一种高强度聚氨酯硬泡材料制造技术

本发明专利技术提供一种具有高强度的聚氨酯硬泡材料，由包含组合白料A组分与B组分多异氰酸酯的原料制备得到：所述A组分包括以下组分：按质量分数计，该泡沫材料表现出优异的抗压强度，良好的尺寸稳定性和导热性能等。稳定性和导热性能等。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度聚氨酯硬泡材料


[0001]本专利技术属于聚氨酯制品
，涉及一种高强度聚氨酯硬泡材料。

技术介绍

[0002]聚氨酯泡沫材料凭借优异的性能在建筑、包装、汽车工业、节能等领域中得到广泛的应用，随着科技的发展，人们对材料性能的需求更加多元化，聚氨酯泡沫在强度方面的弱势逐渐凸显出来，而提升基体材料性能最为简单实用的方法便是利用功能性的添加物对其进行有效的改性。石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管等是最为广泛使用的纳米尺寸的材料，其可以改善基体的导电性能、导热性能、电磁屏蔽性能，同时赋予材料优异的机械性能，尤其是碳纳米管被公认为最坚硬、强度最大的人造材料。
[0003]将碳纳米管类的碳基填料引入聚氨酯泡沫中虽然可以改善聚氨酯泡沫性能，但同样存在着许多弊端，如：在碳纳米管与泡沫基体进行复合时，碳纳米管由于比表面积极大，自身相邻管间存在强的范德华力作用而易团聚成密集的网络，这种密集的网络形成后不易被破坏，从而导致碳纳米管在基体中分散性较差，碳纳米管在组合白料中相容性差，不易均匀分散，长时间储存会出现团聚、沉降、分层等问题影响白料的均一性；同时填料在基体中分散的均匀与否更会直接影响聚氨酯泡沫的泡孔结构进而影响泡沫的宏观性能。此外碳纳米管作为一维材料的特性决定了单独使用碳纳米管时其制备的材料性能易产生各向异性，对制品性能非常不利。
[0004]因此充分发挥碳纳米管等具有优异的电性能、热性能、机械性能的多功纳米材料作用的关键性难题是将其均匀的分散在聚合物基体中，使聚合物基体与纳米材料之间产生良好的结合，从而将多功能纳米填料的特性最大程度的转以到聚合物基体上，提升聚合物材料的性能。
[0005]解决这类具有极高比表面积的纳米碳填料在泡沫基体中的分散问题从而制备得到高强度的聚氨酯泡沫材料具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种高强度的聚氨酯硬质泡沫材料，具有优异的抗压强度、阻燃性能和导热性能。
[0007]为达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种高强度聚氨酯硬泡材料，由包含组合白料A组分与B组分多异氰酸酯的原料制备得到：
[0009]以所述组合白料的A组分的总质量为100wt％，所述A组分包括以下组分：按质量分数计，
[0010][0011]本专利技术B组分中的多异氰酸酯选自含有多官能度(官能度≥2)的芳香族或脂肪族多异氰酸酯，优选芳香族二异氰酸酯及其衍生物中的一种或多种，更优选25℃下，黏度范围为150～600mPa
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s的多亚甲基多苯基多异氰酸酯。例如万华化学的PM
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200、PM
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400、PM
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700、PM
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2010等牌号。
[0012]本专利技术中A组分与B组分的质量之比为1:0.7～1:1.1，优选1：0.8～1：1。
[0013]本专利技术A组分中的聚醚多元醇选自下列聚醚多元醇中的一种或多种，以所述聚醚多元醇的总质量为100％计：
[0014]聚醚多元醇1，起始剂为蔗糖、山梨醇、木糖醇或甘露醇中的一种或多种，优选山梨醇、木糖醇或甘露醇中的一种或多种，更优选蔗糖和/或山梨醇，平均官能度为5～7，羟值400～500mgKOH/g，优选数均分子量为600～900，例如万华化学(宁波)容威聚氨酯有限公司的A60、A29
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1，加入比例为50％～75％，优选60％～74％。
[0015]聚醚多元醇2，起始剂为甘油、三羟甲基丙烷和三乙醇胺中的一种或多种，优选甘油和三羟甲基丙烷中的一种或多种，更优选甘油，平均官能度为3，羟值为200～450mgKOH/g，优选数均分子量为400～700，例如万华化学(宁波)容威聚氨酯有限公司的R2307、R2305、R2304、R2310，加入比例为5％～30％，优选10％～25％。
[0016]聚醚多元醇3，起始剂为乙二醇、二甘醇、丙二醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇中的一种，优选乙二醇、丙二醇及二甘醇中的一种或多种，更优选丙二醇，平均官能度为2，羟值100～300mgKOH/g,优选数均分子量为400～1000，如万华化学(宁波)容威聚氨酯有限公司的C2010、C2007、C2004，加入比例为4％～21％，优选8％～17％。
[0017]聚醚多元醇1、2、3的聚合单体为环氧乙烷、环氧丙烷和四氢呋喃中的一种或多种，优选环氧乙烷。
[0018]本专利技术中组合白料A组分中的改性填料由碳基物质、异硫氰酸酯组分、低分子量聚醚多元醇在催化剂存在下制备得到。
[0019]本专利技术中用来制备改性填料的碳基物质为石墨、可膨胀石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或任意组合，优选石墨/碳纳米管、石墨烯/碳纳米管、氧化石墨烯/碳纳米管三种组合中的一种或多种，组合中两者的质量比为1:0.8～1:3，优选1:1～1:2，形状
弯曲且长径比大的一维碳纳米管能够与经处理后的石墨、石墨烯、氧化石墨烯这种二维石墨材料片层之间起到连接作用，并且能够在很大程度上阻止石墨片层的团聚，两者相互搭接形成的稳定三维碳结构提供给泡沫骨架优异的抗压强度。
[0020]本专利技术中用来制备改性填料的异硫氰酸酯组分优选含有多官能度(官能度≥2)的芳香族或脂肪族异硫氰酸酯，如对苯二异硫氰酸酯、三亚甲基二异硫氰酸酯、1，6
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六亚甲基二异硫氰酸酯、十二亚甲基二异硫氰酸酯中的一种或多种，更优选对苯二异硫氰酸酯或1，6
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六亚甲基二异硫氰酸酯，碳基物质与异硫氰酸酯组分的质量比为1:2～1:5，优选1:3～1:4。
[0021]本专利技术中用来制备改性填料的聚醚多元醇优选低分子量的聚氧化丙烯二醇，起始剂为乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇中的一种或多种，优选丙二醇，聚醚多元醇的分子量优选为100
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1000，更优选分子量为100
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300，如万华化学(宁波)容威聚氨酯有限公司的C2004，碳基物质与聚醚多元醇的质量比为1:5～1:12，优选1:8～1:10。
[0022]本专利技术中改性填料的制备方法包括以下步骤：
[0023](1)将一定质量干燥处理后的碳基物质加入到体积比为2:1～4:1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，超声搅拌2～4h，用去离子水不断冲洗过滤，直到溶液的PH为7，在70～90℃下真空干燥24～48h。
[0024](2)将步骤(1)经干燥后得到的产物加入一定体积的溶剂中，优选丙酮溶液中，室温20～30℃下超声搅拌30～60min后，加热至40～50℃继续超声搅拌30～60min，期间利用惰性气体N2吹扫保护，之后向悬浮液中加入异硫氰酸酯组分与催化剂(催化剂可选择三乙胺、N,N
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二异丙基乙胺、四甲基乙二胺中的一种，其中催化剂与异硫氰酸酯的质量比为1:9～1:11)，继续在20～30℃下超声搅拌12～36h。异硫氰酸酯组分起到中间介质的作用，将碳基物质以共价键的形式与聚醚多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度聚氨酯硬泡材料，其特征在于，由包含组合白料A组分与B组分多异氰酸酯的原料制备得到：所述A组分包括以下组分：按质量分数计，2.根据权利要求1所述的高强度聚氨酯硬泡材料，其特征在于，所述B组分中的多异氰酸酯选自含有官能度≥2的芳香族或脂肪族多异氰酸酯，优选芳香族多异氰酸酯；和/或，所述A组分与B组分的质量之比为1:0.7～1:1.1，优选1:0.8～1:1。3.根据权利要求1或2所述的高强度聚氨酯硬泡材料，其特征在于，以所述聚醚多元醇的总质量为100％计，所述组合白料A组分中的聚醚多元醇选自下列聚醚多元醇中的一种或多种：聚醚多元醇1，起始剂为山梨醇、蔗糖或甘露醇中的一种，优选山梨醇和/或蔗糖，平均官能度为5
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7，羟值为400～500mgKOH/g，加入比例为50％～75％，优选60％～74％；聚醚多元醇2，起始剂为甘油、三羟甲基丙烷和三乙醇胺中的一种或多种，优选甘油和三羟甲基丙烷中的一种或多种，更优选甘油，平均官能度为3，羟值为200～450mgKOH/g，加入比例为5％～30％，优选10％～25％；聚醚多元醇3，起始剂为乙二醇、二甘醇、丙二醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇中的一种，优选乙二醇、丙二醇及二甘醇中的一种或多种，更优选丙二醇，平均官能度为2，羟值为100～300mgKOH/g，加入比例为4％～21％，优选8％～17％；聚醚多元醇1、2、3的聚合单体为环氧乙烷、环氧丙烷和四氢呋喃中的一种或多种。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的高强度聚氨酯硬泡材料，其特征在于，所述组合白料A组分中的改性填料由碳基物质、异硫氰酸酯组分、低分子量的聚醚多元醇在催化剂存在下制备得到。5.根据权利要求4所述的高强度聚氨酯硬泡材料，其特征在于，所述用来制备改性填料的碳基物质为石墨、可膨胀石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管中的一种或多种形式的组合，优选石墨/碳纳米管、石墨烯/碳纳米管、氧化石墨烯/碳纳米管三种组合中的一种或多种，和/或，组合中两者的质量比为1:0.8～1:3，优选1:1～1:2。
6.根据权利要求4或5所述的高强度聚氨酯硬泡材料，其特征在于，所述用来制备改性填料的异硫氰酸酯组分为含有官能度≥2的芳香族或脂肪族异硫氰酸酯，优选对苯二异硫氰酸酯、三亚甲基二异硫氰酸酯、1，6
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六亚甲基二异硫氰酸酯、十二亚甲基二异硫氰酸酯中的一种或多种，更优选对苯二异硫氰酸酯或1，6
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【专利技术属性】
技术研发人员：韩惠，庞德政，宋阔，李雅迪，高博，张文生，缪宝吉，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：