[發明專利]一種聚氨酯慢回彈泡沫材料

無效

• 申請號: 201010568909.9
• 申請日: 2010-12-01
• 公開（公告）號: CN102115522A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 張帆;張克咸
• 申請（專利權）人: 上海人脊橡塑科技制品有限公司
• 主分類號: C08G18/76
• 分類號: C08G18/76;C08G18/48;C08J9/08;C08L75/08;C08G101/00
• 代理公司: 上海世貿專利代理有限責任公司 31128
• 代理人: 李浩東

技術領域

本發明涉及一種高分子合成材料，尤其是涉及一種廣泛作為填充料的聚氨酯慢回彈泡沫材料。

背景技術

聚氨酯慢回彈泡沫材料，也叫記憶棉，太空棉，惰性棉及粘彈性泡沫材料，是在普通軟質聚氨酯泡沫的合成中添加了特種聚醚，使泡沫在受到外力產生形變后，緩慢地恢復原形。聚氨酯慢回彈泡沫材料具有優異的抗震、減壓、緩沖、隔音等性能，最早由美國航空航天署開發，用于宇航員的座椅，以減輕宇航員在升空及返回地面時所承受的巨大壓力，目前也廣泛地用于寢具，玩具及運輸工具的抗震和噪聲防治。

聚氨酯(全稱：聚氨基甲酸乙酯)是一種高分子合成材料，由有機異氰酸酯化合物中的異氰酸酯與聚醚(或聚酯)多元醇中的羥基發生化學反應，形成由許多——NHCOO——基團構成的高分子化合物。異氰酸酯是合成聚氨酯材料的兩大主要原料之一，凡是含NCO基團的化合物都被稱為異氰酸酯化合物。目前用于聚氨酯材料合成的多為甲苯二異氰酸酯(TDI)。甲苯二異氰酸酯(TDI)屬于非常毒的化學品，運輸儲存都必須按照危險品辦理，在生產過程中對生產操作人員及環境產生危害，殘留在最終產品中的甲苯二異氰酸酯(TDI)也對消費者的健康不利。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種低毒性的聚氨酯慢回彈泡沫材料。?本發明解決其技術問題采用的技術方案是：一種聚氨酯慢回彈泡沫材料，它的組分及重量份數為：聚醚100、二苯基甲烷二異氰酸酯60～100、穩泡劑0.5～2、凝膠催化劑0.03～0.3、發泡催化劑0.03～0.3、發泡/凝膠平衡催化劑0.05～0.5和水1～5；聚醚為慢回彈聚醚和普通軟泡聚醚，其重量份數之比為100∶10～100；聚醚為慢回彈聚醚、普通軟泡聚醚和開孔聚醚，其重量份數之比為100∶10～100∶1～40；聚醚為慢回彈聚醚、普通軟泡聚醚和接枝聚醚，其重量份數之比為100∶10～100∶1～40；聚醚為慢回彈聚醚、普通軟泡聚醚、開孔聚醚和接枝聚醚，其重量份數之比為100∶10～100∶1～40∶1～40；穩泡劑選用美國邁圖高新材料集團生產的NIAX有機硅產品，型號為L568、L590、L598、L618、L635、L638、L650、L682、L626、L627中的任意一種或任意兩種，其任意兩種的重量份數之比為100∶10～80；穩泡劑選用美國空氣化工產品公司生產的穩泡劑，型號為DC2525、DC198、DC5188、DC5810、DC5906、DC5950、DC5986中的任意一種或任意兩種，其任意兩種的重量份數之比為100∶10～80；穩泡劑選用德國高斯米特公司生產的表面活性劑，型號為BF2370、BF2470、B4900、B8002、B8040、B8050、B8080中的任意一種或任意兩種，其任意兩種的重量份數之比為100∶10～80；凝膠催化劑選用美國邁圖高新材料集團生產的NIAX凝膠催化劑，型號為D19；凝膠催化劑選用美國空氣化工產品公司生產的凝膠催化劑，型號為T-9或T-12；凝膠催化劑選用德國高斯米特公司生產的K29凝膠催化劑；發泡催化劑選用美國邁圖高新材料集團生產的NIAX發泡催化劑，型號為A1或A133；發泡催化劑選用美國空氣化工產品公司生產的DABCO發泡催化劑，型號為BL-11、BLX-11、NE300中的任意一種；發泡催化劑選用德國高斯米特公司生產的發泡催化劑，型號為ZE1；發泡/凝膠平衡催化劑選用美國邁圖?高新材料集團生產的NIAX發泡/凝膠平衡催化劑，型號為A33；發泡/凝膠平衡催化劑選用美國空氣化工產品公司生產的DABCO發泡/凝膠平衡催化劑，型號為33-LV、33-LX、RP202、NE220、NE600中的任意一種；發泡/凝膠平衡催化劑選用德國高斯米特公司生產的發泡/凝膠平衡催化劑，型號為PTA。本發明中特指的任意兩種(型號的組分)的重量份數之比的組合序列可以互換。本發明的反應機理如下：在由聚醚和二苯基甲烷二異氰酸酯合成聚氨酯慢回彈泡沫材料的過程中存在著兩個主要反應：一是聚醚多元醇與二苯基甲烷二異氰酸酯中的異氰酸酯發生聚合反應，形成由許多——NHCOO——基團構成的高分子化合物，此反應又稱為鏈增長反應或凝膠反應；另一個是水與異氰酸酯反應，由此產生的二氧化碳，是形成泡沫材料的泡孔氣體的來源，所以也稱之為發泡反應。本發明采用普通軟泡聚醚和慢回彈聚醚作為基礎聚醚，合成軟質聚氨酯慢回彈泡沫材料，此類泡沫具有記憶棉的減壓抗震功能，用二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)替代甲苯二異氰酸酯(TDI)后，可大大降低生產過程和泡沫材料的毒性，泡沫還可獲得優異的手感，開孔聚醚可進一步改善泡沫的柔軟度及手感，接枝聚醚可增加泡沫的承載能力，穩泡劑具有乳化反應物料、穩定泡沫及調節泡孔的作用，凝膠催化劑對多元醇與異氰酸酯之間的反應(即凝膠反應)有催化作用，發泡催化劑對水與異氰酸酯之間的反應(發氣反應)有催化作用，發泡/凝膠平衡催化劑是一種胺類化合物，可同時加速并平衡發泡和凝膠反應，水參與與異氰酸酯的反應，形成泡沫體。因為在聚氨酯泡沫的合成過程中，同時存在著聚醚與異氰酸酯的凝膠反應(聚合反應)和水與異氰酸酯的發氣反應，而且這兩個反應必須達到一個平衡，所以只有特定的原料和催化劑的反應活性及其配比，才可使整個制備過程得以順利進行。本發明中所選的各種催化劑在整個反應體系?中起著重要的作用，不僅均能加速反應速度，而且還是發泡工藝的重要控制手段。選擇恰當的催化體系能使在聚合反應(聚醚與異氰酸酯的反應)和發氣反應(水與異氰酸酯的反應)兩者之間建立較好的平衡，使聚合物的形成和氣體的發生速率互相協調，在發氣反應的同時，聚合物(即已形成的泡沫體)具有足夠的強度，支撐著泡沫，使泡沫體不至于崩塌，并將氣體有效地包裹在泡沫體內，同時聚合物的強度又不可過強，否則將阻礙發氣反應的順利進行，使泡沫在反應完畢后產生收縮而無法使用。此外，發泡結束后，泡沫必須能較好地凝固熟化，保持原有形狀，才可成為有使用價值的聚氨酯泡沫。這種聚合速率和發氣速率的調節，很大程度上要依靠選擇合適的原料和催化劑。用二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)替代甲苯二異氰酸酯(TDI)后，原有的反應平衡被打破，必須重新篩選原料和催化劑，才能建立新的反應平衡。這就是為什么人們在上世紀70-80年代就已經發現了二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)的環保效應，但至今沒能廣泛地加以應用的原因。鑒此，申請人做了大量工作，篩選原料和催化劑，研究配方，反復尋找新的反應平衡，終于制備出本發明，在成功實現了這一替代的同時，提高了現有技術的性能。本發明的制備方法為：先將聚醚、穩泡劑、凝膠催化劑、發泡催化劑、發泡/凝膠平衡催化劑和水按重量份數比例在常溫下充分混合，再與二苯基甲烷二異氰酸酯均勻攪拌反應，即可形成聚氨酯慢回彈泡沫材料并熟化24小時。本發明的所有組分均可在中國市場購得。本發明用低毒性的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)替代現有技術中高毒性的甲苯二異氰酸酯(TDI)，經上海市疾病控制中心測試，生產現場有害氣體的含量遠遠低于國家規定的濃度，大大改善了工作條件及周圍環境，不必為此特地修建特殊的儲存場所和有害氣體凈化裝置，有效降低了生產和管理成本。本發明由于采?用上述技術方案，因二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)的反應活性比甲苯二異氰酸酯(TDI)更高，能夠在聚氨酯材料的制備過程中充分反應，所以在由二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)制得的聚氨酯終極產品中殘留的有害物質極少，其毒性可以忽略不計，維護了社會公眾的生態環境及消費者的身體健康，而且此外還具有手感更好、慢回彈性能持續更久、物理性能更優、阻燃性更好的性能。