一种制备玉米芯基聚氨酯硬质泡沫阻尼材料的方法

摘要

本发明公开了一种制备玉米芯基聚氨酯硬质泡沫阻尼材料的方法。该方法将粉碎筛分过的玉米芯经聚乙二醇400和丙三醇的混合试剂液化处理后得到液化产物，再加入氧化镁对其进行中和处理，再与PAPI聚合成聚氨酯硬质泡沫阻尼材料。本发明利用可再生资源，降低了液化成本，合成聚氨酯硬质泡沫材料密度在50-200kg/m3可调，压缩强度达到100-2000kPa，导热系数小于等于0.050w/(m℃)，阻尼系数大于等于0.3的温域范围较大。本发明的产品具有广阔的应用前景，并有显著的环境和社会效益。

权利要求

1.一种制备聚氨酯硬质泡沫的方法，包括下述步骤：

1）将液化溶剂、液化催化剂和玉米芯混合，在130-160℃下反应30-60分钟，反应结束后冷却，得到液化产物；其中，所述液化溶剂为丙三醇和聚乙二醇400的混合溶剂；

所述液化溶剂、液化催化剂与玉米芯的质量比为（90-150）：（4.2-10.0）：30；

所述液化溶剂中丙三醇和聚乙二醇400的质量比为1/4-9/1；

所述液化催化剂为质量浓度72%-98%的硫酸水溶液或质量浓度为35%的盐酸水溶液；

2）在所述液化产物中加入氧化镁，然后将混合液在105℃-120℃下放置8-12h，得到处理后的液化产物；

所述液化产物与氧化镁的质量比为100:（1-4）；

3）将所述处理后的液化产物与二月桂酸二丁基锡、三乙胺和硅油搅拌均匀，再向其中加入PAPI，继续搅拌至出现乳白；然后倒入模具中发泡、熟化，得到聚氨酯硬质泡沫；

所述处理后的液化产物、二月桂酸二丁基锡、三乙胺、硅油以及PAPI的质量比依次为（50-60）:（0.2-0.3）:（0.2-0.3）:（0.45-0.55):（50-60）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中，所述玉米芯为粉碎玉米芯，粒径为20-80目。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤1）中，所述液化溶剂、液化催化剂和玉米芯的加入顺序为：先将液化溶剂和液化催化剂混合，加热至130-160℃后，再加入玉米芯。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤3）中，所述发泡的温度为室温，发泡时间为10-360s；所述熟化的温度为40-60℃，熟化时间为2-4h。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤3）中，所述搅拌的转速为

1100-1300r/min。

6.权利要求1-5中任一项所述方法制备得到的聚氨酯硬质泡沫。

说明书

一种制备玉米芯基聚氨酯硬质泡沫阻尼材料的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制备玉米芯基聚氨酯硬质泡沫阻尼材料的方法。

背景技术

[0002] 聚氨酯泡沫作为一类高分子材料，因其具有优异的比强度、热学特性和良好的加工性能，已广泛应用于交通运输、建筑、家具和包装等各个领域。

[0003] 目前制备聚氨酯泡沫材料主要是由石化产品得到的多元醇和异氰酸酯发生加成缩聚反应而得。然而随着石油资源日趋枯竭，严重影响了聚氨酯工业的原料来源，进而影响聚氨酯工业的发展。

[0004] 以廉价易得的生物质这种可再生能源为原料，通过一定的技术条件液化后，得到含有羟基的液态物质，将其替代石化产品得到的聚醚或聚酯多元醇，制备具有各种性能的聚氨酯泡沫材料成为当前聚氨酯工业研究的热点之一。常压液化是其中一种常见的生物质液化方法。具有液化压力为常压、反应温度较低、反应速度快、经简单处理后即可用作合成聚氨酯泡沫等优点。但其中存在的问题是液化剂如碳酸乙烯酯等在液化过程中由于分解成CO2而挥发等原因，造成大量损失，提高了液化成本；液化剂聚乙二醇400的价格较高；液化催化剂浓硫酸浓度较高腐蚀设备及污染环境；液化时间较长；未经处理的液化多元醇直接合成聚氨酯泡沫的性能差等问题。因此寻找廉价的液化剂、低浓度的液化催化剂、简单的处理方式以降低液化成本，提高聚氨酯泡沫性能是生物质基聚氨酯泡沫工艺迫切需要解决的问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种制备聚氨酯硬质泡沫的方法。

[0006] 本发明所提供的制备聚氨酯硬质泡沫的方法，包括下述步骤：

[0007] 1)将液化溶剂、液化催化剂和玉米芯混合，在130-160℃下反应30-90分钟，反应结束后冷却，得到液化产物；其中，所述液化溶剂为丙三醇和聚乙二醇400的混合溶剂；

[0008] 2)在所述液化产物中加入氧化镁，然后将混合液在105℃-120℃下放置8-12h，得到处理后的液化产物；

[0009] 3)将所述处理后的液化产物与二月桂酸二丁基锡、三乙胺和硅油搅拌均匀，再向其中加入PAPI，继续搅拌至出现乳白；然后倒入模具中发泡、熟化，得到聚氨酯硬质泡沫。

[0010] 其中，步骤1)中，所述液化溶剂中丙三醇和聚乙二醇400的质量比可为1/4-9/1；所述液化催化剂具体可为质量浓度为72％-98％的硫酸或质量浓度为35％的盐酸。

[0011] 所述液化溶剂、液化催化剂与玉米芯的质量比可为(90-150)∶(4.2-10.0)∶30。

[0012] 步骤1)中，所述玉米芯为粉碎玉米芯，粒径为20-80目。

[0013] 所述液化溶剂、液化催化剂和玉米芯的具体加入顺序为：先将液化溶剂和液化催化剂混合，加热至130-160℃后，再加入玉米芯。

[0014] 步骤2)中，加入氧化镁以中和多余的酸催化剂，所述液化产物与氧化镁的质量比可为100∶(1-4)。

[0015] 步骤3)中，所述处理后的液化产物、二月桂酸二丁基锡、三乙胺、硅油以及PAPI(多苯基多亚甲基多异氰酸酯，牌号为PM-200)的质量比依次为(50-60)∶(0.2-0.3)∶(0.2-0.3)∶(0.45-0.55)∶(50-60)。

[0016] 步骤3)中，所述发泡的温度为室温，发泡时间为10-360s；所述熟化的温度为40-60℃，熟化时间为2-4h。所述搅拌的转速可为1100-1300r/min。

[0017] 本发明利用可再生资源，降低了液化成本，合成聚氨酯硬质泡沫材料密度在3
50-200kg/m 可调，压缩强度达到100-2000kPa，导热系数小于等于0.050w/(m℃)，阻尼系数大于等于0.3的温域范围较大。产品具有广阔的应用前景，并有显著的环境和社会效益。

[0018] 本发明与现有制备聚氨酯泡沫相比具有如下的优点和效果：

[0019] 1)本发明方法具有较为明显的成本优势。玉米芯廉价易得，且是可再生资源。另外，该方法液化时间较短，合成聚氨酯泡沫时催化剂用量少，而且未使用任何外加发泡剂，因此，可降低生产成本。

[0020] 2)对液化产物用氧化镁中和，提高了液化产物合成聚氨酯泡沫的性能。用氧化镁对液化产物进行中和处理，解决了直接用液化产物合成聚氨酯泡沫过程中极容易产生塌泡，合成的聚氨酯泡沫泡孔粗大、不均匀等问题。

附图说明

[0021] 图1为实施例1制备的玉米芯基聚氨酯硬质泡沫阻尼材料的阻尼温度特性图。

[0022] 图2为实施例2制备的玉米芯基聚氨酯硬质泡沫阻尼材料的阻尼温度特性图。

[0023] 图3为实施例3制备的玉米芯基聚氨酯硬质泡沫阻尼材料的阻尼温度特性图。

[0024] 图4为实施例4制备的玉米芯基聚氨酯硬质泡沫阻尼材料的阻尼温度特性图。

[0025] 图5为实施例5制备的玉米芯基聚氨酯硬质泡沫阻尼材料的阻尼温度特性图。

[0026] 图6为实施例6制备的玉米芯基聚氨酯硬质泡沫阻尼材料的阻尼温度特性图。

具体实施方式

[0027] 下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。

[0028] 下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

[0029] 实施例中所用的PAPI购自烟台万华聚氨酯有限公司，牌号PM-200，深棕色液体，官能度为2.6～2.7，异氰酸根含量为30.5％～32.0％，闪点为230℃，燃点为245℃。

[0030] 硅油购于为北京化工厂。

[0031] 实施例1、制备玉米芯基聚氨酯硬质泡沫

[0032] 将96重量份聚乙二醇400、24重量份丙三醇以及8.4重量份质量浓度为72％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，升温至160℃，加入30份经粉碎的玉米芯(粒径20-80目)，搅拌反应60min，取出后立即用冷水冷却，得到液化产物。

[0033] 取出100重量份上述液化产物，加入1.5重量份氧化镁中和多余的酸，然后在105℃下放置10h以除去水分。取50重量份处理后的液化产物于纸杯中，同时加入0.26重量份二月桂酸二丁基锡、0.24重量份三乙胺以及0.51重量份硅油，在1300r/min转速下搅拌60s，再加入50重量份的PAPI，在相同的转速下搅拌30s(出现乳白)后迅速倒入模具中，自然发泡6min，脱模，放置50℃下熟化4h，得到聚氨酯硬质泡沫阻尼材料。

[0034] 制得的聚氨酯硬质泡沫密度为79.83kg/m3，压缩强度493.95kPa，导热系数0.037W/(m℃)。该材料的阻尼特性如图1所示，图中横坐标是材料的测试温度，纵坐标是阻尼损耗因子，测试仪器为美国TA公司生产的DMA Q800动态热机械分析仪。由图可知该材料的阻尼系数大于等于0.3的温域范围为74.22℃-141.85℃，阻尼系数的最大值为0.79，具有较宽的温域。

[0035] 实施例2、制备玉米芯基聚氨酯硬质泡沫

[0036] 将80重量份聚乙二醇400、40重量份丙三醇以及4.2重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，升温至130℃，加入30份经粉碎的玉米芯(粒径20-80目)，搅拌反应60min，取出后立即用冷水冷却，得到液化产物。

[0037] 取出100重量份上述液化产物，加入2重量份氧化镁中和多余的酸，然后在105℃下放置12h以除去水分。取50重量份处理后的液化产物于纸杯中，同时加入0.25重量份二月桂酸二丁基锡、0.26重量份三乙胺以及0.48重量份硅油，在1200r/min转速下搅拌60s，再加入50重量份的PAPI，在相同的转速下搅拌20s(出现乳白)后迅速倒入模具中，自然发泡30s，脱模，放置50℃下熟化3h，得到聚氨酯硬质泡沫阻尼材料。

[0038] 制得的聚氨酯硬质泡沫密度为123.77kg/m3，压缩强度253.97kPa，导热系数0.039W/(m℃)，阻尼特性如图2所示，横坐标是材料的测试温度，纵坐标是阻尼损耗因子，测试仪器为美国TA公司生产的DMA Q800动态热机械分析仪。由图可知该材料的阻尼系数大于等于0.3的温域范围为29.09℃-76.01℃，阻尼系数的最大值为0.36，具有较宽的温域。

[0039] 实施例3、制备玉米芯基聚氨酯硬质泡沫

[0040] 将12重量份聚乙二醇400、108重量份丙三醇以及4.2重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，升温至160℃，加入30份经粉碎的玉米芯(粒径20-80目)，搅拌反应60min，取出后立即用冷水冷却，得到液化产物。

[0041] 取出100重量份上述液化产物，加入2重量份氧化镁中和多余的酸，然后在105℃下放置11h以除去水分。取50重量份处理后的液化产物于纸杯中，同时加入0.27重量份二月桂酸二丁基锡、0.24重量份三乙胺以及0.53重量份硅油，在1000r/min转速下搅拌60s，再加入50重量份的PAPI，在相同的转速下搅拌60s(出现乳白)后迅速倒入模具中，自然发泡5min，脱模，放置55℃下熟化3h，得到聚氨酯硬质泡沫阻尼材料。

[0042] 制得的聚氨酯硬质泡沫密度为145.68kg/m3，压缩强度407.328kPa，导热系数0.042W/(m℃)，阻尼特性如图3所示，横坐标是材料的测试温度，纵坐标是阻尼损耗因子，测试仪器为美国TA公司生产的DMA Q800动态热机械分析仪。由图可知该材料的阻尼系数大于等于0.3的温域范围为117.06℃-151.69℃，阻尼系数的最大值为0.43，具有较宽的温域。

[0043] 实施例4、制备玉米芯基聚氨酯硬质泡沫

[0044] 将96重量份聚乙二醇400、24重量份丙三醇以及4.2重量份浓度为98％硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，升温至150℃，加入30份经粉碎的玉米芯(粒径20-80目)，搅拌反应30min，取出后立即用冷水冷却，得到液化产物。

[0045] 取出100重量份上述液化产物，加入4重量份氧化镁中和多余的酸，然后在105℃下放置12h以除去水分。取50重量份处理后的液化产物于纸杯中，同时加入0.23重量份二月桂酸二丁基锡、0.26重量份三乙胺以及0.50重量份硅油，在900r/min转速下搅拌60s，再加入50重量份的PAPI，在相同的转速下搅拌70s(出现乳白)后迅速倒入模具中，自然发泡30s，脱模，放置60℃下熟化2h，得到聚氨酯硬质泡沫阻尼材料。

[0046] 制得的聚氨酯硬质泡沫密度为77.70kg/m3，压缩强度258.45kPa，导热系数0.037W/(m℃)，阻尼特性如图4所示，横坐标是材料的测试温度，纵坐标是阻尼损耗因子，测试仪器为美国TA公司生产的DMA Q800动态热机械分析仪。由图可知该材料的阻尼系数大于等于0.3的温域范围为88.51℃-132.60℃，阻尼系数的最大值为0.58，具有较宽的温域。

[0047] 实施例5、制备玉米芯基聚氨酯硬质泡沫

[0048] 将72重量份聚乙二醇400、18重量份丙三醇以及5.4重量份浓盐酸加入反应容器内，搅拌均匀，升温至160℃，加入30份经粉碎的玉米芯(粒径20-80目)，搅拌反应60min，取出后立即用冷水冷却，得到液化产物。

[0049] 取出100重量份上述液化产物，加入3重量份氧化镁中和多余的酸，然后在110℃下放置12h以除去水分。取50重量份处理后的液化产物于纸杯中，同时加入0.2重量份二月桂酸二丁基锡、0.3重量份三乙胺以及0.45重量份硅油，在1100r/min转速下搅拌60s，再加入60重量份的PAPI，在相同的转速下搅拌17s(出现乳白)后迅速倒入模具中，自然发泡10s，脱模，放置60℃下熟化3h，得到聚氨酯硬质泡沫阻尼材料。

[0050] 制得的聚氨酯硬质泡沫密度为170.25kg/m3，压缩强度1731.32kPa，导热系数0.047W/(m℃)，阻尼特性如图5所示，横坐标是材料的测试温度，纵坐标是阻尼损耗因子，测试仪器为美国TA公司生产的DMA Q800动态热机械分析仪。由图可知该材料的阻尼系数大于等于0.3的温域范围为103.48℃-149.07℃，阻尼系数的最大值为0.46，具有较宽的温域，使用范围广。

[0051] 实施例6、制备玉米芯基聚氨酯硬质泡沫

[0052] 将121.5重量份聚乙二醇400、37.5重量份丙三醇以及5.0重量份浓度为85％的浓硫酸加入反应容器内，搅拌均匀，升温至140℃，加入30份经粉碎的玉米芯(粒径20-80目)，搅拌反应90min，取出后立即用冷水冷却，得到液化产物。

[0053] 取出100重量份上述液化产物，加入3.5重量份氧化镁中和多余的酸，然后在120℃下放置8h以除去水分。取60重量份处理后的液化产物于纸杯中，同时加入0.3重量份二月桂酸二丁基锡、0.2重量份三乙胺以及0.55重量份硅油，在1150r/min转速下搅拌
60s，再加入50重量份的PAPI，在相同的转速下搅拌13s(出现乳白)后迅速倒入模具中，自然发泡19s，脱模，放置60℃下熟化3h，得到聚氨酯硬质泡沫阻尼材料。

[0054] 制得的聚氨酯硬质泡沫密度为88.36kg/m3，压缩强度346.85kPa，导热系数0.037W/(m℃)，阻尼特性如图6所示，横坐标是材料的测试温度，纵坐标是阻尼损耗因子，测试仪器为美国TA公司生产的DMA Q800动态热机械分析仪。由图可知该材料的阻尼系数大于等于0.3的温域范围为99.85℃-143.05℃，阻尼系数的最大值为0.59，具有较宽的温域。