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CN109320685A - 软质泡沫组合材料用的组合剂、软质泡沫组合材料及其制备方法 - Google Patents

软质泡沫组合材料用的组合剂、软质泡沫组合材料及其制备方法 Download PDF

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CN109320685A
CN109320685A CN201810959399.4A CN201810959399A CN109320685A CN 109320685 A CN109320685 A CN 109320685A CN 201810959399 A CN201810959399 A CN 201810959399A CN 109320685 A CN109320685 A CN 109320685A
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combination
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卢凤江
李超
张家顺
杨瀚森
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Yingkou Jucheng Teaching Science & Technology Development Co Ltd
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Abstract

本发明针对现有技术中，普通聚氨酯泡沫质地硬，拉伸强度低，容易撕裂，而且制造成本较高，污染环境，对人体健康造成伤害的问题，提供一种软质泡沫组合材料用的组合剂、软质泡沫组合材料及其制备方法，该软质泡沫的原材料由组合剂A和组合剂B组成，组合剂A由特定质量份的聚醚多元醇类、增塑剂、催化剂、发泡剂组成，其中催化剂中的三乙醇胺和发泡剂H2O，起到交联剂的作用，无需添加专门的交联剂；组合剂B中单独使用异佛尔酮二氰酸酯，组合剂A和组合剂B按照一定的配比反应后形成质地蓬松的软质聚氨酯泡沫，并且，安全环保，减少了环境污染和对人体的伤害，同时节约了制造成本。

Description

软质泡沫组合材料用的组合剂、软质泡沫组合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种软质泡沫组合材料用的组合剂、软质泡沫组合材料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，聚氨酯泡沫被广泛应用，例如，沙发、床垫、各种包装等。由于现有技术中的聚氨酯泡沫普遍存在着缺点，即质地硬，手感和舒适度低。当质地柔软、蓬松时，其拉伸强度降低，容易撕裂。而且由于材料中添加了甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯，制造成本较高，尤其是此种材料会产生刺激性气味，不仅对环境造成污染，同时对人体健康也造成伤害。不符合节能降耗、绿色环保、向高技术领域发展的要求。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术中，普通聚氨酯泡沫质地硬，拉伸强度低，容易撕裂，而且制造成本较高，污染环境，对人体健康造成伤害的问题，提供一种软质泡沫组合材料用的组合剂、软质泡沫组合材料及其制备方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种软质泡沫组合材料用的组合剂，由质量份的聚醚多元醇类50-85份；增塑剂10-43份；催化剂2-4份；发泡剂2-3份组成，聚醚多元醇类是由高活性聚醚多元醇、聚醚二元醇按1：1-3:1的质量比组合而成，其中高活性聚醚多元醇是由起始剂为三官能度的三羟甲基丙烷，在聚氧化丙烯醚端基引入氧化乙烯链段，将仲羟基变为伯羟基，羟值为56±2；聚醚二元醇是由起始剂为二甘醇，由环氧丙烷聚合而成，羟值为320-249；增塑剂为复合增塑剂是一种多功能苯甲酸酯类水基胶粘剂用增塑剂；催化剂为辛酸亚锡和三乙醇胺1-2:2.2的混合物，发泡剂为H2O，三乙醇胺与H2O兼做交联剂；
高活性聚醚多元醇为三官能度，分子量为2900-3116，聚醚二元醇的分子量为350-450；
一种软质泡沫组合材料用的组合剂的制备方法，常温下，将上述组合剂加入反应釜中，以90-120转/分的搅拌速度将组合剂中的聚醚多元醇类、增塑剂、催化剂、发泡剂的混合物搅拌均匀；
一种软质泡沫组合材料，其原料由组合剂A和异氰酸酯按质量比100: 20-40组成，组合剂A采用上述组合剂，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯，是由丙酮三聚制成异氟尔酮再与氢氰酸反应制成氰化异佛尔酮，经还原与光气反应而成，其为含顺式异构体75%、反式异构体25%的混合物；
一种软质泡沫组合材料的制备方法，将上述软质泡沫组合材料混合均匀，10秒钟内注入模具，在模具内反应后熟化15-20分钟后开模取出；
软质泡沫组合材料混合均匀后，可手工注入模具也可以应用低压浇注机加工；
一种软质泡沫组合材料的应用，用于沙发、床垫，电子光学仪器仪表器件的包装防护材料、航空减震材料以及医学教学模型用的皮肤、脂肪、肌肉。
采用本发明提供的软质泡沫组合材料用的组合剂、软质泡沫组合材料及其制备方法，由于该软质泡沫的原材料由组合剂A和组合剂B组成。组合剂A中，采用聚醚多元醇类、增塑剂、催化剂、发泡剂、按一定质量份额配比而成；组合剂B中单独使用异佛尔酮二氰酸酯。组合剂A及组合剂B按照一定的配比反应后形成软质的聚氨酯泡沫，此种聚氨酯泡沫材料具有良好的蓬松感和柔韧性，而且，具有较强的拉伸强度和撕裂强度。其拉伸强度和撕裂强度是普通软质泡沫组合材料如聚氨酯发泡材料等的2-3倍
特别是在组合剂A中采用辛酸亚锡和三乙醇胺为催化剂，采用H2O为发泡剂, 节能环保，尤其是三乙醇胺和H2O同时使用还起到交联剂的作用，二者配合使用，增强了泡沫材料的拉伸强度和柔韧性；组合剂B中由于具有材料异佛尔酮二氰酸酯，而无需添加甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯，不产生刺激性气味，减少了环境污染和对人体的伤害，同时节约了制造成本，综合材料成本降低60.2%，在本发明的泡沫材料料的组分中不含有甲苯二异氰酸酯（TDI），节能环保。本发明组份的软质发泡材料，本发泡技术填补了国内空白，为我国软质发泡行业的发展指明了新的发展方向。
在本发明的组合剂A和软质泡沫组合材料的组分中没有专门的交联剂，而是由发泡剂H2O和催化剂中的三乙醇胺兼做交联剂，二者在分子结构中起到了交联剂的作用，因此不仅原料配方简单，且发泡材料的整体性能更好，得到了质量轻、密度小但拉伸强度和撕裂强度非常好的软质泡沫材料，取得了意想不到的技术效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述：
一种软质泡沫组合材料由组合剂A和组合剂B组成。
组合剂A ：
其原料由质量份的聚醚多元醇类50-85份；增塑剂10-43份；催化剂2-4份；发泡剂2-3份组成。其中聚醚多元醇类是由高活性聚醚多元醇与聚醚二元醇按1：1-3:1组合而成。其中高活性聚醚多元醇是由起始剂为三官能度的三羟甲基丙烷，在聚氧化丙烯醚端基引入氧化乙烯链段，将仲羟基变为伯羟基，羟值为56±2。因此，高活性聚醚多元醇具有三官能度，起始剂三羟甲基丙烷分子呈网状结构、分子量在2900至3116的特点。加入高活性聚醚多元醇可以增强材料的拉伸强度。聚醚二元醇其起始剂为二甘醇，由环氧丙烷聚合而成，其羟值为320-249，分子量在,350-450，加入聚醚二元醇可以显著改善材料的柔韧性。经本申请人反复研究发现，将高活性聚醚多元醇和聚醚二元醇按1：1-3:1配比组合后，科学与其它助剂配合使用可形成系列组合材料，在提高材料的拉伸强度同时，也极大的提高了材料的柔韧性，是高活性聚醚多元醇和聚醚二元醇的极佳配比组合。
组合剂A中的增塑剂为复合增塑剂，是一种多功能苯甲酸酯类水基胶粘剂用增塑剂，加入本复合增塑剂后，可以增强软质发泡材料的柔韧性，使软质发泡材料产生特殊柔韧的效果，同时将该软质发泡材料的拉伸强度提高到330.64Kpa，其拉伸强度及撕裂强度是普通聚氨酯软质泡沫材料的2-3倍，它的加入可使软质泡沫材料的分子结构与天然浮胶软质泡沫材料的分子结构相近似，得到近似于天然浮胶软质泡沫材料的柔韧性，手感效果与天然浮胶软质泡沫材料近似，但成本和价格远远低于天然浮胶软质泡沫材料。
组合剂A中的催化剂由辛酸亚锡与三乙醇胺按1-2：2.2质量配比混合而成，三乙醇胺即是催化剂、在分子结构中又起到交联剂的作用。而且，三乙醇胺反应活性相对低，物料的操作时间延长，流动性好，分子中羟基为1129；三乙醇胺催化活性NCO/OH（异氰酸酯与多元醇）反应较低，NCO/H2O(异氰酸酯与水)反应较高；而辛酸亚锡NCO/OH反应较强，NCO/H2O反应较低；辛酸亚锡与三乙醇胺按1-2：2.2质量配比混用，其特点互补，加快了组合剂A中混合物之间的反应速度，并能使反应更完全。
组合剂A中的发泡剂为H2O， H2 O是一种化学发泡剂，在软质发泡材料中与NCO反应，形成分子结构，增强了发泡材料的整体性能。在本发明中发泡剂H2O兼做交联剂。H2 O与三乙醇胺相配合，相当于复合交联剂，取代了传统的交联剂，增强了发泡材料的拉伸强度和柔韧性。
上述A组合剂的生产工艺及制造方法包括以下步骤：
首先，按质量比配备原材料：聚醚多元醇类50-85份；增塑剂10-43份；催化剂2-4份；发泡剂2-3，并将所有原材料混合，其中聚醚多元醇类由高活性聚醚多元醇、聚醚二元醇按照质量比为1：1-3:1组合。在常温下将混合物一并加入反应釜中，开动搅拌器，以90-120转/分的搅拌速度搅拌均匀，即可包装备用。一般搅拌15-25分钟即可搅拌均匀。
组合剂B：
组合剂B为异氰酸酯，本发明中单独使用异佛尔酮二氰酸酯（TPDI），是由丙酮三聚制成异氟尔酮再与氢氰酸反应制成氰化异佛尔酮，经还原与光气反应而成，其是含顺式异构体75%、反式异构体25%的混合物，异佛尔酮二异氰酸酯特点是稳定性好、不变黄脂肪族异氰酸酯，反应活性低，蒸气压也低，没有刺激性气味、不易挥发且稳定性好环保，环保无污染。加入异佛尔酮二氰酸酯后，无需加入甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯，降低了对环境的污染和对人体健康的伤害。其NCO质量分数37.5%以上。
上述组合剂A和组合剂B即为该软质发泡材料的组合料，使用时，按质量份配比，组合剂A：组合剂B =100：20-40计量，搅拌均匀，快速注入模具，在模具内反应及后熟化15-20分钟后开模，取出部件，部件经处理合格后即为产品。该操作过程可以手工操作也可应用低压浇注机加工。注入模具的时间一般撑握在5-20秒，最好为10秒内。
按照上述原料配比及制作工艺制作出的聚氨酯泡沫材料，密度低，可达0.21 g/cm3，质地蓬松，但拉伸强度是普通聚氨酯泡沫材料的2-3倍，拉伸强度可达330.64 Kpa，其综合性能指标优异（见表2），打破了密度低、拉伸强度必然低的现有认知，取得了意想不到的技术效果。其产品广泛应用于沙发、床垫，是乳胶的替代品，但比乳胶的成本低得多，电子光学仪器仪表器件的包装防护材料、航空减震材料，医学教学模型用料，如皮肤、脂肪、肌肉等。
尤其是加入异佛尔酮二异氰酸酯后，则无需加入甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯，所以其产品没有刺激性气味，减少对人体的伤害，且能得到良好的拉伸强度和柔韧性。另外，使用该原料配比制作同样体积的材料，其用料量与现有技术配方用料量相比较是现有技术用料量的十分之三,极大地节约了制造成本，综合材料成本降低了60.2%。
下面通过实施配方对本发明作进一步详述。
实施配方见下表配方1-8：
配方1-8中原料具体配比如下，其比值均为质量比
配方1中，聚醚多元醇类50份；增塑剂43份；催化剂2份；发泡剂2份
其中，高活性聚醚多元醇聚：醚二元醇=1:1
辛酸亚锡：三乙醇胺 =1:1
组合剂A：组合剂B =100:20
配方2中，聚醚多元醇类56份；增塑剂40份；催化剂2份；发泡剂2份
其中，高活性聚醚多元醇聚：醚二元醇=3:1
辛酸亚锡：三乙醇胺 =1:2
组合剂A：组合剂B =100:23
配方3中，聚醚多元醇类60份；增塑剂35份；催化剂2.5份；发泡剂2.5份
其中，高活性聚醚多元醇聚：醚二元醇=1.4:1
辛酸亚锡：三乙醇胺 =1: 1.5
组合剂A：组合剂B =100:26
配方4中，聚醚多元醇类65.3份；增塑剂30份；催化剂2.7份；发泡剂2份
其中，高活性聚醚多元醇聚：醚二元醇=1.2:1
辛酸亚锡：三乙醇胺 =1: 1.7
组合剂A：组合剂B =100:28
配方5中，聚醚多元醇类70份；增塑剂25份；催化剂3份；发泡剂2份
其中，高活性聚醚多元醇聚：醚二元醇=1.8:1
三乙醇胺：辛酸亚锡=2:1
组合剂A：组合剂B =100:31
配方6中，聚醚多元醇类74.6份；增塑剂20份；催化剂3份；发泡剂2.4份
其中，高活性聚醚多元醇聚：醚二元醇=1.8:1
三乙醇胺：辛酸亚锡=2:1
组合剂A：组合剂B =100:33
配方7中，聚醚多元醇类79.4份；增塑剂15份；催化剂3.4份；发泡剂2.2份
其中，高活性聚醚多元醇聚：醚二元醇=2.3:1
三乙醇胺：辛酸亚锡=1.8:1
组合剂A：组合剂B =100:35
配方8中，聚醚多元醇类85份；增塑剂10份；催化剂4份；发泡剂2.2份
其中，高活性聚醚多元醇聚：醚二元醇=1:1
三乙醇胺：辛酸亚锡=1:1
组合剂A：组合剂B =100:40
通过实施例1-8配方及上述制备方法得到的软质泡沫组合材料，其主要技术指标如下 表2：
项目 单位 本发明中软质泡沫组合材料技术指标
密度 g/cm<sup>3</sup> 0.21
拉伸强度 Kpa 330.64Kpa
撕裂强度 N/cm 12.56
阻燃性 按照GB240-80规定 氧指数≥25
伸长率 % 321
50%压缩硬度 Kpa 3.8

Claims (7)

1.一种软质泡沫组合材料用的组合剂，其特征在于，由质量份的聚醚多元醇类50-85份；增塑剂10-43份；催化剂2-4份；发泡剂2-3份组成，所述的聚醚多元醇类是由高活性聚醚多元醇、聚醚二元醇按1：1-3:1的质量比组合而成，其中所述高活性聚醚多元醇是由起始剂为三官能度的三羟甲基丙烷，在聚氧化丙烯醚端基引入氧化乙烯链段，将仲羟基变为伯羟基，羟值为56±2；所述聚醚二元醇是由起始剂为二甘醇，由环氧丙烷聚合而成，羟值为320-249；所述增塑剂为复合增塑剂是一种多功能苯甲酸酯类水基胶粘剂用增塑剂；所述催化剂为辛酸亚锡和三乙醇胺1-2:2.2的混合物，所述发泡剂为H2O，所述三乙醇胺与H2O兼做交联剂。
2.如权利要求1所述的一种软质泡沫组合材料用的组合剂，其特征在于，所述高活性聚醚多元醇为三官能度，分子量为2900-3116，所述聚醚二元醇的分子量为350-450。
3.一种软质泡沫组合材料用的组合剂的制备方法，其特征在于，常温下，将权利要求1所述的组合剂加入反应釜中，以90-120转/分的搅拌速度将所述组合剂中的聚醚多元醇类、增塑剂、催化剂、发泡剂的混合物搅拌均匀。
4.一种软质泡沫组合材料，其特征在于，其原料由组合剂A和异氰酸酯按质量比100:20-40组成，所述组合剂A采用权利要求1所述的组合剂，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯，是由丙酮三聚制成异氟尔酮再与氢氰酸反应制成氰化异佛尔酮，经还原与光气反应而成，其为含顺式异构体75%、反式异构体25%的混合物。
5.一种软质泡沫组合材料的制备方法，其特征在于，将权利要求3中所述的软质泡沫组合材料混合均匀，10秒钟内注入模具，在模具内反应后熟化15-20分钟后开模取出。
6.如权利要求5所述的一种软质泡沫组合材料的制备方法，其特征在于所述软质泡沫组合材料混合均匀后，可手工注入模具也可以应用低压浇注机加工。
7.一种软质泡沫组合材料的应用，其特征在于，用于沙发、床垫，电子光学仪器仪表器件的包装防护材料、航空减震材料以及医学教学模型用的皮肤、脂肪、肌肉。
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