本发明专利技术涉及环保高分子材料的技术领域，提供了一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料及制备方法。该方法采用铁盐对聚氨酯进行配位改性，在保证聚氨酯泡沫良好的力学性能（撕裂强度较高）的同时，明显降低了聚氨酯泡沫的VOC含量。所述聚氨酯泡沫是由聚合MDI 50~70重量份、聚醚多元醇40~60重量份、铁盐0.3~0.6重量份、催化剂1重量份、戊烷发泡剂1重量份、水2重量份、泡沫稳定剂1~2重量份制得。
A Low VOC Polyurethane Foaming Material Containing Iron Salt and Its Preparation Method
The invention relates to the technical field of environmental protection polymer materials, and provides a low VOC polyurethane foaming material containing iron salt and a preparation method thereof. This method modifier polyurethane with iron salt, which can obviously reduce the VOC content of polyurethane foam while ensuring the good mechanical properties of the polyurethane foam. The polyurethane foam is made from polymerized MDI 50~70 weight fraction, polyether polyol 40~60 weight fraction, iron salt 0.3~0.6 weight fraction, catalyst 1 weight fraction, pentane blowing agent 1 weight fraction, water 2 weight fraction, foam stabilizer 1~2 weight fraction.
【技术实现步骤摘要】
一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料及制备方法
本专利技术属于环保高分子材料的
，提供了一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料及制备方法。
技术介绍
聚氨酯发泡材料主要是异氰酸酯和羟基化合物经聚合发泡制成，按其硬度主要分为硬质和软质两类。其中，聚氨酯硬质发泡材料具有机械强度高、耐磨性能好、相对密度不大等特点，已广泛用于建筑材料、汽车内饰、防火板材等行业。聚氨酯发泡材料虽然因其优良性能而广泛应用，但由于生产的原料、助剂以及在生产过程中产生的副产物，使聚氨酯发泡材料中含有一定量的挥发性有机物（VOC），VOC对于人体的伤害极大，部分污染物如苯、甲醛等甚至具有致癌突变性，产生的异味刺鼻难闻，严重影响人们的身心健康。因此，通过对聚氨酯发泡材料进行改性，降低其VOC含量具有很大的实际意义。目前，降低聚氨酯泡沫VOC的方法主要有：研究和使用新型聚醚多元醇，改进聚氨酯的合成工艺，使用新型催化剂等，这些方法的主要问题就是成本比较高，将使得现有的生产成本增加10%左右，而且VOC降低效果不够理想，实际应用的性价比较低。在聚氨酯的改性方面，利用配位反应对聚氨酯进行改性的研究已有一些报道，但用于降低VOC方面还未有报道。刘新海等合成了聚氨酯、乙酰丙酮铽及其复合物。红外光谱研究结果表明，铽离子与聚氨酯分子链中的羰基发生了配位作用。力学性能测试结果表明，稀土配合物的加入提高了聚氨酯的拉伸强度和断裂伸长等力学性能；流变性能测试结果显示，乙酰丙酮铽的加入使聚氨酯溶液的粘度增大，表明溶液中两者之间存在明显的相互作用。这是配位聚合在聚氨酯力学性能改性中的应用。柴大付等利用聚氨酯-铬（Ⅲ）络合物微乳液鞣制皮革，在使用铬（Ⅲ）络合物后，该络合物鞣剂可以良好地分散皮胶原纤维束，具有较好的释性。在硫酸铬盐质量分数为4%，聚氨酯配体质量分数为5%时鞣革效果最好，对于皮革性能有一定的提高。本专利技术创造性地利用铁盐对聚氨酯进行配位改性，以期在保证聚氨酯泡沫良好力学性能的同时，达到明显降低VOC含量的目的。
技术实现思路
本专利技术提出了一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料及制备方法，在保证聚氨酯泡沫良好的力学性能（撕裂强度较高）的同时，明显降低了聚氨酯泡沫的VOC含量。为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：本专利技术提供了一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料，所述低VOC聚氨酯发泡材料是由聚合MDI50~70重量份、聚醚多元醇40~60重量份、铁盐0.3~0.6重量份、催化剂1重量份、戊烷发泡剂1重量份、水2重量份、泡沫稳定剂1~2重量份制得。本专利技术主要的创新点在于，在B料的配制过程中，加入铁盐，利用铁盐对聚氨酯的配位改性，达到明显降低聚氨酯泡沫的VOC的效果。聚氨酯的结构比较特殊，主链中含有大量的氨基甲酸酯基（-NHCOO-）。氨基甲酸酯基的N和O上有一对孤对电子，而且形成了一个超共轭的稳定结构。这个结构是聚氨酯有着优良性能的基础，也为其配位产生了有利的条件。N和O均可以配位，而且共轭之后结构非常稳定，所以氨基甲酸酯基是一种非常优秀的配体。所述铁盐为硫酸铁、草酸铁、醋酸铁、柠檬酸铁中的至少一种。在原料选择时，以聚合MDI代替TDI，虽然价格有所提高，但可降低产品毒性，因此本专利技术采用聚合MDI为A料。由于聚合MDI仍然具有一定毒性，在空气中要尽量少的暴露，不与水接触，以免与水和空气反应，以保证其纯度和反应活性。聚醚多元醇可选择单一品种或多个品种混合使用（比如不同官能度的聚醚多元醇的混合使用）均可达到本专利技术的效果。因此，对聚合MDI和聚醚多元醇的选择没有特别限制。优选的，所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的至少一种。优选的，所述戊烷发泡剂为环戊烷、正戊烷、异戊烷中的至少一种。优选的，所述泡沫稳定剂为二甲基硅油、二乙基硅油、乙烯基硅油、甲基乙烯基硅油中的至少一种。在上述配方中，水作为化学发泡剂，能与MDI反应放出CO2气体，在泡沫中形成气泡核，使泡沫体积膨胀。戊烷作为物理发泡剂，对臭氧层没有破坏，导热系数较低，发泡效率高，不受其他因素干扰。可使用环戊烷、正戊烷、异戊烷中的一种，也可使用其中的两种或三种配成混合发泡剂。研究表明，当环戊烷与异戊烷按3:2的重量比加入时，得到的聚氨酯密度最低，气味最小。本专利技术还提供了一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料的制备方法，所述低VOC聚氨酯发泡材料制备的具体步骤为：（1）以聚合MDI为A料，以聚醚多元醇、铁盐、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、水混合配制B料；（2）先将A料、B料分别在发泡温度的恒温水浴中搅拌20~30min，然后迅速将B料倒入容器中，再倒入A料，以200~300r/min的速度搅拌混合一定时间，再将混合物倒入发泡模具中，混合物开始剧烈膨胀发泡；（3）经过一定的发泡时间后，产物停止膨胀，继续等待10~15min后泡沫表面变硬，此时可取出泡沫，制得含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料。优选的，步骤（2）所述发泡温度为15~25℃。在发泡过程中，温度对于反应的影响非常大。随着温度的上升，缩聚反应的速度越来越快。但是，在温度升高的情况下，副反应增加很多，反应热也会随着反应速度的变快而出现急剧升高。尤其是对于硬质聚氨酯泡沫来说，由于反应中没有溶剂，反应散热已经非常困难。较高的反应温度会使得缩聚反应放出的大量热无法传输，发泡中心温度过高，导致烧心等严重事故。在试验中，当我们采用30℃的温度发泡时，A、B料在混合后搅拌，即在搅拌容器中迅速开始发泡，发泡速度很快，在倒入模具后产生难闻的气味，此时大量的反应热无法及时散去，制品内部的温度达到了270℃之高，出现烧心现象，从而无法发泡。而在15~25℃的温度下可正常发泡，制品内部温度在200～220℃左右。优选的，步骤（2）所述搅拌混合的时间为20~25s。混合时间对发泡过程和泡沫性能也有着很大影响。混合时间不够，A、B料混合不均匀，反应速度慢，CO2的产生速率降低，不利于泡沫的成核，使泡孔数量减少，泡孔内径增加；混合时间太长，会使得物料在混合容器内就发泡膨胀，影响制品的机械性能和孔洞密度。因此，需对混合时间进行合理控制。优选的，步骤（3）所述发泡时间为3~5min。本专利技术提供了一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本专利技术采用铁盐对聚氨酯进行配位改性，达到了明显降低聚氨酯泡沫VOC的效果。2.本专利技术通过对原料的选择、原料配比的优化以及发泡工艺的优化，保证了聚氨酯泡沫良好的力学性能，撕裂强度较高。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1低VOC聚氨酯发泡材料是由聚合MDI58重量份、聚醚多元醇52重量份、铁盐0.36重量份、催化剂1重量份、戊烷发泡剂1重量份、水2重量份、泡沫稳定剂1.6重量份制得；铁盐为硫酸铁；催化剂为二丁基锡二月桂酸酯；戊烷发泡剂为环戊烷；泡沫稳定剂为二甲基硅油；低VOC聚氨酯发泡材料制备的具体步骤为：（1）以聚合MDI为A料，以聚醚多元醇、铁盐、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、水混合配本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料，其特征在于：所述低VOC聚氨酯发泡材料是由聚合MDI 50~70重量份、聚醚多元醇40~60重量份、铁盐0.3~0.6重量份、催化剂1重量份、戊烷发泡剂1重量份、水2重量份、泡沫稳定剂1~2重量份制得。
【技术特征摘要】
1.一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料，其特征在于：所述低VOC聚氨酯发泡材料是由聚合MDI50~70重量份、聚醚多元醇40~60重量份、铁盐0.3~0.6重量份、催化剂1重量份、戊烷发泡剂1重量份、水2重量份、泡沫稳定剂1~2重量份制得。2.根据权利要求1所述一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料，其特征在于：所述铁盐为硫酸铁、草酸铁、醋酸铁、柠檬酸铁中的至少一种。3.根据权利要求1所述一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料，其特征在于：所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的至少一种。4.根据权利要求1所述一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料，其特征在于：所述戊烷发泡剂为环戊烷、正戊烷、异戊烷中的至少一种。5.根据权利要求1所述一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料，其特征在于：所述泡沫稳定剂为二甲基硅油、二乙基硅油、乙烯基硅油、甲基乙烯基硅油中的至少一种。6.一种含铁盐的低VOC聚氨酯发泡材料的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞海，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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