一种全水聚氨酯硬泡材料及制备方法及应用

摘要

本发明公开了一种全水聚氨酯硬泡材料，包括A组分和B组分，其中，所述A组分当中，按重量份计算，包括如下组分：聚醚多元醇60‑90份；聚酯多元醇10‑40份；匀泡剂2‑6份；胺类催化剂0.05‑0.4份；金属催化剂0.05‑0.5份；三聚催化剂2‑10份；发泡剂2‑6份；所述B组分当中，按重量份计算，包括如下组分：异氰酸酯200‑280份。所述聚醚多元醇官能度为4‑5,羟值为420‑480mgKOH/g,粘度为2000‑4000mPa.s，含水量＜0.1％；所述的聚酯多元醇官能度为5‑7,羟值为380‑420mgKOH/g,粘度2500‑4000mPa.s，含水量＜0.1％；所述发泡剂为水。本发明制备的低密度聚氨酯硬泡产品，泡沫均匀细腻，泡孔细小，压缩强度和压缩模量性能均优异。

权利要求

1.一种全水聚氨酯硬泡材料，包括A组分和B组分，其特征在于，所述A组分和B组分的质量之比的范围为100:160 240；

~

其中，所述A组分当中，按重量份计算，包括如下组分：聚醚多元醇  60‑90份；

聚酯多元醇  10‑40份；

匀泡剂      2‑6份；

胺类催化剂  0.05‑0.4份；

金属催化剂  0.05‑0.5份；

三聚催化剂  2‑10份；

发泡剂      2‑6份；

其中，所述B组分当中，按重量份计算，包括如下组分：异氰酸酯    200‑280份；

所述聚醚多元醇官能度为4‑5,羟值为420‑480mgKOH/g,粘度为2000‑4000mPa.s，含水量＜0.1%；

所述的聚酯多元醇官能度为5‑7,羟值为380‑420mgKOH/g,粘度为2500‑4000mPa.s，含水量＜0.1%；

所述发泡剂为水；

所述聚醚多元醇是基于八官能蔗糖与三官能甘油作为起始剂反应而制得的产物；

所述聚酯多元醇是基于四官能均苯四甲酸二酐与丁二醇反应而制得的产物；

所述匀泡剂为聚硅氧烷‑聚氧化烯烃醚嵌段共聚物；

‑3 ‑1 ‑1

所述胺类催化剂为高活性的凝胶催化剂，反应速率常数在1×10 g·mol ·min 以上；

所述异氰酸酯为NCO含量为30‑32%的多苯基多亚甲基异氰酸酯；

所述金属催化剂为有机锡类催化剂；

所述三聚催化剂为具有延迟作用的三聚催化剂TMR2。

2.如权利要求1所述的一种全水聚氨酯硬泡材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1:将所述聚醚多元醇、聚酯多元醇、匀泡剂、胺类催化剂、金属催化剂、三聚催化剂和发泡剂混匀，得到第一混合物；

S2:将所述异氰酸酯加入第一混合物中混匀，得到第二混合物；

S3:将第二混合物倒入模具中进行发泡，待泡沫固化后，脱模进行熟化，即得所述全水聚氨酯硬泡材料；

所述步骤S1中的搅拌速度为200‑3000r/min，搅拌时间5‑10min；

所述步骤S2当中的搅拌速度为200‑3000r/min，搅拌时间10‑15s；

所述步骤S3当中的熟化为在室温下放置4‑7天或在90℃烘箱中放置4‑7h。

3.如权利要求1所述的一种全水聚氨酯硬泡材料的应用，其特征在于，所述应用为将全水聚氨酯硬泡材料作为结构材料用于支撑、填充。

说明书

一种全水聚氨酯硬泡材料及制备方法及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及聚氨酯硬泡领域，具体涉及一种全水聚氨酯硬泡材料及制备方法及应用。

背景技术

[0002] 聚氨酯硬泡是一种重要的高分子合成材料，具有优异的物理机械性能，耐化学性能和独特优异的加工成型性。通常聚氨酯硬泡可由异氰酸酯和组合聚醚双组份反应制备，组合聚醚一般由聚醚多元醇、发泡剂、催化剂等组分构成。

[0003] 当前发泡剂多采用的是氟氯烃类，会破坏地球臭氧层物质，造成全球气候恶化，这已引起世界各国的高度重视。臭氧消耗为零的发泡技术越来越受到人们的青睐。

[0004] 全水发泡是利用异氰酸酯与水反应产生的二氧化碳气体作发泡剂，在聚氨酯基材中发泡形成泡沫的技术。因其过程中不再使用氟氯烃类发泡剂，故而不会对臭氧层产生破坏，是一种理想的氟氯烃发泡替代技术。

[0005] 然而采用水作为硬泡发泡剂的缺点在于，由于水和异氰酸酯生成二氧化碳气泡同时还生成大量聚脲，聚脲的存在使得泡沫变脆，强度降低。

[0006] 尤其是生产低密度聚氨酯硬泡制品的时候，采用水作为硬泡发泡剂不仅泡沫发脆，强度差，而且泡孔粗大，泡孔不匀，密度不均，使其发展应用受限。

发明内容

[0007] 为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种全水聚氨酯硬泡材料及其制备方法，其制备的低密度聚氨酯硬泡产品，泡沫均匀细腻，泡孔细小(孔径大小在150μm左右)，压缩强度和压缩模量性能均优异。

[0008] 为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：

[0009] 一种全水聚氨酯硬泡材料，包括A组分和B组分，所述A组分和B组分的质量之比的范围为100:160～240

[0010] 其中，所述A组分当中，按重量份计算，包括如下组分：

[0011]

[0012] 其中，所述B组分当中，按重量份计算，包括如下组分：

[0013] 异氰酸酯    200‑280份。

[0014] 所述聚醚多元醇官能度为4‑5,羟值为420‑480mgKOH/g,粘度为2000‑4000mPa.s，含水量＜0.1％；

[0015] 所述的聚酯多元醇官能度为5‑7,羟值为380‑420mgKOH/g,粘度为2500‑4000mPa.s，含水量＜0.1％；

[0016] 所述发泡剂为水。

[0017] 在本发明的一个优选实施例中，所述聚醚多元醇是基于八官能蔗糖与三官能甘油作为起始剂反应而制得的产物。

[0018] 在本发明的一个优选实施例中，所述聚酯多元醇是基于四官能均苯四甲酸二酐与丁二醇反应而制得的产物。

[0019] 在本发明的一个优选实施例中，所述匀泡剂为聚硅氧烷‑聚氧化烯烃醚嵌段共聚物。

[0020] 在本发明的一个优选实施例中，所述胺类催化剂为高活性的凝胶催化剂，优选三‑3 ‑1 ‑1乙烯二胺。高活性指的活性在1*10 g·mol ·min 以上。

[0021] 在本发明的一个优选实施例中，所述金属催化剂为有机锡类催化剂，优选辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。

[0022] 在本发明的一个优选实施例中，所述三聚催化剂为具有延迟作用的催化剂，优选苯酚胺类催化剂。

[0023] 在本发明的一个优选实施例中，所述异氰酸酯为NCO含量为30‑32％的多苯基多亚甲基异氰酸酯。

[0024] 一种全水聚氨酯硬泡材料的制备方法，包括如下步骤：

[0025] S1:将所述聚醚多元醇、聚酯多元醇、匀泡剂、胺类催化剂、金属催化剂、三聚催化剂和发泡剂混匀，得到第一混合物；

[0026] S2:将所述异氰酸酯加入第一混合物中混匀，得到第二混合物；

[0027] S3:将第二混合物倒入模具中进行发泡，待泡沫固化后，脱模进行熟化，即得所述全水聚氨酯硬泡材料。

[0028] 在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S1中的搅拌速度为200‑3000r/min，搅拌时间5‑10min；

[0029] 所述步骤S2当中的搅拌速度为200‑3000r/min，搅拌时间10‑15s；

[0030] 所述步骤S3当中的熟化为在室温下放置4‑7天或在90℃烘箱中放置4‑7h。

[0031] 一种全水聚氨酯硬泡材料的应用，所述应用为将全水聚氨酯硬泡材料作为结构材料用于支撑、填充。

[0032] 优选应用为制作风电泡沫芯材。

[0033] 本发明的有益效果在于：

[0034] 第一，本发明提供的全水聚氨酯硬泡材料，通过选择特殊结构的聚醚多元醇和聚酯多元醇复配，并采用合适的三聚催化剂，有效的提高了硬泡制品的压缩强度和压缩模量。

[0035] 第二，本发明提供的全水聚氨酯硬泡材料，通过调节三种催化剂间的比例，可实现手工发泡的操作时间要求。

[0036] 第三，本发明提供的全水聚氨酯硬泡材料，通过选择合适的匀泡剂和发泡剂用量，使得硬泡制品泡孔均匀细腻，孔径小且密度均匀。

[0037] 第四，本发明提供的全水聚氨酯硬泡制备方法步骤非常简单，只需要按比例混合即可，简单易行。

具体实施方式

[0038] 下面对本发明的较佳实施案例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能够更好的被本领域技术人员所理解。

[0039] 实施例1：

[0040] 本实施例提供一种全水聚氨酯硬泡，其原料如下：

[0041] A组份：

[0042] 聚醚多元醇RF4110A 70g，

[0043] 聚酯多元醇PES504 30g，

[0044] 匀泡剂SD201 4g，

[0045] 胺类催化剂A33 0.1g，

[0046] 金属催化剂T9 0.15g，

[0047] 三聚催化剂TMR2 2g，水4g。

[0048] B组份：

[0049] 多苯基多亚甲基异氰酸酯PM200 230g。

[0050] 上述全水聚氨酯硬泡的制备方法，包括如下步骤：

[0051] S1:将上述A组分按照配方中的重量，准确称取放入杯中，以300r/min搅拌5min，得到第一混合物；

[0052] S2:将上述B组分异氰酸酯加入第一混合物中，以1000r/min搅拌12s，得到第二混合物；

[0053] S3:将第二混合物倒入模具中进行发泡，待泡沫固化后，脱模放置90℃烘箱中熟化6h，即得全水聚氨酯硬泡材料。

[0054] 实施例2：

[0055] 本实施例提供一种全水聚氨酯硬泡，其原料如下：

[0056] A组份：

[0057] 聚醚多元醇RF4110A 90g，

[0058] 聚酯多元醇PES504 10g，

[0059] 匀泡剂SD201 4g，

[0060] 胺类催化剂A33 0.1g，

[0061] 金属催化剂T12 0.15g，

[0062] 三聚催化剂TMR2 6g，水4g。

[0063] B组份：

[0064] 多苯基多亚甲基异氰酸酯PM200 230g。

[0065] 上述全水聚氨酯硬泡的制备方法，包括如下步骤：

[0066] S1:将上述A组分按照配方中的重量，准确称取放入杯中，以500r/min搅拌5min，得到第一混合物；

[0067] S2:将上述B组分异氰酸酯加入第一混合物中，以1000r/min搅拌12s，得到第二混合物；

[0068] S3:将第二混合物倒入模具中进行发泡，待泡沫固化后，脱模放置90℃烘箱中熟化6h，即得全水聚氨酯硬泡材料。

[0069] 实施例3：

[0070] 本实施例提供一种全水聚氨酯硬泡，其原料如下：

[0071] A组份：

[0072] 聚醚多元醇RF4110A 70g，

[0073] 聚酯多元醇PES504 30g，

[0074] 匀泡剂SD201 4g，

[0075] 胺类催化剂A33 0.1g，

[0076] 金属催化剂T12 0.15g，

[0077] 三聚催化剂TMR2 6g，水4g。

[0078] B组份：

[0079] 多苯基多亚甲基异氰酸酯PM200 260g。

[0080] 上述全水聚氨酯硬泡的制备方法，包括如下步骤：

[0081] S1:将上述A组分按照配方中的重量，准确称取放入杯中，以500r/min搅拌5min，得到第一混合物；

[0082] S2:将上述B组分异氰酸酯加入第一混合物中，以1000r/min搅拌12s，得到第二混合物；

[0083] S3:将第二混合物倒入模具中进行发泡，待泡沫固化后，脱模放置25℃室温熟化168h，即得全水聚氨酯硬泡材料。

[0084] 对比例1：

[0085] 本对比例与实施例3的区别在于不添加聚酯多元醇。

[0086] 本实施例提供一种全水聚氨酯硬泡，其原料如下：

[0087] A组份：

[0088] 聚醚多元醇RF4110A 100g，

[0089] 匀泡剂SD201 4g，

[0090] 胺类催化剂A33 0.1g，

[0091] 金属催化剂T12 0.15g，

[0092] 三聚催化剂TMR2 6g，水4g。

[0093] B组份：多苯基多亚甲基异氰酸酯PM200 260g。

[0094] 上述全水聚氨酯硬泡的制备方法，包括如下步骤：

[0095] S1:将上述A组分按照配方中的重量，准确称取放入杯中，以500r/min搅拌5min，得到第一混合物；

[0096] S2:将上述B组分异氰酸酯加入第一混合物中，以1000r/min搅拌12s，得到第二混合物；

[0097] S3:将第二混合物倒入模具中进行发泡，待泡沫固化后，脱模放置25℃室温熟化168h，即得全水聚氨酯硬泡材料。

[0098] 对比例2：

[0099] 本对比例与实施例3的区别在于降低三聚催化剂TMR2用量。

[0100] 本实施例提供一种全水聚氨酯硬泡，其原料如下：

[0101] A组份：

[0102] 聚醚多元醇RF4110A 70g，

[0103] 聚酯多元醇PES504 30g，

[0104] 匀泡剂SD201 4g，

[0105] 胺类催化剂A33 0.1g，

[0106] 金属催化剂T12 0.15g，

[0107] 三聚催化剂TMR2 2g，水4g。

[0108] B组份：

[0109] 多苯基多亚甲基异氰酸酯PM200 260g。

[0110] 上述全水聚氨酯硬泡的制备方法，包括如下步骤：

[0111] S1:将上述A组分按照配方中的重量，准确称取放入杯中，以500r/min搅拌5min，得到第一混合物；

[0112] S2:将上述B组分异氰酸酯加入第一混合物中，以1000r/min搅拌12s，得到第二混合物；

[0113] S3:将第二混合物倒入模具中进行发泡，待泡沫固化后，脱模放置25℃室温熟化168h，即得全水聚氨酯硬泡材料。

[0114] 对比例3：

[0115] 本对比例与实施例3的区别在于，将匀泡剂SD201改为常规硅氧烷类7705。

[0116] 本实施例提供一种全水聚氨酯硬泡，其原料如下：

[0117] A组份：

[0118] 聚醚多元醇RF4110A 70g，

[0119] 聚酯多元醇PES504 30g，

[0120] 硅氧烷类匀泡剂7705 4g，

[0121] 胺类催化剂A33 0.1g，

[0122] 金属催化剂T12 0.15g，

[0123] 三聚催化剂TMR2 6g，水4g。

[0124] B组份：

[0125] 多苯基多亚甲基异氰酸酯PM200 260g。

[0126] 上述全水聚氨酯硬泡的制备方法，包括如下步骤：

[0127] S1:将上述A组分按照配方中的重量，准确称取放入杯中，以500r/min搅拌5min，得到第一混合物；

[0128] S2:将上述B组分异氰酸酯加入第一混合物中，以1000r/min搅拌12s，得到第二混合物；

[0129] S3:将第二混合物倒入模具中进行发泡，待泡沫固化后，脱模放置25℃室温熟化168h，即得全水聚氨酯硬泡材料。

[0130] 将上述实施例和对比例中得到的全水聚氨酯硬泡材料进行裁切测试，其具体的性能结果如下表1：

[0131] 表1

[0132]

[0133] 从上表中可以看出，实施例1‑3在聚氨酯硬泡密度不超过70kg/m3的情况下，压缩强度仍能大于0.7MPa，压缩模量大于20MPa，且泡孔细小，孔径大小在150μm左右。

[0134] 由此可见，本发明提供的一种全水聚氨酯硬泡材料，解决了低密度硬泡制品强度低且泡孔粗大不均的问题。

[0135] 目前风电泡沫芯材聚氨酯硬泡材料都只是局限于高密度(>100kg·m‑3)泡沫，压缩强度才能达到0.7MPa以上。

[0136] 而本发明所提供的聚氨酯硬泡密度低，压缩强度高，可以将其在风电泡沫芯材中应用，也可以作为结构材料用于支撑、填充等方面的应用。

[0137] 如上所述仅为本发明的实施例，本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。