CN116874719A - 软质聚氨酯泡沫材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种软质聚氨酯泡沫材料及其制备方法与应用，主要解决现有技术中软质聚氨酯泡沫物理性能差、与嵌件之间剥离强度低，而常规聚碳酸酯多元醇的聚氨酯体系粘度大导致添加量受限、体系流动性差的问题，本发明通过采用一种软质聚氨酯泡沫材料，由重量份数比100：25～55的组分A、B组成，以重量份数计，组分A包括聚碳酸酯多元醇Ⅰ10～40份，聚醚多元醇40～90份，聚合物多元醇0～20份，发泡剂1～4份，交联剂0.5～1.5份，催化剂0.5～1.5份，泡沫稳定剂0.4～1份；组分B包括聚碳酸酯多元醇Ⅱ5.8～59.3份，异氰酸酯单体100份；聚碳酸酯多元醇Ⅰ、Ⅱ由CO2与环氧烷烃聚合而成，官能度2～4，分子量1000～3000，CO2含量7～30wt％，伯羟基含量20～95wt％的技术方案较好地解决了上述问题，可用于吸塑座椅的工业应用中。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯领域，特别涉及一种软质聚氨酯泡沫材料及其制备方法与应用。
背景技术
聚氨酯泡沫具有低密度、舒适性高、易加工成型等特点，被广泛应用于汽车领域，如座椅、扶手、顶棚、地毯等系统中；在聚氨酯制品中，添加适量聚碳酸酯多元醇的泡沫制品相对于普通聚醚多元醇制品，由于酯键含量的提升，分子极性随之提高，从而具有更高的粘接性能、物理机械性能、耐老化性能等优点。
对于扶手框架、吸塑座椅等具有高表面能的制品嵌件，聚氨酯泡沫存在难以浸润，导致聚氨酯泡沫制品与框架之间的剥离强度较低的问题，一般解决方法如下：1、添加偶联剂，但成本过高；2、添加聚酯引入酯键，但与原材料体系相溶性差、体系粘度增加过高，流动性能变差；所以，开发出一种既含有酯键以提高泡沫性能，又具有良好的相溶性和流动性的聚氨酯泡沫材料体系具有重要的现实意义。
中国专利CN 109912768A公开了一种聚醚组合物、低VOC聚氨酯泡沫的制备方法，组合物中包括聚醚多元醇和伯羟基摩尔含量≥40mol％的聚醚碳酸酯多元醇，并与发泡剂、扩链剂、催化剂、开孔剂和泡沫稳定剂预热熔化、混合均匀，冷却，然后加入异氰酸酯混合、聚合反应，制得聚氨酯泡沫；但其聚醚碳酸酯多元醇的粘度较大，整个体系中聚醚聚碳酸酯的用量十分有限，力学性能提升程度不高，且会导致体系粘度上升，流动性变差。
中国专利CN105722880A公开了一种用于制造聚氨酯软质泡沫材料的聚醚碳酸酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，通过异氰酸酯组分与异氰酸酯反应性组分的反应制造聚氨酯软质泡沫，异氰酸酯反应性组分包含聚醚碳酸酯多元醇和聚醚多元醇的混合物作为成分，在异氰酸酯反应性组分中，基于存在的多元醇的总重量计，聚醚碳酸酯多元醇的总量为20～80wt％且聚醚多元醇的总量为20～80wt％；但该反应体系中聚醚聚碳酸酯的用量也有限，泡沫的拉伸、撕裂等机械性能较差。
中国专利CN101535364A公开了一种生产软质聚氨酯泡沫的方法，通过使多异氰酸酯与具有至少两个对异氰酸酯基团呈反应性的氢原子的化合物在发泡剂存在下反应而生产软质聚氨酯泡沫，其中包含官能度≥2、羟值10～500mgKOH/g且CO2含量≥2wt％的聚醚碳酸酯多元醇；但其制得的泡沫拉伸强度小、粘结性能差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中软质聚氨酯泡沫的物理机械性能差、与嵌件之间剥离强度低，而常规含聚碳酸酯多元醇的聚氨酯体系粘度大导致添加量受限、体系流动性差的问题，提供一种软质聚氨酯泡沫材料，该材料同时具有物理机械性能好、与嵌件之间剥离强度高，体系粘度小、流动性好的优点。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与技术问题之一相对应的软质聚氨酯泡沫材料的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与技术问题之一相对应的软质聚氨酯泡沫材料的应用。
为解决上述技术问题之一，本发明提供的技术方案如下：一种软质聚氨酯泡沫材料，由组分A和组分B组成，组分A与组分B的重量份数比为100：25～55，其中，组分A以重量份数计包括：聚碳酸酯多元醇Ⅰ10～40份，聚醚多元醇40～90份，聚合物多元醇0～20份，发泡剂1～4份，交联剂0.5～1.5份，催化剂0.5～1.5份，泡沫稳定剂0.4～1份；组分B为由聚碳酸酯多元醇Ⅱ改性的异氰酸酯，以质量份数计包括聚碳酸酯多元醇Ⅱ5.8～59.3份，异氰酸酯单体100份；其中，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ、Ⅱ均由CO2与环氧烷烃聚合而成，其官能度为2～4，分子量为1000～3000，CO2含量为7～30wt％，伯羟基含量为20～95wt％；所述的聚醚多元醇的官能度为2.5～4，分子量为6000～8500，伯羟基含量为70～90wt％；所述的发泡剂为水；所述的交联剂选自小分子醇类或醇胺类中的至少一种；所述的催化剂选自胺类催化剂中的至少一种；所述的泡沫稳定剂选自聚醚改性有机硅表面活性剂中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述的由聚碳酸酯多元醇Ⅱ改性的异氰酸酯由聚碳酸酯多元醇Ⅱ与异氰酸酯单体进行氨基甲酸酯改性而成，其异氰酸酯基含量为20～31.5wt％；所述的异氰酸酯单体选自2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯或碳化二亚胺改性异氰酸酯中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ、Ⅱ均由CO2与环氧丙烷聚合而成。
上述技术方案中，优选地，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ的官能度为2～4，分子量为1000～3000，CO2含量为15～20wt％，伯羟基含量为85～95wt％。
上述技术方案中，优选地，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅱ的官能度为2～2.7，分子量为2300～3000，CO2含量为20～30wt％，伯羟基含量为50～60wt％。
上述技术方案中，优选地，所述的交联剂选自丙三醇、二乙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇胺中的至少一种；所述的催化剂选自三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)醚、四甲基乙二胺、四甲基丙二胺、五甲基二乙烯三胺或五甲基二丙烯三胺中的至少一种；所述的泡沫稳定剂选自B-8715、B-8734、B-8738、B-8747或B-8745中的至少一种。
为解决上述技术问题之二，本发明提供的技术方案如下：一种软质聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量份数计，在容器A中加入聚碳酸酯多元醇Ⅰ10～40份，聚醚多元醇40～90份，聚合物多元醇0～20份，发泡剂1～4份，交联剂0.5～1.5份，催化剂0.5～1.5份，泡沫稳定剂0.4～1份，进行充分混合制得A组分；其中，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ由CO2与环氧烷烃聚合而成，其官能度为2～4，分子量为1000～3000，CO2含量为7～30wt％，伯羟基含量为20～95wt％；所述的聚醚多元醇的官能度为2.5～4，分子量为6000～8500，伯羟基含量为70～90wt％；所述的发泡剂为水；所述的交联剂选自小分子醇类或醇胺类中的至少一种；所述的催化剂选自胺类催化剂中的至少一种；所述的泡沫稳定剂选自聚醚改性有机硅表面活性剂中的至少一种；
(2)按质量份数计，在反应容器B中加入异氰酸酯单体100份，升温至60℃，半小时后加入聚碳酸酯多元醇Ⅱ5.8～59.3份，升温至80℃，反应2小时，制得异氰酸酯基含量20～31.5wt％的B组分；其中，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅱ由CO2与环氧烷烃聚合而成，其官能度为2～4，分子量为1000～3000，CO2含量为7～30wt％，伯羟基含量为20～95wt％；
(3)A、B组分控温于23±2℃，A组分与B组分的质量份数比为100：25～55，将A组分倒入容器C中，再将B组分倒入装有A组分的容器C中，用转速为2500～3500rpm的分散机分散搅拌3～10s，倒入温度为40～60℃的模具中，1.5～3min后取出，得软质聚氨酯泡沫材料。
上述技术方案中，优选地，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ、Ⅱ均由CO2与环氧丙烷聚合而成。
上述技术方案中，优选地，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ的官能度为2～4，分子量为1000～3000，CO2含量为15～20wt％，伯羟基含量为85～95wt％。
上述技术方案中，优选地，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅱ的官能度为2～2.7，分子量为2300～3000，CO2含量为20～30wt％，伯羟基含量为50～60wt％。
上述技术方案中，优选地，所述的异氰酸酯单体选自2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯或碳化二亚胺改性异氰酸酯中的至少一种；所述的交联剂选自丙三醇、二乙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇胺中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述的催化剂选自三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)醚、四甲基乙二胺、四甲基丙二胺、五甲基二乙烯三胺或五甲基二丙烯三胺中的至少一种。
上述技术方案中，优选地，所述的泡沫稳定剂选自B-8715、B-8734、B-8738、B-8747或B-8745中的至少一种。
为解决上述技术问题之三，本发明提供的技术方案如下：将制得的软质聚氨酯泡沫材料用于吸塑座椅的工业应用中。
本发明中的软质聚氨酯泡沫材料，在聚氨酯发泡体系A组分中添加了聚碳酸酯多元醇，同时在B组分中以聚碳酸酯多元醇对异氰酸酯进行改性，并与体系中的聚醚多元醇、聚合物多元醇、发泡剂、交联剂、催化剂和泡沫稳定剂之间协同配合，增加了体系中极性基团的含量，提高了软质聚氨酯泡沫与嵌件，特别是与高表面能嵌件之间的剥离强度，剥离强度可高达4.6N/mm，也由于软段极性的增加，提升了软质聚氨酯泡沫的物理性能，如拉伸强度高达339kPa，断裂伸长率高达189％，撕裂强度高达6.03N/cm；另一方面，采用高CO2含量、较大分子量的聚碳酸多元醇与异氰酸酯单体进行氨基甲酸酯改性，还提高了体系中CO2含量，降低了体系粘度，流动周长可达74.2cm，流动性好；所以，本发明的软质聚氨酯泡沫材料同时具有物理机械性能好、剥离强度高、流动性好的优点，取得了好的技术效果。
本发明制得的软质聚氨酯泡沫材料的性能指标测试方法如下：
流动性评价：采用中国实用新型专利CN202023181312.7中的流动性评价模具，将100g的模塑泡配方料倒入反应槽，温度为45℃，熟化2min，打开模具取出环形样块，测量环形样块的长度，得到流动周长，以评估流动性，流动周长越长，流动性越好。
表观密度(kg/m3)：ISO 845-2006；
拉伸强度(kPa)：GB/T 6344-2008；
断裂伸长率(％)：GB/T 6344-2008；
撕裂强度(N/cm)：GB/T 10808-2006；
剥离强度(N/mm)：GB/T 2792-2014。
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】
一种软质聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量份数计，在容器A中加入聚碳酸酯多元醇D10份、聚醚多元醇A 90份、发泡剂水2份、交联剂二乙二醇1份、催化剂双(二甲氨基乙基醚)0.2份、催化剂三亚乙基二胺0.4份、泡沫稳定剂B-8715 0.4份、泡沫稳定剂B-8734 0.2份，进行充分混合制得A组分；
(2)按质量份数计，在反应容器B中加入Lupranate MS 50份、Lupranate MIPS 25份、Cosmonate LL 25份，升温至60℃，半小时后加入聚碳酸酯多元醇A 22份，升温至80℃，反应2小时，制得NCO质量百分含量为26％的B组分；
(3)将A、B组分控温于23℃，A组分/B组分质量份数比为100/40，按计量将A组分倒入容器C中，再按计量将B组分倒入装有A组分的容器C中，在转速3000rpm下搅拌5s，倒入温度为40℃的模具中，2.5min后取出，得软质聚氨酯泡沫材料制品，其性能数据见表3所示。
【实施例2～6】
实施例2～6按照实施例1中的各个步骤进行，区别为反应原料、原料配比不同，具体见表2所示；制得的软质聚氨酯泡沫材料的性能指标数据见表3所示。
表2实施例1～6及比较例1～2中软质聚氨酯泡沫材料的各组分质量份数
【比较例1】
比较例1按照实施例1的步骤进行，区别为反应原料种类、原料配比不同，详见表2所示，制得的软质聚氨酯泡沫材料的性能指标数据见表3所示。
【比较例2】
比较例2按照实施例1的步骤(1)、(3)进行，步骤(2)中无需反应，按表2的组分质量份数直接混合搅拌即可，其反应原料种类、原料配比详见表2所示，制得的软质聚氨酯泡沫材料的性能指标数据见表3所示。
表3实施例1～6及比较例1～2中软质聚氨酯泡沫材料的性能数据
由表3可知，实施例1～6相对于比较例1，除了在B组分中以聚碳酸酯多元醇对异氰酸酯进行改性外，在聚氨酯发泡体系A组分中也添加了聚碳酸酯多元醇，增加了体系中极性基团的含量，提高了软质聚氨酯泡沫与嵌件，特别是与高表面能嵌件之间的剥离强度，剥离强度高达4.6N/mm，同时由于软段极性的增加，也提升了软质聚氨酯泡沫的物理性能，拉伸强度高达339kPa，断裂伸长率高达189％，撕裂强度高达6.03N/cm；实施例1～6相对于比较例2，采用将高CO2含量、较大分子量的聚碳酸多元醇与异氰酸酯单体进行氨基甲酸酯改性，降低了体系粘度，提高了体系中CO2含量，流动周长可达74.2cm，流动性好，同时提升了拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度等物理机械性能，剥离强度也达到了4.0N/mm以上。
所以，本发明制备的软质聚氨酯泡沫材料同时具有物理机械性能好、剥离强度高、流动性好的优点，取得了好的技术效果，可用于吸塑座椅的工业应用中。
Claims (10)
1.一种软质聚氨酯泡沫材料，由组分A和组分B组成，组分A与组分B的重量份数比为100：25～55，其中，组分A以重量份数计包括：聚碳酸酯多元醇Ⅰ10～40份，聚醚多元醇40～90份，聚合物多元醇0～20份，发泡剂1～4份，交联剂0.5～1.5份，催化剂0.5～1.5份，泡沫稳定剂0.4～1份；组分B为由聚碳酸酯多元醇Ⅱ改性的异氰酸酯，以质量份数计包括聚碳酸酯多元醇Ⅱ5.8～59.3份，异氰酸酯单体100份；其中，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ、Ⅱ均由CO2与环氧烷烃聚合而成，其官能度为2～4，分子量为1000～3000，CO2含量为7～30wt％，伯羟基含量为20～95wt％；所述的聚醚多元醇的官能度为2.5～4，分子量为6000～8500，伯羟基含量为70～90wt％；所述的发泡剂为水；所述的交联剂选自小分子醇类或醇胺类中的至少一种；所述的催化剂选自胺类催化剂中的至少一种；所述的泡沫稳定剂选自聚醚改性有机硅表面活性剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的软质聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述的由聚碳酸酯多元醇Ⅱ改性的异氰酸酯由聚碳酸酯多元醇Ⅱ与异氰酸酯单体进行氨基甲酸酯改性而成，其异氰酸酯基含量为20～31.5wt％；所述的异氰酸酯单体选自2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯或碳化二亚胺改性异氰酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的软质聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ、Ⅱ均由CO2与环氧丙烷聚合而成。
4.根据权利要求1所述的软质聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ的官能度为2～4，分子量为1000～3000，CO2含量为15～20wt％，伯羟基含量为85～95wt％。
5.根据权利要求1所述的软质聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅱ的官能度为2～2.7，分子量为2300～3000，CO2含量为20～30wt％，伯羟基含量为50～60wt％。
6.根据权利要求1所述的软质聚氨酯泡沫材料，其特征在于，所述的交联剂选自丙三醇、二乙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇胺中的至少一种；所述的催化剂选自三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)醚、四甲基乙二胺、四甲基丙二胺、五甲基二乙烯三胺或五甲基二丙烯三胺中的至少一种；所述的泡沫稳定剂选自B-8715、B-8734、B-8738、B-8747或B-8745中的至少一种。
7.一种权利要求1所述的软质聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量份数计，在容器A中加入聚碳酸酯多元醇Ⅰ10～40份，聚醚多元醇40～90份，聚合物多元醇0～20份，发泡剂1～4份，交联剂0.5～1.5份，催化剂0.5～1.5份，泡沫稳定剂0.4～1份，进行充分混合制得A组分；其中，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ由CO2与环氧烷烃聚合而成，其官能度为2～4，分子量为1000～3000，CO2含量为7～30wt％，伯羟基含量为20～95wt％；所述的聚醚多元醇的官能度为2.5～4，分子量为6000～8500，伯羟基含量为70～90wt％；所述的发泡剂为水；所述的交联剂选自小分子醇类或醇胺类中的至少一种；所述的催化剂选自胺类催化剂中的至少一种；所述的泡沫稳定剂选自聚醚改性有机硅表面活性剂中的至少一种；
(2)按质量份数计，在反应容器B中加入异氰酸酯单体100份，升温至60℃，半小时后加入聚碳酸酯多元醇Ⅱ5.8～59.3份，升温至80℃，反应2小时，制得异氰酸酯基含量20～31.5wt％的B组分；其中，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅱ由CO2与环氧烷烃聚合而成，其官能度为2～4，分子量为1000～3000，CO2含量为7～30wt％，伯羟基含量为20～95wt％；
(3)A、B组分控温于23±2℃，A组分与B组分的质量份数比为100：25～55，将A组分倒入容器C中，再将B组分倒入装有A组分的容器C中，用转速为2500～3500rpm的分散机分散搅拌3～10s，倒入温度为40～60℃的模具中，1.5～3min后取出，得软质聚氨酯泡沫材料。
8.根据权利要求7所述的软质聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述的聚碳酸酯多元醇Ⅰ、Ⅱ均由CO2与环氧丙烷聚合而成；聚碳酸酯多元醇Ⅰ的官能度为2～4，分子量为1000～3000，CO2含量为15～20wt％，伯羟基含量为85～95wt％；聚碳酸酯多元醇Ⅱ的官能度为2～2.7，分子量为2300～3000，CO2含量为20～30wt％，伯羟基含量为50～60wt％。
9.根据权利要求7所述的软质聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述的异氰酸酯单体选自2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯或碳化二亚胺改性异氰酸酯中的至少一种；所述的交联剂选自丙三醇、二乙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇胺中的至少一种；所述的催化剂选自三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)醚、四甲基乙二胺、四甲基丙二胺、五甲基二乙烯三胺或五甲基二丙烯三胺中的至少一种；所述的泡沫稳定剂选自B-8715、B-8734、B-8738、B-8747或B-8745中的至少一种。
10.一种权利要求1所述的软质聚氨酯泡沫材料在吸塑座椅中的应用。
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