CN118005990A - 一种高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚氨酯泡棉技术领域，具体涉及一种高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法，制备剪切增稠凝胶，制备聚氨酯泡棉，将剪切增稠凝胶和聚氨酯泡棉进行结合，制备高抗冲聚氨酯泡棉，将高抗冲聚氨酯泡棉与剪切增稠凝胶进行结合，获得抗冲击及抗压缩形变聚氨酯泡棉。采用此剪切增稠凝胶制备的抗冲击及抗压缩形变聚氨酯泡棉具有抗冲吸能性能优异，压缩形变低的优势，厚度范围0.1‑0.3mm，为手机、电脑等电子设备抗冲减震、间隙填充提供了良好的解决方案，解决了现有技术制备的聚氨酯泡棉抗冲减震能力差，对电子设备防护能力不足的缺点，且加工步骤简单，有效提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯泡棉技术领域，尤其涉及一种高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法。
背景技术
高密度微孔聚氨酯泡棉材料具有密封能力强、回弹性好、尺寸稳定性高，加工效率高，防滑、防震、耐老化等优势，广泛应用于移动通信手持终端、笔记本、家用电器、OLED显示屏等电子设备，起到良好的缓冲减震及间隙填充作用。随着科技的发展和电子产品的不断更新迭代，对泡棉吸能、抗冲击和抗压缩形变性能提出了更高的要求。新移动电子设备非常纤细，但设计师们却需要在这些微小包装里加入更多功能和器件。为实现节省空间的设计，显示器、印刷电路板及其他电子元件被塞入非常薄的空间里。但是，这些元器件往往缺乏适当的抗冲击防护措施，移动设备越来越薄的设计趋势不断驱动设计师寻找节省空间的防冲击解决方案。为了适应这种电子产品设计趋势，亟需开发具有更优抗冲击性能和耐压缩形变的低厚度聚氨酯泡棉材料。
现有公告号CN214563590U一种抗冲击超薄聚氨酯泡棉中公开了一种抗冲击超薄聚氨酯泡棉，通过在泡棉本体的两侧设置第一缓冲层和第二缓冲层，能够提高泡棉本体的抗冲击能力。
但是，上述技术方案不涉及材料配方和加工工艺的创新，属于不同结构设计。在泡棉本体两侧设置缓冲层会增加泡棉总厚度，不满足某些电子设备对缓冲减震泡棉厚度的要求，且会使泡棉结构更复杂，增加加工步骤和成本，降低生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法，解决了现有技术中在泡棉本体两侧设置缓冲层会增加泡棉总厚度，不满足某些电子设备对缓冲减震泡棉厚度的要求，且会使泡棉结构更复杂，增加加工步骤和成本，降低生产效率的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法，包括以下步骤：
制备剪切增稠凝胶；
制备聚氨酯泡棉；
将所述剪切增稠凝胶和所述聚氨酯泡棉进行结合，制备高抗冲聚氨酯泡棉；
将所述高抗冲聚氨酯泡棉与所述剪切增稠凝胶进行结合，获得抗冲击及抗压缩形变聚氨酯泡棉。
其中，制备剪切增稠凝胶，所述步骤还包括：
依次将硼酸、羟基硅油和表面改性的纳米二氧化硅颗粒加入反应容器，搅拌均匀，在150-170℃的条件下反应2-3小时；
反应结束后，将产物冷却至室温；
将冷却后的产物加入适量异丙醇，混合均匀，获得剪切增稠凝胶。
其中，所述表面改性的纳米二氧化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：
将氢氧化铵、无水乙醇、蒸馏水加入烧杯，滴入四乙基原硅酸盐，在室温下发生溶胶-凝胶反应，获得纳米二氧化硅；
通过高速离心收集，并用蒸馏水和乙醇洗涤干净后，在真空下充分干燥去除溶剂，获得粒径为100-400nm的纳米二氧化硅颗粒；
将所述纳米二氧化硅颗粒与引发剂、氨丙基三乙氧基硅烷、苯甲基三氯硅烷混合，将氨丙基三乙氧基硅烷、苯甲基三氯硅烷接枝到所述纳米二氧化硅颗粒，获得表面改性的纳米二氧化硅颗粒。
其中，制备聚氨酯泡棉，所述步骤还包括：
将聚醚多元醇、填料、发泡剂、扩链剂、催化剂、匀泡剂按照适当比例混合并搅拌均匀，得到混合料A；其中，所述填料为高岭土、滑石粉、炭黑中的一种或几种，所述发泡剂为水，所述扩链剂为丙二醇、丁二醇、一缩二乙二醇、对双羟乙基双酚A中的一种或几种，所述催化剂为辛酸亚锡、三亚乙基二胺、双醚中的一种或几种，所述匀泡剂为有机硅类匀泡剂；
将所述混合料A与预先计量准确的多异氰酸酯混合并搅拌均匀后，注入模具进行反应、发泡、成型，冷却后获得聚氨酯泡棉。
其中，将所述剪切增稠凝胶和所述聚氨酯泡棉进行结合，制备高抗冲聚氨酯泡棉，所述步骤还包括：
将所述聚氨酯泡棉进行裁切；
将裁切好的所述聚氨酯泡棉浸渍在所述剪切增稠凝胶中，超声震荡5-10分钟，使所述剪切增稠凝胶与所述聚氨酯泡棉充分结合，并在所述聚氨酯泡棉骨架上附着均匀；
将浸渍后的所述聚氨酯泡棉置于烘箱中足够长时间，充分去除溶剂，获得高抗冲聚氨酯泡棉。
本发明的一种高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法，制备的剪切增稠凝胶材料在不受力时柔软而富有弹性，受到快速的冲击力作用时，分子之间会迅速相互锁定，收紧变硬形成一层防护层，从而起到良好的防护效果；当外力消失，材料又恢复到原来的柔软状态，不影响电子设备实际使用时对材料柔韧性的要求。采用此剪切增稠凝胶制备的抗冲击及抗压缩形变聚氨酯泡棉具有抗冲吸能性能优异，压缩形变低的优势，厚度范围0.1-0.3mm，为手机、电脑等电子设备抗冲减震、间隙填充提供了良好的解决方案，解决了现有技术制备的聚氨酯泡棉抗冲减震能力差，对电子设备防护能力不足的缺点，且加工步骤简单，有效提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明的剪切增稠凝胶的第一种结构。
图2是本发明的剪切增稠凝胶的第二种结构。
图3是本发明的剪切增稠凝胶的第三种结构。
图4是本发明的剪切增稠凝胶的红外特征光谱。
图5是本发明的聚氨酯泡棉与剪切增稠凝胶的结合示意图。
图6是本发明的高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法的步骤图。
图7是本发明的制备剪切增稠凝胶的步骤图。
图8是本发明的表面改性的纳米二氧化硅颗粒的制备方法的步骤图。
图9是本发明的制备聚氨酯泡棉的步骤图。
图10是本发明的将所述剪切增稠凝胶和所述聚氨酯泡棉进行结合，制备高抗冲聚氨酯泡棉的步骤图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图10，其中，图1是本发明的剪切增稠凝胶的第一种结构。图2是本发明的剪切增稠凝胶的第二种结构。图3是本发明的剪切增稠凝胶的第三种结构。图4是本发明的剪切增稠凝胶的红外特征光谱。图5是本发明的聚氨酯泡棉与剪切增稠凝胶的结合示意图。图6是本发明的高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法的步骤图。图7是本发明的制备剪切增稠凝胶的步骤图。图8是本发明的表面改性的纳米二氧化硅颗粒的制备方法的步骤图。图9是本发明的制备聚氨酯泡棉的步骤图。图10是本发明的将所述剪切增稠凝胶和所述聚氨酯泡棉进行结合，制备高抗冲聚氨酯泡棉的步骤图。本发明提供一种种高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法：包括以下步骤：
S100：制备剪切增稠凝胶；
S101：依次将硼酸、羟基硅油和表面改性的纳米二氧化硅颗粒加入反应容器，搅拌均匀，在150-170℃的条件下反应2-3小时；
所述表面改性的纳米二氧化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：
S1011：将氢氧化铵、无水乙醇、蒸馏水加入烧杯，滴入四乙基原硅酸盐，在室温下发生溶胶-凝胶反应，获得纳米二氧化硅；
S1012：通过高速离心收集，并用蒸馏水和乙醇洗涤干净后，在真空下充分干燥去除溶剂，获得粒径为100-400nm的纳米二氧化硅颗粒；
S1013：将所述纳米二氧化硅颗粒与引发剂、氨丙基三乙氧基硅烷、苯甲基三氯硅烷混合，将氨丙基三乙氧基硅烷、苯甲基三氯硅烷接枝到所述纳米二氧化硅颗粒，获得表面改性的纳米二氧化硅颗粒。
S102：反应结束后，将产物冷却至室温；
S103：将冷却后的产物加入适量异丙醇，混合均匀，获得剪切增稠凝胶。
具体的，依次将硼酸、羟基硅油和表面改性的纳米二氧化硅颗粒加入反应容器，搅拌均匀，在150-170℃的条件下反应2-3小时，反应结束后，将产物冷却至室温，将冷却后的产物加入适量异丙醇，混合均匀，得到所述剪切增稠凝胶，所制备的剪切增稠凝胶，具有如图1至图4所示的三种可能的结构及红外特征光谱。其中，所述表面改性的纳米二氧化硅颗粒的制备方法为：将氢氧化铵、无水乙醇、蒸馏水加入烧杯，滴入四乙基原硅酸盐，在室温下发生溶胶-凝胶反应制得纳米二氧化硅，然后通过高速离心收集，用蒸馏水和乙醇洗涤干净后，在真空下充分干燥去除溶剂，得到粒径为100-400nm的纳米二氧化硅颗粒，将上述纳米二氧化硅颗粒与引发剂、氨丙基三乙氧基硅烷、苯甲基三氯硅烷混合，将氨丙基三乙氧基硅烷、苯甲基三氯硅烷接枝到纳米二氧化硅颗粒表面，具体方法为：通过超声和机械搅拌将一定量的纳米二氧化硅颗粒分散在无水甲苯溶液中，同时加入适量引发剂和苄基三氯硅烷的混合物，在室温下，苄基三氯硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷与纳米二氧化硅颗粒上的羟基发生水解缩合反应，从而接枝到纳米二氧化硅颗粒表面，完成表面改性。表面改性的作用是提高其与聚氨酯泡棉的相容性，从而可以更好的于聚氨酯泡棉结合，提升材料的抗冲击和抗压缩形变性能。
S200：制备聚氨酯泡棉；
S201：将聚醚多元醇、填料、发泡剂、扩链剂、催化剂、匀泡剂按照适当比例混合并搅拌均匀，得到混合料A；其中，所述填料为高岭土、滑石粉、炭黑中的一种或几种，所述发泡剂为水，所述扩链剂为丙二醇、丁二醇、一缩二乙二醇、对双羟乙基双酚A中的一种或几种，所述催化剂为辛酸亚锡、三亚乙基二胺、双醚中的一种或几种，所述匀泡剂为有机硅类匀泡剂；
S202：将所述混合料A与预先计量准确的多异氰酸酯混合并搅拌均匀后，注入模具进行反应、发泡、成型，冷却后获得聚氨酯泡棉。
具体的，将聚醚多元醇、填料、发泡剂、扩链剂、催化剂、匀泡剂按照适当比例混合并搅拌均匀，得到混合料A，所述填料为高岭土、滑石粉、炭黑中的一种或几种，所述发泡剂为水，所述扩链剂为丙二醇、丁二醇、一缩二乙二醇、对双羟乙基双酚A中的一种或几种，所述催化剂为辛酸亚锡、三亚乙基二胺、双（二甲氨基乙基）醚中的一种或几种，所述匀泡剂为有机硅类匀泡剂；将混合料A与预先计量准确的多异氰酸酯混合并搅拌均匀后，注入模具进行反应、发泡、成型，冷却后得到聚氨酯泡棉。
S300：将所述剪切增稠凝胶和所述聚氨酯泡棉进行结合，制备高抗冲聚氨酯泡棉；
S301：将所述聚氨酯泡棉进行裁切；
S302：将裁切好的所述聚氨酯泡棉浸渍在所述剪切增稠凝胶中，超声震荡5-10分钟，使所述剪切增稠凝胶与所述聚氨酯泡棉充分结合，并在所述聚氨酯泡棉骨架上附着均匀；
S303：将浸渍后的所述聚氨酯泡棉置于烘箱中足够长时间，充分去除溶剂，获得高抗冲聚氨酯泡棉。
具体的，将聚氨酯泡棉按要求裁成Xcm×Ycm×Zcm，X、Y、Z为目标尺寸。将裁切好的泡沫浸渍在剪切增稠凝胶中，超声震荡5-10分钟，使剪切增稠凝胶与聚氨酯泡棉充分结合，并在聚氨酯泡棉骨架（泡孔壁）上附着均匀。将上述材料置于烘箱中足够长时间，充分去除溶剂，得到高抗冲聚氨酯泡棉。
S400：将所述高抗冲聚氨酯泡棉与所述剪切增稠凝胶进行结合，获得抗冲击及抗压缩形变聚氨酯泡棉。
具体的，将高抗冲聚氨酯泡棉与剪切增稠凝胶形成的第一缓冲层、第二缓冲层按图5所示方式进行结合，进一步提升材料整体的抗冲击及抗压缩形变性能。
剪切增稠凝胶提高聚氨酯泡棉抗冲击性的机理为：当冲击物以较高的冲击速率作用在剪切增稠凝胶上时，聚合物分子链没有时间解除彼此之间的缠结，“B—O交联键”来不及断裂，缠结点和“B—O交联键”的存在都大大的阻碍了分子链的运动，宏观上表现出优良的阻尼性能，从而吸收大量冲击能量，对电子设备起到很好的防护效果。同时，剪切增稠凝胶中大量交联键和缠结点的存在提高了材料抵抗压缩永久形变的能力。
上述步骤制备的剪切增稠凝胶材料在不受力时柔软而富有弹性，受到快速的冲击力作用时，分子之间会迅速相互锁定，收紧变硬形成一层防护层，从而起到良好的防护效果；当外力消失，材料又恢复到原来的柔软状态，不影响电子设备实际使用时对材料柔韧性的要求。采用此剪切增稠凝胶制备的抗冲击及抗压缩形变聚氨酯泡棉具有抗冲吸能性能优异，压缩形变低的优势，厚度范围0.1-0.3mm，为手机、电脑等电子设备抗冲减震、间隙填充提供了良好的解决方案，解决了现有技术制备的聚氨酯泡棉抗冲减震能力差，对电子设备防护能力不足的缺点，且加工步骤简单，有效提高生产效率。
实施例
按照上述步骤S100-S400制备与剪切增稠凝胶结合的高抗冲聚氨酯泡棉。其中聚氨酯泡棉尺寸为25cm*10cm*0.1cm，超声震荡时间为5分钟，制得的纳米二氧化硅颗粒粒径为200nm。步骤S101中的反应温度为160℃，反应时间为2小时。
对比例：按照上述步骤S200制备聚氨酯泡棉，配方和工艺与实施例中的相同。不与步骤S100中制备的剪切增稠凝胶进行结合。
关键性能测试结果：
| 测试项目 | 冲击力吸收率 | 压缩永久形变 |
| 测试方法 | ASTMD3574 | |
| 单位 | % | % |
| 实施例 | 45 | 3 |
| 对比例 | 18 | 20 |
冲击吸收率测试方法：模拟智能手机实际应用的跌落条件，将聚氨酯泡棉作为缓冲垫放在两块玻璃之间，玻璃厚度0.5mm，冲击物为30.8克的黄铜球，冲击高度为0.3米。将黄铜球直接跌落在被测试的材料上，通过泡棉两侧的传感器测出缓冲前后的冲击力，计算得出冲击力吸收率。
由以上性能测试结果可以看出，实施例中剪切增稠凝胶复合聚氨酯泡棉的抗冲击性能和抗压缩永久形变性能大幅优于现有技术制备的聚氨酯泡棉。
以上所揭露的仅为本申请一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备剪切增稠凝胶；
制备聚氨酯泡棉；
将所述剪切增稠凝胶和所述聚氨酯泡棉进行结合，制备高抗冲聚氨酯泡棉；
将所述高抗冲聚氨酯泡棉与所述剪切增稠凝胶进行结合，获得抗冲击及抗压缩形变聚氨酯泡棉。
2.如权利要求1所述的高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，制备剪切增稠凝胶，所述步骤还包括：
依次将硼酸、羟基硅油和表面改性的纳米二氧化硅颗粒加入反应容器，搅拌均匀，在150-170℃的条件下反应2-3小时；
反应结束后，将产物冷却至室温；
将冷却后的产物加入适量异丙醇，混合均匀，获得剪切增稠凝胶。
3.如权利要求2所述的高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，所述表面改性的纳米二氧化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：
将氢氧化铵、无水乙醇、蒸馏水加入烧杯，滴入四乙基原硅酸盐，在室温下发生溶胶-凝胶反应，获得纳米二氧化硅；
通过高速离心收集，并用蒸馏水和乙醇洗涤干净后，在真空下充分干燥去除溶剂，获得粒径为100-400nm的纳米二氧化硅颗粒；
将所述纳米二氧化硅颗粒与引发剂、氨丙基三乙氧基硅烷、苯甲基三氯硅烷混合，将氨丙基三乙氧基硅烷、苯甲基三氯硅烷接枝到所述纳米二氧化硅颗粒，获得表面改性的纳米二氧化硅颗粒。
4.如权利要求3所述的高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，制备聚氨酯泡棉，所述步骤还包括：
将聚醚多元醇、填料、发泡剂、扩链剂、催化剂、匀泡剂按照适当比例混合并搅拌均匀，得到混合料A；其中，所述填料为高岭土、滑石粉、炭黑中的一种或几种，所述发泡剂为水，所述扩链剂为丙二醇、丁二醇、一缩二乙二醇、对双羟乙基双酚A中的一种或几种，所述催化剂为辛酸亚锡、三亚乙基二胺、双醚中的一种或几种，所述匀泡剂为有机硅类匀泡剂；
将所述混合料A与预先计量准确的多异氰酸酯混合并搅拌均匀后，注入模具进行反应、发泡、成型，冷却后获得聚氨酯泡棉。
5.如权利要求4所述的高抗冲及抗压缩形变聚氨酯泡棉的制备方法，其特征在于，将所述剪切增稠凝胶和所述聚氨酯泡棉进行结合，制备高抗冲聚氨酯泡棉，所述步骤还包括：
将所述聚氨酯泡棉进行裁切；
将裁切好的所述聚氨酯泡棉浸渍在所述剪切增稠凝胶中，超声震荡5-10分钟，使所述剪切增稠凝胶与所述聚氨酯泡棉充分结合，并在所述聚氨酯泡棉骨架上附着均匀；
将浸渍后的所述聚氨酯泡棉置于烘箱中足够长时间，充分去除溶剂，获得高抗冲聚氨酯泡棉。
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