一种二次发泡型聚氨酯的制备方法与流程

[0001]
本发明涉及发泡聚氨酯技术领域，尤其涉及一种二次发泡型聚氨酯的制备方法。


背景技术：

[0002]
现有的发泡聚氨酯采用的发泡方式有两种：物理发泡和化学发泡。物理发泡是指在聚氨酯材料成型之前加入物理发泡剂，如二氧化碳或小分子的烷烃，利用高压挤出时物理发泡剂迅速气化而发泡；而化学发泡是指在聚氨酯材料中的加入异氰酸酯，异氰酸酯与水发生反应生成大量的二氧化碳来发泡。这两种发泡的方式都具有一个相同的特点，即聚氨酯是在挤出成型阶段发泡，而此时的温度大约为80～120℃，等到发泡结束后材料恢复到室温，根据pv＝nrt，由于温度降低，所以气泡的压力也下降，发泡聚氨酯变软收缩，从而导致在一定程度上变形，尤其是体型较大的发泡聚氨酯，其收缩变形会更加明显。


技术实现要素：

[0003]
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种二次发泡型聚氨酯的制备方法，进行二次发泡，防止发泡聚氨收缩变形。
[0004]
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种二次发泡型聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0005]
一、将核壳结构颗粒加入在发泡聚氨酯预聚体中，得到混合物a，所述核壳结构颗粒由裂解催化剂和二氧化碳基聚合物混合制成；
[0006]
二、将混合物a进行挤出成型，进行一次发泡，冷却后脱模后得到半成品；
[0007]
三、将脱模后的半成品进行微波加热，进行二次发泡，得到成品。
[0008]
作为上述方案的改进，所述裂解催化剂为含有结晶水的有机锌。
[0009]
作为上述方案的改进，所述裂解催化剂为含结晶水的乙酸锌、柠檬酸锌和葡萄糖酸锌中的一种或几种。
[0010]
作为上述方案的改进，所述裂解催化剂与二氧化碳基聚合物的重量比为1:(20～40)。
[0011]
作为上述方案的改进，所述二氧化碳基聚合物的聚合度为50～200。
[0012]
作为上述方案的改进，所述二氧化碳基聚合物为环氧丙烷/二氧化碳二元共聚物；或者，
[0013]
所述二氧化碳基聚合物为环氧丙烷/环氧乙烷/二氧化碳三元共聚物；或者，
[0014]
所述二氧化碳基聚合物为环氧丙烷/环氧环己烷/二氧化碳三元共聚物。
[0015]
作为上述方案的改进，步骤(一)中，所述核壳结构颗粒的添加量为0.02～1.0wt％；
[0016]
步骤(三)中，微波加热的温度为70～110℃。
[0017]
作为上述方案的改进，所述核壳结构颗粒的粒径为0.5～3μm。
[0018]
作为上述方案的改进，所述核壳结构颗粒的制备方法，包括：
[0019]
(1)将裂解催化剂和二氧化碳基聚合物加热，混合均匀，得到混合物b；
[0020]
(2)采用喷雾法将混合物b制成核壳结构颗粒。
[0021]
作为上述方案的改进，步骤(1)中，加热温度为130～160℃。
[0022]
实施本发明，具有如下有益效果：
[0023]
本发明利用二氧化碳基聚合物在合适的条件下易裂解产生大量气体的特点，将其与裂解催化剂制成核壳结构颗粒，在制备发泡聚氨酯时添加入其中，在发泡聚氨酯成型之后，利用微波加热的方法促进裂解催化剂发生作用，使二氧化碳基聚合物在合适的温度下发生裂解产生气体，进而实现避免发泡聚氨酯的形状在成型之后收缩变形，在合适的条件下可以实现二次发泡的体积甚至比成型时更加膨胀的效果。
具体实施方式
[0024]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
[0025]
本发明提供的一种二次发泡型聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0026]
一、将核壳结构颗粒加入在发泡聚氨酯预聚体中，得到混合物a，所述核壳结构颗粒由裂解催化剂和二氧化碳基聚合物混合制成；
[0027]
二、将混合物a进行挤出成型，进行一次发泡，冷却后脱模后得到半成品；
[0028]
三、将脱模后的半成品进行微波加热，进行二次发泡，得到成品。
[0029]
二氧化碳基聚合物是以有机烃分子和二氧化碳为原料共聚而成，其中二氧化碳含量占31％～50％。二氧化碳基聚合物是一种易降解的环保材料，除了生物降解之外，其在催化剂的作用下，二氧化碳基聚合物的分子容易断裂而生成低聚物，在较高的温度下，聚合物发生无规断裂，而在金属催化剂的作用下则容易发生拉链式降解，即每次从主链末端脱下一个环状的碳酸酯生成二氧化碳，二氧化碳基聚合物中两种单体单元的交替程度越高，裂解拉链过程越容易进行。
[0030]
本发明的半成品在微波加热过程中，核壳结构颗粒中的二氧化碳基聚合物在裂解催化剂的作用下发生裂解，产生二氧化碳、有机小分子气体等，形成大量的气体，使得半成品进行二次发泡，形成高压力高弹性的发泡聚氨酯。
[0031]
本发明利用二氧化碳基聚合物在合适的条件下易裂解产生大量气体的特点，将其与裂解催化剂制成核壳结构颗粒，在制备发泡聚氨酯时添加入其中，在发泡聚氨酯成型之后，利用微波加热的方法促进裂解催化剂发生作用，使二氧化碳基聚合物在合适的温度下发生裂解产生气体，进而实现避免发泡聚氨酯的形状在成型之后收缩变形，在合适的条件下可以实现二次发泡的体积甚至比成型时更加膨胀的效果。
[0032]
此外，本发明采用微波加热的方式对半成品进行加热，不仅可以使材料的整体加热均匀，而且在一定程度上提高催化分解的效率。
[0033]
优选的，步骤(一)中，所述核壳结构颗粒的添加量为0.02～1.0wt％。若核壳结构颗粒的添加量超出上述范围，则影响二次发泡的效果。具体的，若核壳结构颗粒的添加量小于0.02wt％，则在步骤(三)中产生的气体过少或不产生，无法发生二次发泡；若核壳结构颗粒的添加量大于1.0wt％，则在步骤(三)中产生的气体过多，影响产品的质量。
[0034]
更优的，步骤(一)中，所述核壳结构颗粒的添加量为0.1～0.8wt％。
[0035]
其中，步骤(三)中，微波加热的温度不仅受裂解催化剂的添加量影响，还受成品质量的影响。优选的，微波加热的温度为70～110℃。若微波加热的温度小于70℃，二氧化碳基聚合物无法在裂解催化剂的作用下产生气体或产生的气体过少；若微波加热的温度大于110℃，则温度过高，不仅产生过量的气体，还会影响产品的性能。
[0036]
具体的，本发明核壳结构颗粒的制备方法如下：
[0037]
(1)将裂解催化剂和二氧化碳基聚合物加热，混合均匀，得到混合物b；
[0038]
(2)采用喷雾法将混合物b制成核壳结构颗粒。
[0039]
本发明核壳结构颗粒中的二氧化碳基聚合物将裂解催化剂包裹在内，不仅使裂解催化剂与二氧化碳基聚合物充分接触，还可以防止裂解催化剂与聚氨酯直接接触，减少副反应的发生。
[0040]
其中，步骤(1)中，加热温度为130～160℃。
[0041]
需要说明的是，本发明核壳结构颗粒的粒径大小对二次发泡的效果起着重要的影响。优选的，所述核壳结构颗粒的粒径为0.5～3μm。更优的，所述核壳结构颗粒的粒径为1.0～2.5μm。
[0042]
其中，本发明的裂解催化剂为含有结晶水的有机锌，在微波加热的条件下，结晶水更容易进行小局部加热，使得裂解催化剂的温度高于聚氨酯的整体温度，较高的温度促使了催化的快速进行，也防止了聚氨酯整体过热。
[0043]
优选的，所述裂解催化剂为含结晶水的乙酸锌、柠檬酸锌和葡萄糖酸锌中的一种或几种。
[0044]
其中，裂解催化剂的粒径大小影响核壳结构颗粒的形成，从而影响二次发泡的效果，优选的，所述裂解催化剂的粒径小于200nm。更优的，所述裂解催化剂的粒径小于100nm。
[0045]
其中，本发明二氧化碳基聚合物的聚合度对二次发泡也起着重要的影响，若二氧化碳基聚合物的聚合度小于50，则产生的气体不足；若二氧化碳基聚合物的聚合度大于200，则产生的气体过多。优选的，所述二氧化碳基聚合物的聚合度为50～200。更优的，所述二氧化碳基聚合物的聚合度为80～150。
[0046]
所述二氧化碳基聚合物为环氧丙烷/二氧化碳二元共聚物；或者，
[0047]
所述二氧化碳基聚合物为环氧丙烷/环氧乙烷/二氧化碳三元共聚物；或者，
[0048]
所述二氧化碳基聚合物为环氧丙烷/环氧环己烷/二氧化碳三元共聚物。
[0049]
其中，所述裂解催化剂与二氧化碳基聚合物的重量比为1:(20～40)。若裂解催化剂与二氧化碳基聚合物的重量比小于1:40，则二氧化碳基聚合物的裂解温度要高于160℃，温度过高会影响发泡聚氨酯的成型；若裂解催化剂与二氧化碳基聚合物的重量比大于1:20，则二氧化碳基聚合物的发泡速度过快，在二次发泡时，产生过量的气体，影响成品的质量。
[0050]
本发明发泡聚氨酯预聚体至少包括聚醚多元醇和异氰酸酯聚合物，其中，所述异氰酸酯聚合物为二苯基甲烷二异氰酸酯或者六亚甲基二异氰酸酯。
[0051]
所述发泡聚氨酯预聚体还包括发泡剂、前段催化剂和后段催化剂。
[0052]
下面将以具体实施例来进一步阐述本发明
[0053]
实施例1
[0054]
一种二次发泡型聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0055]
一、将核壳结构颗粒加入发泡聚氨酯的预聚体中，得到混合物a，所述核壳结构颗粒的添加量为0.8wt％，所述核壳结构颗粒的粒径为1.7μm，
[0056]
其中，含结晶水的乙酸锌和二氧化碳基聚合物加热至150℃，混合均匀，得到所述核壳结构颗粒，所述二氧化碳基聚合物的聚合度为127，含结晶水的乙酸锌和二氧化碳基聚合物的质量比为1：25；
[0057]
二、将混合物a进行挤出成型，进行一次发泡，冷却后脱模后得到半成品；
[0058]
三、将脱模后的半成品进行微波加热，加热温度为85℃，进行二次发泡，得到成品。
[0059]
经测试，经过二次发泡后的成品体积为二次发泡前的半成品体积的107.6％。
[0060]
实施例2
[0061]
一种二次发泡型聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0062]
一、将核壳结构颗粒加入发泡聚氨酯的预聚体中，得到混合物a，所述核壳结构颗粒的添加量为0.6wt％，所述核壳结构颗粒的粒径为1.7μm，
[0063]
其中，含结晶水的乙酸锌和二氧化碳基聚合物加热至150℃，混合均匀，得到所述核壳结构颗粒，所述二氧化碳基聚合物的聚合度为127，含结晶水的乙酸锌和二氧化碳基聚合物的质量比为1：20；
[0064]
二、将混合物a进行挤出成型，进行一次发泡，冷却后脱模后得到半成品；
[0065]
三、将脱模后的半成品进行微波加热，加热温度为95℃，进行二次发泡，得到成品。
[0066]
经测试，经过二次发泡后的成品体积为二次发泡前的半成品体积的105.7％。
[0067]
实施例3
[0068]
一种二次发泡型聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0069]
一、将核壳结构颗粒加入发泡聚氨酯的预聚体中，得到混合物a，所述核壳结构颗粒的添加量为1.0wt％，所述核壳结构颗粒的粒径为1.7μm，
[0070]
其中，含结晶水的乙酸锌和二氧化碳基聚合物加热至160℃，混合均匀，得到所述核壳结构颗粒，所述二氧化碳基聚合物的聚合度为127，含结晶水的乙酸锌和二氧化碳基聚合物的质量比为1：30；
[0071]
二、将混合物a进行挤出成型，进行一次发泡，冷却后脱模后得到半成品；
[0072]
三、将脱模后的半成品进行微波加热，加热温度为95℃，进行二次发泡，得到成品。
[0073]
经测试，经过二次发泡后的成品体积为二次发泡前的半成品体积的112.3％。
[0074]
实施例4
[0075]
一种二次发泡型聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0076]
一、将核壳结构颗粒加入发泡聚氨酯的预聚体中，得到混合物a，所述核壳结构颗粒的添加量为0.3wt％，所述核壳结构颗粒的粒径为1.7μm，
[0077]
其中，含结晶水的乙酸锌和二氧化碳基聚合物加热至140℃，混合均匀，得到所述核壳结构颗粒，所述二氧化碳基聚合物的聚合度为127，含结晶水的乙酸锌和二氧化碳基聚合物的质量比为1：20；
[0078]
二、将混合物a进行挤出成型，进行一次发泡，冷却后脱模后得到半成品；
[0079]
三、将脱模后的半成品进行微波加热，加热温度为105℃，进行二次发泡，得到成品。
[0080]
经测试，经过二次发泡后的成品体积为二次发泡前的半成品体积的104.3％。
[0081]
实施例5
[0082]
一种二次发泡型聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0083]
一、将核壳结构颗粒加入发泡聚氨酯的预聚体中，得到混合物a，所述核壳结构颗粒的添加量为0.5wt％，所述核壳结构颗粒的粒径为1.7μm，
[0084]
其中，含结晶水的乙酸锌和二氧化碳基聚合物加热至150℃，混合均匀，得到所述核壳结构颗粒，所述二氧化碳基聚合物的聚合度为127，含结晶水的乙酸锌和二氧化碳基聚合物的质量比为1：20；
[0085]
二、将混合物a进行挤出成型，进行一次发泡，冷却后脱模后得到半成品；
[0086]
三、将脱模后的半成品进行微波加热，加热温度为100℃，进行二次发泡，得到成品。
[0087]
经测试，经过二次发泡后的成品体积为二次发泡前的半成品体积的105.2％。
[0088]
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

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