一种聚氨酯发泡材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚氨酯发泡材料及其制备方法，所述聚氨酯发泡材料以10‑90质量份的热塑性聚氨酯弹性体为骨架材料，与10‑90质量份的异氰酸酯封端的聚氨酯、水、催化剂和选择性加入的功能助剂反应发泡，通过挤出方法制备得到；水与异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.1％‑10％；催化剂与异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.1％‑3％；功能助剂与聚氨酯发泡材料的质量比为0‑10％；异氰酸酯封端的聚氨酯中异氰酸根含量为1wt％‑25wt％。所述聚氨酯发泡材料具有生产工艺简单、密度低、耐高/低温、极低VOC、极低的压缩形变等特点，能够在密封、减震、减重、鞋材等领域具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种聚氨酯发泡材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子聚合物发泡材料
，具体涉及一种聚氨酯发泡材料及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯发泡材料是以聚氨酯为基体材料，通过物理或者化学方法在聚氨酯基体内部形成大量气泡，进而形成一个个泡孔结构。正是由于该发泡材料独特的泡孔结构，使其具备了许多优异的性能，如低密度、隔热、减震、缓冲以及吸音等特性，因此在日用品、鞋材、体育用品、包装、建筑、军工工业、航天工业、交通运输行业以及汽车行业等领域都得到了广泛地应用。目前常用的聚氨酯发泡材料有聚氨酯硬质和软质泡沫材料以及热塑性聚氨酯发泡材料。传统的聚氨酯软质和硬质泡沫材料发泡时因直接使用多异氰酸酯原材料容易造成材料中残留异氰酸酯，对人体有害。聚氨酯硬质泡沫材料主要应用于隔热和隔音领域，无法在减震缓冲领域使用。目前，环保型聚氨酯软质泡沫通常是异氰酸酯预聚物、任选的聚合物多元醇和水反应通过混合设备搅拌均匀，然后浇注于模具中进行模压发泡，这种工艺无法连续生产，生产效率低，另外这种聚氨酯软质泡沫生产工艺无法连续生产片材，膜材。热塑性聚氨酯发泡材料是以热塑性聚氨酯为基体采用物理发泡剂(如中国专利文献CN110549582A、CN108503879A等)或化学发泡剂通过挤出发泡法或高压釜浸渍发泡法制备得到的，例如目前主要指的是可水蒸气模塑的热塑性聚氨酯发泡颗粒和直接挤出发泡制备的热塑性聚氨酯发泡材料，但其目前主要存在以下问题：一方面水蒸气模塑成型设备价格昂贵，且颗粒进入模具后颗粒间存在较大缝隙，易产生较高的次品率，材料生产成本较高；另一方面，无论是热塑性聚氨酯发泡颗粒模塑成型的材料，还是直接挤出发泡制备得到的热塑性聚氨酯发泡材料，因热塑性聚氨酯为弹性伸缩材料，致使热塑性聚氨酯发泡材料的压缩变形较大，这也限制了其更为广泛的应用。
技术实现思路
针对本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种聚氨酯发泡材料，制备工艺简单，具有密度低、耐高/低温、极低VOCs、极低的压缩形变等特点，能够在密封、减震、减重、鞋材等领域具有较好的应用前景。一种聚氨酯发泡材料，以热塑性聚氨酯弹性体为骨架材料，与异氰酸酯封端的聚氨酯、水、催化剂和选择性加入的功能助剂反应发泡，通过挤出方法制备得到；所述热塑性聚氨酯弹性体和异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为10～90:10～90；所述水与所述异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.1％-10％；所述催化剂与所述异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.1％-3％；所述功能助剂与所述聚氨酯发泡材料的质量比为0-10％；所述异氰酸酯封端的聚氨酯中异氰酸根含量为1wt％-25wt％。本专利技术采用挤出工艺，通过对各原料组分的用量同时进行优化限定得到密度低、耐高/低温、极低VOCs、极低的压缩形变等综合性能优异的聚氨酯发泡材料。为了更好的反应发泡，提高所得聚氨酯发泡材料的综合性能，作为优选，所述热塑性聚氨酯弹性体加入量为20-80质量份，异氰酸酯封端的聚氨酯加入量为20-80质量份，水与所述异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.5％-8％，催化剂与所述异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.1％-1％。进一步优选，所述热塑性聚氨酯弹性体加入量为30-70质量份，异氰酸酯封端的聚氨酯加入量为30-70质量份，水与所述异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为1％-6％，催化剂与所述异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.1％-1％。本专利技术中各原料组分用量之间密切关联，需同时调整优化。本专利技术研究发现，所述异氰酸酯封端的聚氨酯中异氰酸根含量不仅与二氧化碳发泡剂的产生密切相关，更重要的是对挤出工艺及最终产品性能具有关键影响。异氰酸根含量过低会使产生的二氧化碳发泡剂偏少，聚氨酯发泡材料密度偏高；异氰酸根含量过高，会导致异氰酸酯封端的聚氨酯的粘度偏低，进而在挤出发泡时容易在挤出机内部打滑，造成物料流动不均一，导致最终产品性能不佳。因此，所述异氰酸酯封端的聚氨酯中异氰酸根含量为1wt％-25wt％，优选为3wt％-20wt％，进一步优选为4wt％-15wt％，既可以使聚氨酯发泡材料具有低密度，又可保证挤出工艺不受影响，保证最终产品的优良性能。所述热塑性聚氨酯弹性体可通过如下方法制备得到：将多异氰酸酯、聚合物多元醇和扩链剂按照NCO/OH的摩尔比值为0.98-1.05的量计量加入到双螺杆挤出机中反应，然后通过模头挤出水下切粒制备得到热塑性聚氨酯弹性体。所述异氰酸酯封端的聚氨酯可通过如下方法制备得到：在30-100℃，优选80℃条件下，将多异氰酸酯以化学计量过量的量和聚合物多元醇反应制备得到异氰酸酯封端的聚氨酯。上述所述的聚合物多元醇包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚酯醚多元醇中的一种或几种的混合物，并且聚合物多元醇中含聚醚结构的多元醇的含量不低于50wt％。其中，聚酯多元醇可以由具有2至12个碳原子的有机二元酸，优选具有4至6个碳原子的脂肪族二元酸，与具有2至12个碳原子，优选2至6个碳原子的二元醇来制备，例如制备聚酯多元醇的二元醇选自乙二醇、己二醇、丁二醇、新戊二醇、二甘醇、1,2-丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、3-甲基-1,5-戊二醇中的一种或几种；制备聚酯多元醇的二元酸选自己二酸、马来酸、富马酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、癸二酸、月桂二酸中的一种或几种。所述聚醚多元醇选自聚四氢呋喃二醇、聚丙二醇、聚氧化丙烯四醇、聚三亚甲基醚二醇中的一种或几种，优选聚四氢呋喃聚醚多元醇。例如聚四氢呋喃多元醇是可直接通过购买商业化产品得到或通过已知的方法制备得到的，例如由四氢呋喃通过用碱金属氢氧化物或碱金属醇盐作为催化剂并且添加至少一种引发剂(每分子中包含2至6个、优选2至4个、更优选2至3个对异氰酸酯基团呈反应性的键合的氢原子)进行阴离子聚合来制备，或者通过用路易斯酸如五氯化锑或氟化硼醚合物进行阳离子聚合来制备。所制备的聚四氢呋喃多元醇的摩尔质量为500-4000g/mol，优选为500-3000g/mol，最优选为1000-2000g/mol。聚酯醚多元醇是由聚酯链段与聚醚链段形成的具有羟基封端的聚合物，其中聚酯与聚醚链段优选上述聚酯多元醇与聚醚多元醇的一种或几种混合物。进一步的，所述的多异氰酸酯为二苯基甲烷-4,4’二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯的一种或几种的混合物，优选为二苯基甲烷-4,4’二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯的一种或两种的混合。所述热塑性聚氨酯弹性体优选含有不少于20wt％的聚醚重复结构单元，进一步优选含有不少于30wt％的聚醚重复结构单元，更进一步优选含有不少于40wt％的聚醚重复结构单元。所述聚醚重复结构单元的碳原子数优选为2-6，进一步优选为3-4，更进一步优选为4。所述热塑性聚氨酯弹性体的硬度优选为邵氏50A-75D，进一步优选为50A-95A，更进一步优选为60A-90A。试验发现，所述热塑性聚氨酯弹性体重结晶峰温度对最终所得聚氨酯发泡材料的表干时间具有重要影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚氨酯发泡材料，其特征在于，以热塑性聚氨酯弹性体为骨架材料，与异氰酸酯封端的聚氨酯、水、催化剂和选择性加入的功能助剂反应发泡，通过挤出方法制备得到；/n所述热塑性聚氨酯弹性体和异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为10～90:10～90；/n所述水与所述异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.1％-10％；/n所述催化剂与所述异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.1％-3％；/n所述功能助剂与所述聚氨酯发泡材料的质量比为0-10％；/n所述异氰酸酯封端的聚氨酯中异氰酸根含量为1wt％-25wt％。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯发泡材料，其特征在于，以热塑性聚氨酯弹性体为骨架材料，与异氰酸酯封端的聚氨酯、水、催化剂和选择性加入的功能助剂反应发泡，通过挤出方法制备得到；
所述热塑性聚氨酯弹性体和异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为10～90:10～90；
所述水与所述异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.1％-10％；
所述催化剂与所述异氰酸酯封端的聚氨酯的质量比为0.1％-3％；
所述功能助剂与所述聚氨酯发泡材料的质量比为0-10％；
所述异氰酸酯封端的聚氨酯中异氰酸根含量为1wt％-25wt％。


2.根据权利要求1所述的聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述热塑性聚氨酯弹性体含有不少于20wt％的聚醚重复结构单元，所述聚醚重复结构单元的碳原子数为2-6；
所述热塑性聚氨酯弹性体的硬度为邵氏50A-75D，重结晶峰温度不低于40℃。


3.根据权利要求1所述的聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述异氰酸酯封端的聚氨酯含有不少于30wt％的聚醚重复结构单元，所述聚醚重复结构单元的碳原子数为2-6。


4.根据权利要求1所述的聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述催化剂为三乙胺、三丁胺、二甲基苄胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N-环己基吗啉、二吗啉二乙基醚、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、N,N,N',N'-四甲基丁二胺、N,N,N',N'-四甲基己二胺、五甲基二亚乙基三胺、双(二甲基氨基乙基)醚、双(二甲基氨基丙基)脲、二甲基哌嗪、1,2-二甲基咪唑、1-氮杂双环[3.3.0]辛烷、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷和烷醇胺化合物中的至少一种；
所述烷醇胺化合物为三乙醇胺、三异丙醇胺、N-甲基-二乙醇胺、N乙基二乙醇胺和二甲基乙醇胺中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的聚氨酯发泡材料，其特征在于，所述功能助剂包括色粉、色浆、抗氧剂、UV吸收剂、光稳定剂、抗菌剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冲冲，宋红玮，王仁鸿，高玉宝，王光阜，张生，
申请(专利权)人：美瑞新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37