发泡配方中采用全水发泡，避免了使用 HCFC-141b等卤代氟氯烷烃类发泡剂带来的VOC高及环保问题；第二、在配方中大量使用高官能度聚醚多元醇，并巧妙地使用硬段聚醚多元醇和软段聚醚多元醇配比，极大地赋予聚氨酯泡沫高强度的材料特性。第三、采用长链的开孔型聚醚多元醇取代常规开孔剂，大大保证了聚氨酯泡沫的透气性和开孔性能。最终得到的聚氨酯泡沫的拉伸强度和压缩强度得到提高，且不使用氟氯烷烃类发泡剂，更环保降本，取得了较好的技术效果。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

表1原料清单

【实施例1】

(1)按以下各组分的重量份数准备原料：

组分Ⅰ：100份，以重量份数计具体包括：CHE-628：30份，CHK-350D：14.5份，4110A：45份，L580：0.8份，B8444：0.3份，NE300：0.35份，A1：0.05份，水：5份，丙三醇： 4份。

组分Ⅱ：异氰酸酯140份，以重量份数计具体包括：纯MDI：40份，M20S：100份；

(2)制备组分Ⅰ：

按照步骤(1)中组分Ⅰ的重量份数，将称量好的各组分依次加入容器A中，搅拌15秒，物料温度为20℃，充分混合，制备得到组分Ⅰ；

(3)制备组分Ⅱ：

按照步骤(1)中组分Ⅱ的重量份数，将称量好的各组分依次加入容器B中，物料温度为20℃，充分混合，制备得到组分Ⅱ；

(4)控制环境温度为20℃，将组分Ⅰ与组分Ⅱ快速混合搅拌，搅拌均匀后立即倒入发泡箱内发泡，制得聚氨酯顶棚材料，其性能指标数据见表4所示。

【实施例2～5】

实施例2～5按照实施例1中的各个步骤进行，区别为发泡配方中的反应原料、原料配比不同，具体见表2；制得的聚氨酯顶棚材料的性能指标数据见表4所示。

表2实施例1～5聚氨酯顶棚材料发泡配方中各组分的重量份数

【比较例1～4】

(1)按表3中各组分的重量份数准备原料；

(2)制备组分Ⅰ：按照步骤(1)中组分Ⅰ的重量份数，将称量好的各组分依次加入容器A中，搅拌15秒，物料温度为20℃，充分混合；

(3)控制环境温度为20℃，将组分Ⅰ与组分Ⅱ快速混合搅拌，搅拌均匀后立即倒入发泡箱内发泡，制得聚氨酯顶棚材料，其性能指标数据见表4所示。

表3比较例1～4聚氨酯顶棚材料发泡配方中各组分的重量份数

表4实施例1～5及比较例1～4的聚氨酯顶棚材料的性能检测数据

本发明在发泡配方中采用全水发泡，避免了使用HCFC-141b等卤代氟氯烷烃类发泡剂带来的VOC高及环保问题，在配方中大量使用高官能度聚醚多元醇，并巧妙地使用硬段聚醚多元醇和软段聚醚多元醇配比，极大地赋予聚氨酯泡沫高强度的材料特性，采用长链的开孔型聚醚多元醇取代常规开孔剂，大大保证了聚氨酯泡沫的透气性和开孔性能。最终得到的聚氨酯泡沫的拉伸强度和压缩强度得到大大地提高。由表4中性能数据可知，实施例1～5 制得的聚氨酯泡沫在同等密度条件下，其压缩强度及拉伸强度均大大高于比较例1～2；实施例5的密度为35Kpa/m³，压缩强度高达250KPa，拉伸强度高达270KPa可见，本发明制备的聚氨酯泡沫具有较高强度优点，且不使用氟氯烷烃类发泡剂，更环保，取得了较好的技术效果，可用于聚氨酯泡沫制品的工业应用中。

Claims (6)

1.一种高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料，由组分Ⅰ和组分Ⅱ组成，组分Ⅰ：组分Ⅱ的重量比为100:95～185；其中，以重量份数计，组分Ⅰ由以下组分组成：聚醚多元醇Ⅰ：30～50份，聚醚多元醇Ⅱ：5～15份，聚醚多元醇Ⅲ：20～45份，扩链剂：3～8份，泡沫稳定剂：0.3～2.5份，催化剂：0.4～0.8份，水：2～8份；组分Ⅱ：异氰酸酯95～185份；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ以山梨糖醇为起始剂，由环氧丙烷聚合而成，官能度为6，分子量为10000～13000；所述的聚醚多元醇Ⅱ以丙三醇和山梨糖醇为起始剂，由环氧乙烷、环氧丙烷聚合而成，官能度为4，分子量为6000～7500，EO含量为70～80％；所述的聚醚多元醇Ⅲ以丙三醇、山梨糖醇或季戊四醇中的一种或多种为起始剂，由环氧乙烷和环氧丙烷聚合而成，官能度为3～6，分子量为350～700；所述的泡沫稳定剂选自L580、AK8805、DC193或B8444中的至少一种；所述的催化剂为胺类催化剂中的至少两种；组分Ⅱ中异氰酸酯为纯MDI、粗MDI、碳化二亚胺改性MDI或TDI中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料，其特征在于，所述的胺类催化剂选自NE300、LE-710、A33、A1或DPA中的至少两种；所述的组分Ⅰ中水的份数为2～6.5份。

3.根据权利要求2所述的高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料，其特征在于，所述的组分Ⅰ中水的份数为3～5份。

4.根据权利要求1所述的高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料，其特征在于，所述的扩链剂选自一乙醇胺、二乙醇胺、乙二胺、乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇、己二醇、二甘醇或二丙二醇中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料，其特征在于，所述的异氰酸酯选自4,4-MDI、PM-200、M20S、MDI-50或TDI-80中的至少一种。

6.一种权利要求1所述的高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)以重量份数计，准备组分Ⅰ：聚醚多元醇Ⅰ：30～50份，聚醚多元醇Ⅱ：5～15份，聚醚多元醇Ⅲ：20～45份，扩链剂：3～8份，泡沫稳定剂：0.3～2.5份，催化剂：0.4～0.8份，水：2～8份；组分Ⅱ：异氰酸酯95～185份；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ以山梨糖醇为起始剂，由环氧丙烷聚合而成，官能度为6，分子量为10000～13000；所述的聚醚多元醇Ⅱ以丙三醇和山梨糖醇为起始剂，由环氧乙烷、环氧丙烷聚合而成，官能度为4，分子量为6000～7500，EO含量为70～80％；所述的聚醚多元醇Ⅲ以丙三醇、山梨糖醇或季戊四醇中的一种或多种为起始剂，由环氧乙烷和环氧丙烷聚合而成，官能度为3～6，分子量为350～700；所述的泡沫稳定剂选自L580、AK8805、DC193或B8444中的至少一种；所述的催化剂为胺类催化剂中的至少两种；组分Ⅱ中异氰酸酯为纯MDI、粗MDI、碳化二亚胺改性MDI、MDI-50或TDI中的至少一种。组分Ⅰ与组分Ⅱ的重量比为100：95～185；

(2)制备组分Ⅰ：按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ、聚醚多元醇Ⅲ、泡沫稳定剂、催化剂、扩链剂和水依次加入容器A中，搅拌10～20秒，物料温度为19～22℃，充分混合；

(3)制备组分Ⅱ：

按照步骤(1)中组分及重量份数，将称量好的组分Ⅱ的异氰酸酯加入容器B中，搅拌均匀，物料温度为19～22℃，制备得到组分Ⅱ；

(4)控制环境温度为19～22℃，将组分Ⅰ与组分Ⅱ混合搅拌，搅拌均匀后立即倒入发泡箱内发泡后切片，即制得高强度全水发泡聚氨酯顶棚材料。