CN1908029A - 硬质聚氨酯泡沫三元复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的制备方法。采用聚醚多元醇QZ－4110、聚醚多元醇QZ－635、二苯甲烷二异氢酸酯5005、胺类催化剂A－33、二月桂酸二丁基锡、促进剂DMP－30、硬泡硅油、纳米二氧化硅和有机蒙脱土按一定的配比混合，超声分散均匀，用电动搅拌机于2500～3500r/min下搅拌10～15s，注入模具中发泡成型后，置于70～80℃烘箱中，熟化4～6小时，所得的复合材料就是纳米增强聚氨酯三元复合材料。本发明的纳米复合材料制备工艺简单、成本低廉、综合性能优良，在建筑、交通以及国防等行业中具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料的配方和制备工艺过程，尤其涉及一种硬质聚氨酯泡沫三元复合材料及其制备方法。
背景技术
硬质聚氨酯泡沫塑料(rigid polyurethane foam，简称RPUF)，又称聚氨酯硬泡，具有较高的压缩强度和较好的尺寸稳定性，可以部分代替木材、金属和其他塑料，在建筑、交通以及国防等行业中用途广泛。
作为结构材料，要求有一定的强度、刚度和韧性，聚氨酯硬泡塑料由于强度较结构材料仍旧较低，力学性能较差，在许多特殊的工作条件下达不到作为结构材料的使用要求。为解决这些问题，就要对聚氨酯硬泡塑料进行增强。近年来研究已报道的增强剂大部分为无机填料，主要是二氧化硅粒子、碳酸钙、中空玻璃微珠和有机蒙脱土及玻璃纤维、有机纤维、碳纤维和木质素等。在聚氨酯泡沫中加入各种增强性的填料制造复合材料，一方面可以降低成本、提高力学性能，另一方面还能进一步提高聚氨酯的耐磨性。
目前，聚氨酯增强研究主要是单一增强剂的使用。使用单一增强剂能提高聚氨酯泡沫的某一方面力学性能，但常常会使泡沫的另一力学性能下降或没有什么影响。如研究发现加入纳米二氧化硅能提高聚氨酯泡沫的压缩强度，但降低了聚氨酯泡沫的拉伸强度；加入有机蒙脱土能提高聚氨酯泡沫的拉伸强度，但对聚氨酯泡沫的压缩强度则没有什么改变。
发明内容
本发明的目的是提供一种硬质聚氨酯泡沫三元复合材料及其制备方法。
硬质聚氨酯泡沫三元复合材料，原料配方按重量份数：
聚醚多元醇QZ-4110 80～100份
聚醚多元醇QZ-635 0.1～20份
二苯甲烷二异氢酸酯5005 110～160份
胺类催化剂A-33 1～2份
二月桂酸二丁基锡 0.02～0.05份
促进剂DMP-30 1.5～2.5份
硬泡硅油 1～4份
纳米二氧化硅 1～20份
有机蒙脱土 0.5～10份。
所述的纳米二氧化硅采用偶联剂KH550化学处理。有机蒙脱土采用十八烷基伯胺盐化学处理。
硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的制备方法的步骤如下：
1)按配比将聚醚多元醇QZ-4110、聚醚多元醇QZ-635、胺类催化剂A-33、二月桂酸二丁基锡、促进剂DMP-30、硬泡硅油混合，加入经偶联剂KH550化学处理的纳米二氧化硅形成白料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
2)按配比将二苯甲烷二异氢酸酯5005与经十八烷基伯胺盐化学处理的有机蒙脱土混合形成黑料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
3)将上述白料与黑料用电动搅拌机搅拌混合10～15s，当有气泡发出、泡体发白时，注入模具中发泡、胀定，电动搅拌机的转速为2800～3200r/min；
4)经脱模成型后，置于70～80℃烘箱中，熟化4～6小时，即可。
本发明选用有机蒙脱土和经偶联剂处理过的纳米二氧化硅同时增强硬质聚氨酯泡沫塑料，不仅克服了单一增强剂带来的缺点，而且综合利用了二者的优点，同时提高了硬质聚氨酯泡沫的压缩强度和拉伸强度，明显改善了材料的综合性能。此外，在国内外首次利用有机蒙脱土的层间结合水作为硬质聚氨酯泡沫塑料的发泡剂，改进了泡沫配方及制备工艺。
利用本发明方法得到的高性能硬质聚氨酯/纳米三元复合材料体系，具有优异的性能，应用领域广泛。其工艺控制简单，便于加工，而且可以根据性能需要调节增强剂的量，具有低成本、高性能的特点。
具体实施方式
实施例1
1)按配比将80份聚醚多元醇QZ-4110、20份聚醚多元醇QZ-635、1份胺类催化剂A-33、0.02份二月桂酸二丁基锡、1.5份促进剂DMP-30、1份硬泡硅油混合，加入1份经偶联剂KH550化学处理的纳米二氧化硅形成白料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
2)按配比将110份二苯甲烷二异氢酸酯5005与0.5份经十八烷基伯胺盐化学处理的有机蒙脱土混合形成黑料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
3)将上述白料与黑料用电动搅拌机搅拌混合10～15s，当有气泡发出、泡体发白时，立即注入玻璃模具中发泡、胀定，电动搅拌机的转速为2800～3200r/min；
4)经脱模成型后，置于70～80℃烘箱中，熟化4～6小时，即可。
此例所得硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的拉伸强度为9.5MPa，压缩强度为6.2MPa，压缩模量为122.7MPa。
实施例2
1)按配比将100份聚醚多元醇QZ-4110、0.1份聚醚多元醇QZ-635、2份胺类催化剂A-33、0.05份二月桂酸二丁基锡、2.5份促进剂DMP-30、4份硬泡硅油混合，加入20份经偶联剂KH550化学处理的纳米二氧化硅形成白料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
2)按配比将160份二苯甲烷二异氢酸酯5005与10份经十八烷基伯胺盐化学处理的有机蒙脱土混合形成黑料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
3)将上述白料与黑料用电动搅拌机搅拌混合10～15s，当有气泡发出、泡体发白时，立即注入玻璃模具中发泡、胀定，电动搅拌机的转速为2800～3200r/min；
4)经脱模成型后，置于70～80℃烘箱中，熟化4～6小时，即可。
此例所得硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的拉伸强度为7.9MPa，压缩强度为5.7MPa，压缩模量为110.4MPa。
实施例3
1)按配比将80份聚醚多元醇QZ-4110、20份聚醚多元醇QZ-635、1.5份胺类催化剂A-33、0.02份二月桂酸二丁基锡、2份促进剂DMP-30、2.5份硬泡硅油混合，加入1份经偶联剂KH550化学处理的纳米二氧化硅形成白料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
2)按配比将150份二苯甲烷二异氢酸酯5005与0.5份经十八烷基伯胺盐化学处理的有机蒙脱土混合形成黑料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
3)将上述白料与黑料用电动搅拌机搅拌混合10～15s，当有气泡发出、泡体发白时，立即注入玻璃模具中发泡、胀定，电动搅拌机的转速为2800～3200r/min；
4)经脱模成型后，置于70～80℃烘箱中，熟化4～6小时，即可。
此例所得硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的拉伸强度为10.2MPa，压缩强度为7.2MPa，压缩模量为133.5MPa。
实施例4
1)按配比将90份聚醚多元醇QZ-4110、10份聚醚多元醇QZ-635、1.5份胺类催化剂A-33、0.02份二月桂酸二丁基锡、2份促进剂DMP-30、2.5份硬泡硅油混合，加入1份经偶联剂KH550化学处理的纳米二氧化硅形成白料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
2)按配比将150份二苯甲烷二异氢酸酯5005与0.5份经十八烷基伯胺盐化学处理的有机蒙脱土混合形成黑料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
3)将上述白料与黑料用电动搅拌机搅拌混合10～15s，当有气泡发出、泡体发白时，立即注入玻璃模具中发泡、胀定，电动搅拌机的转速为2800～3200r/min；
4)经脱模成型后，置于70～80℃烘箱中，熟化4～6小时，即可。
此例所得硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的拉伸强度为11.6MPa，压缩强度为8.3MPa，压缩模量为151.2MPa。
实施例5
1)按配比将90份聚醚多元醇QZ-4110、10份聚醚多元醇QZ-635、1.5份胺类催化剂A-33、0.02份二月桂酸二丁基锡、2份促进剂DMP-30、2.5份硬泡硅油混合，加入2份经偶联剂KH550化学处理的纳米二氧化硅形成白料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
2)按配比将150份二苯甲烷二异氢酸酯5005与1份经十八烷基伯胺盐化学处理的有机蒙脱土混合形成黑料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
3)将上述白料与黑料用电动搅拌机搅拌混合10～15s，当有气泡发出、泡体发白时，立即注入玻璃模具中发泡、胀定，电动搅拌机的转速为2800～3200r/min；
4)经脱模成型后，置于70～80℃烘箱中，熟化4～6小时，即可。
此例所得硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的拉伸强度为13.4MPa，压缩强度为8.9MPa，压缩模量为160.5MPa。
实施例6
1)按配比将90份聚醚多元醇QZ-4110、10份聚醚多元醇QZ-635、1.5份胺类催化剂A-33、0.02份二月桂酸二丁基锡、2份促进剂DMP-30、2.5份硬泡硅油混合，加入4份经偶联剂KH550化学处理的纳米二氧化硅形成白料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
2)按配比将150份二苯甲烷二异氢酸酯5005与2份经十八烷基伯胺盐化学处理的有机蒙脱土混合形成黑料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
3)将上述白料与黑料用电动搅拌机搅拌混合10～15s，当有气泡发出、泡体发白时，立即注入玻璃模具中发泡、胀定，电动搅拌机的转速为2800～3200r/min；
4)经脱模成型后，置于70～80℃烘箱中，熟化4～6小时，即可。
此例所得硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的拉伸强度为17.8MPa，压缩强度为10.3MPa，压缩模量为198.7MPa。
实施例7
1)按配比将90份聚醚多元醇QZ-4110、10份聚醚多元醇QZ-635、1.5份胺类催化剂A-33、0.02份二月桂酸二丁基锡、2份促进剂DMP-30、2.5份硬泡硅油混合，加入8份经偶联剂KH550化学处理的纳米二氧化硅形成白料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
2)按配比将150份二苯甲烷二异氢酸酯5005与4份经十八烷基伯胺盐化学处理的有机蒙脱土混合形成黑料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
3)将上述白料与黑料用电动搅拌机搅拌混合10～15s，当有气泡发出、泡体发白时，立即注入玻璃模具中发泡、胀定，电动搅拌机的转速为2800～3200r/min；
4)经脱模成型后，置于70～80℃烘箱中，熟化4～6小时，即可。
此例所得硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的拉伸强度为10.9MPa，压缩强度为9.1MPa，压缩模量为169.8MPa。
实施例8
1)按配比将90份聚醚多元醇QZ-4110、10份聚醚多元醇QZ-635、1.5份胺类催化剂A-33、0.02份二月桂酸二丁基锡、2份促进剂DMP-30、2.5份硬泡硅油混合，加入16份经偶联剂KH550化学处理的纳米二氧化硅形成白料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
2)按配比将150份二苯甲烷二异氢酸酯5005与8份经十八烷基伯胺盐化学处理的有机蒙脱土混合形成黑料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
3)将上述白料与黑料用电动搅拌机搅拌混合10～15s，当有气泡发出、泡体发白时，立即注入玻璃模具中发泡、胀定，电动搅拌机的转速为2800～3200r/min；
4)经脱模成型后，置于70～80℃烘箱中，熟化4～6小时，即可。
此例所得硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的拉伸强度为8.2MPa，压缩强度为6.5MPa，压缩模量为117.3MPa。
Claims (4)
1、一种硬质聚氨酯泡沫三元复合材料，其特征在于，原料配方按重量份数：
聚醚多元醇QZ-4110 80～100份
聚醚多元醇QZ-635 工 0.1～20份
二苯甲烷二异氢酸酯5005 110～160份
胺类催化剂A-33 1～2份
二月桂酸二丁基锡 0.02～0.05份
促进剂DMP-30 1.5～2.5份
硬泡硅油 1～4份
纳米二氧化硅 1～20份
有机蒙脱土 0.5～10份。
2、根据权利要求1所述的一种硬质聚氨酯泡沫三元复合材料，其特征在于：所述的纳米二氧化硅采用偶联剂KH550化学处理。
3、根据权利要求1所述的一种硬质聚氨酯泡沫三元复合材料，其特征在于：所述的有机蒙脱土采用十八烷基伯胺盐化学处理。
4、一种如权利要求1所述的硬质聚氨酯泡沫三元复合材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：
1)按配比将聚醚多元醇QZ-4110、聚醚多元醇QZ-635、胺类催化剂A-33、二月桂酸二丁基锡、促进剂DMP-30、硬泡硅油混合，加入经偶联剂KH550化学处理的纳米二氧化硅形成白料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
2)按配比将二苯甲烷二异氢酸酯5005与经十八烷基伯胺盐化学处理的有机蒙脱土混合形成黑料，在25～35℃温度下用功率超声使其分散均匀；
3)将上述白料与黑料用电动搅拌机搅拌混合10～15s，当有气泡发出、泡体发白时，注入模具中发泡、胀定，电动搅拌机的转速为2800～3200r/min；
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