亲水型高PPI聚氨酯多孔材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料、制备方法及其应用，属于高分子材料加工的技术领域。本聚氨酯多孔材料按照质量份数计，包括如下原料：聚合物多元醇90

【技术实现步骤摘要】
亲水型高PPI聚氨酯多孔材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于高分子材料加工
，涉及一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]泡沫镍是一种孔隙率高、具有三维网状结构的金属材料，可以做镍氢电池以及镍镉电池的电极基板，是二次电池的主要材料之一，在混动新能源汽车以及储能站中有重要应用，目前作为成型的基底材料均为聚氨酯多孔材料，通过在聚氨酯多孔材料上进行真空气相沉积或者电沉积，再通过高温将里面的聚氨酯多孔材料灼烧分解掉，得到三维网状结构的泡沫镍。
[0003]提高聚氨酯多孔材料单位英寸长度上的平均孔数(即PPI值)，就可以有效提高单位体积电极基板泡沫镍的比表面积，达到提高电池储能容量的效果，随着市场对二次电池储能容量要求的不断提高，就要求不断提高聚氨酯多孔材料的PPI值。对于聚氨酯海绵，单位英寸长度上的平均孔数超过120(即PPI超过120)即可成为高PPI聚氨酯海绵，目前高PPI的聚氨酯海绵均采用高压发泡工艺，因为高压发泡中能通过提高原料的注入压力同时配合高纯氮气的注入形成更多的成核点，同时选用高粘度的多元醇减少发泡过程的并泡，最终达到细化泡孔的目的。目前市场中此类聚氨酯多孔材料主要以聚酯型聚氨酯为主，主要是因为聚酯多元醇因为酯键的氢键作用体系粘度较大，通常用于聚氨酯软泡的聚酯多元醇在常温下粘度在20000mPa.s左右，在高压发泡时聚酯海绵因为聚酯多元醇粘度较高，比较容易通过调整发泡工艺将海绵的PPI值提升到120
‑
170，这个高PPI值区间也是针对生产高性能泡沫镍对于聚氨酯多孔海绵的要求。目前聚酯体系发出来的海绵存才以下问题：1、聚酯海绵的泡膜较厚，韧性较高，比较难以爆破，通常需要爆破2
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3次才能完全去除泡膜，增加成本的同时，多次爆破对材料物性也影响较大；2、聚酯多元醇为伯羟基封端，活性较高，在工业生产中无法将块泡的尺寸做到更大，导致裁切边缘料后，最终产率较低；3、电沉积制备泡沫镍有粗化、敏化、活化、化学镀、电镀等一系列工序，而这些都是在酸性溶液中进行的，而聚酯海绵的耐水性能较聚醚海绵差，这个过程中聚酯海绵的物性有明显降低。
[0004]聚醚体系海绵相比聚酯体系海绵，有如下优点：首先，聚醚海绵做出来本来就偏开孔，且海绵泡膜较薄，容易爆破；其次，聚醚多元醇可以为仲羟基封端，活性较聚酯多元醇弱，能够支持发出来尺寸更大的块状泡沫，通过裁切边缘后，产率较高；最后，聚醚海绵比聚酯海绵更耐水，在电沉积制备泡沫镍的过程中物性损耗低，但是一般聚醚多元醇因为氢键较弱，内聚力没有聚酯多元醇大，材料粘度较低，通用型软泡用聚醚多元醇一般在常温下的粘度在500
‑
1000mPa.s，在高压发泡过程中容易出现并泡，很难通过工艺调整将聚醚型聚氨酯多孔材料PPI值做到100以上。因此在高压发泡中如何有效提升聚醚体系原料的粘度是提高聚醚体系聚氨酯多孔材料PPI的重要因素。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料，以提高聚氨酯多孔材料的PPI值。
[0006]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料，按照重量份数计，包含如下原料：聚合物多元醇90
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120份、聚氨酯预聚物80
‑
120份、纳米无机增粘剂5
‑
10份、催化剂0.1
‑
1份、发泡剂1
‑
5份、表面活性剂1
‑
5份、超亲水剂1
‑
5份。
[0007]作为优选，所述聚合物多元醇以通用聚醚多元醇为基础聚醚，加入丙烯腈、苯乙烯单体和引发剂，在特定的温度和氮气保护下进行自由基接枝聚合而成，羟值为20
‑
30mgKOH/g，25℃下粘度为3000
‑
6000mPa.s。
[0008]聚合物多元醇能一定程度上提升海绵的压陷硬度和刚性，防止电沉积法生产泡沫镍过程中变形。
[0009]作为优选，所述聚氨酯预聚物为异氰酸根封端，其中预聚物中NCO值为15
‑
25％，25℃下粘度为10000～30000mPa.s。
[0010]进一步的，所述聚氨酯预聚物由通用软泡聚醚多元醇PPG3000、TDI65、二乙醇胺为原料反应制备，重量比为：通用软泡聚醚多元醇PPG3000：TDI65：二乙醇胺＝(40
‑
50)：(30
‑
40)：(0.2
‑
1)；反应条件为：将通用软泡聚醚多元醇PPG3000、TDI65、二乙醇胺三种原料在温度为80
‑
100℃，通氮气的环境下搅拌反应2
‑
4小时。
[0011]通过将低粘度的通用软泡聚醚多元醇和异氰酸酯进行预聚处理，同时配合少量交联剂，能较大提升原料体系的粘度，解决了通用软泡聚醚多元醇因为粘度低在高压发泡生产多孔海绵过程中容易发生并泡而无法生产高PPI聚氨酯海绵的问题。
[0012]作为优选，所述纳米无机增粘剂为疏水亲油型气象白炭黑。
[0013]疏水亲油型气象白炭黑是经过表面疏水亲油改性，改善了在有机液体中的相容性，同时因为粒径细达到纳米级别，有较高的吸油值，对聚合物多元醇有很高的增粘作用。
[0014]疏水亲油型气象白炭黑和聚合物多元醇有较好的相容性，可以进一步提升聚合物多元醇的粘度。
[0015]作为优选，所述催化剂为叔胺催化剂A33和辛酸亚锡催化剂T9的混合物，其中叔胺催化剂A33和辛酸亚锡催化剂T9的用量比为1:1
‑
4:1。
[0016]作为优选，所述表面活性剂为Niax Silicone L
‑
580、TEGOSTABE B8301、TEGOSTABE B8325、TEGOSTABE B8357中的一种或者多种的混合。
[0017]多孔海绵电沉积制备泡沫镍有粗化、敏化、活化、化学镀等一系列前道工序，最后才能将镍均匀电镀到多孔海绵中，这些前处理工序都是在水溶液中进行，如果海绵的亲水性不足就会导致处理液完全浸润到海绵内部的时间延长，或者是海绵内部浸润不到位导致整个海绵内部和外部前处理不均匀，影响最终的电镀效果。加入超亲水剂能极大降低海绵的表面能，能在较短时间使海绵内外部都得到均匀的前处理，缩短了前处理时间，最终得到内外部镀层厚度均匀的泡沫镍。
[0018]作为优选，所述超亲水剂为瓦克WACKER L066和WACKER FC203中的一种或多种的混合。
[0019]在体系中加入部分超亲水剂能有效提升海绵材料的亲水性，能大大缩短泡沫镍生产中聚氨酯多孔材料粗化、敏化、活化、化学镀、电镀等工序的处理时长了，节省下游市场的
生产成本。
[0020]本专利技术的第二个目的在于提供一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料的制备方法，包含如下工艺步骤：
[0021]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料，其特征在于，按照重量份数计，包含如下原料：聚合物多元醇90
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120份、聚氨酯预聚物80
‑
120份、纳米无机增粘剂5
‑
10份、催化剂0.1
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1份、发泡剂1
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5份、表面活性剂1
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5份、超亲水剂1
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5份；所述聚合物多元醇是以通用聚醚多元醇为基础聚醚，加入丙烯腈、苯乙烯单体和引发剂，进行自由基接枝聚合而成，羟值为20
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30mgKOH/g，25℃下粘度为3000
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6000mPa.s；所述聚氨酯预聚物为异氰酸根封端，其中预聚物中NCO值为15
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25％，25℃下粘度为10000～30000mPa.s。2.根据权利要求1所述一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料，其特征在于，所述聚氨酯预聚物由通用软泡聚醚多元醇PPG3000、TDI65、二乙醇胺为原料反应制备，重量比为：通用软泡聚醚多元醇PPG3000：TDI65：二乙醇胺＝(40
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50)：(30
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40)：(0.2
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1)；反应条件为：将通用软泡聚醚多元醇PPG3000、TDI65、二乙醇胺三种原料在温度为80
‑
100℃，通氮气的环境下搅拌反应2
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4小时。3.根据权利要求1所述一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料，其特征在于，所述纳米无机增粘剂为疏水亲油型气象白炭黑。4.根据权利要求1所述一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料，其特征在于，所述催化剂为叔胺催化剂A33和辛酸亚锡催化剂T9的混合物，其中叔胺催化剂A33和辛酸亚锡催化剂T9的用量比为1:1
‑
4:1。5.根据权利要求1所述一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料，其特征在于，所述表面活性剂为Niax Silicone L
‑
580、TEGOSTABE B8301、TEGOSTABE B8325、TEGOSTABE B8357中的一种或者多种的混合。6.根据权利要求1所述一种亲水型高PPI聚氨酯多孔材料，其特征在于，所述超亲水剂为瓦克WACKER L066和WACKER FC203中的一种或多种的混合。7.一种制备权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮国桥，刘汉水，石帅科，曹凯，
申请(专利权)人：湖北世丰新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：