[发明专利]一种混炼型聚氨酯泡沫材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚氨酯泡沫材料领域，特别涉及一种混炼型聚氨酯泡沫材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯微孔弹性体不但具有聚氨酯弹性体的弹性和挠曲性能，而且具有多孔材料的特性，具有质量轻、耐磨性好、优异的吸收冲击性能等特点，被广泛地用作防震缓冲材料、鞋底材料等。从制造工艺的角度来看，现有的聚氨酯微孔弹性体包括热塑性聚氨酯微孔弹性体和浇注型聚氨酯微孔弹性体。热塑性聚氨酯微孔弹性体的高弹性是依靠硬段形成的晶体结构起到物理交联点的作用而产生的，该材料的分子链间可能会发生粘性流动，导致其缓冲和能量吸收性能不如分子链间产生了化学交联的聚氨酯微孔弹性体，因而实际生产中更多地是采用浇注法来制备分子链间具有化学交联的浇注型聚氨酯微孔弹性体。

对于浇注型聚氨酯微孔弹性体，其制备方法是将反应原料异氰酸酯、聚合物多元醇，以及催化剂、扩链剂、偶联剂、发泡剂等混合均匀后浇注到模具中经反应和发泡制得，在制备过程中，反应体系中同时进行着发泡以及链增长或者交联反应，这导致泡孔的成核以及生长过程受到复杂的化学反应过程的干扰，发泡过程的可控性不好，容易出现泡孔分布不均匀、泡孔尺寸难以控制的问题。特别是采用水作为发泡剂时，水与异氰酸酯反应剧烈，放出大量的反应热，生成的CO₂对多元醇配合液粘度的降低作用小，不利于反应体系中反应热的扩散，造成反应热分布不均，从而出现聚氨酯泡沫材料内部被烧焦变黄，以及泡孔分布不均匀以及局部泡孔被破坏的问题。泡孔分布不均匀或者泡孔尺寸范围过大，容易导致聚氨酯微孔弹性体不同部位的抗冲击性能存在较大的差异，可能存抗冲击性能的缺陷区域，因此有必要开发出泡孔分布和泡孔尺寸可控性更好的聚氨酯微孔弹性体的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混炼型聚氨酯泡沫材料及其制备方法，所述方法的发泡过程不受化学反应的干扰，泡孔分布和泡孔尺寸的可控性好，由该方法制备的聚氨酯泡沫材料中泡孔分布均匀。

本发明提供的混炼型聚氨酯泡沫材料的制备方法，工艺步骤如下：

(1)混炼型聚氨酯的预硫化

将硫化剂与碱性填料混合均匀得混合料，将聚氨酯生胶在80～100℃塑炼至聚氨酯生胶软化，然后取聚氨酯生胶质量4％～16％的混合料与塑炼后的聚氨酯生胶在80～100℃混炼至各组分混合均匀得混炼物，将混炼物在115～120℃硫化5～30min，然后在125～135℃硫化3～15min得预硫化物；

(2)发泡

将步骤(1)所得预硫化物置于高压反应釜中，通入二氧化碳并升温、加压使二氧化碳转变为超临界二氧化碳，当超临界二氧化碳在预硫化物中达到饱和后，采用快速降压法将高压反应釜中的压力降至常压，得到混炼型聚氨酯预硫化发泡材料；

(3)混炼型聚氨酯预硫化发泡材料的后硫化

将步骤(2)所得混炼型聚氨酯预硫化发泡材料在140～170℃硫化0.5～1h，然后在180～220℃硫化1.5～3h，即得混炼型聚氨酯泡沫材料。

上述方法中，所述硫化剂与碱性填料的质量比为1:(1～1.5)。

上述方法中，所述硫化剂为二过氧化二异丙苯、异丙苯基叔丁基过氧化物或者硫磺；所述碱性填料的作用在于提供碱性环境，以有利于硫化剂的分解，碱性填料为纳米碳酸钙或者纳米二氧化硅。

上述方法中，所述快速降压法的降压速率为50～80MPa/s。

上述方法的步骤(2)中，控制高压反应釜的压力为8～20MPa、温度为35～70℃使二氧化碳转变为超临界二氧化碳，并保持前述压力和温度使超临界二氧化碳在预硫化物中达到饱和。

上述方法中，所述聚氨酯生胶为聚醚型聚氨酯生胶或者聚酯型聚氨酯生胶。

上述方法中，预硫化操作的温度和时间会对预硫化物的硬度造成影响，预硫化物的硬度又会影响发泡时泡孔的成核和生长，而且会对发泡产物的泡孔的稳定性造成影响。

上述方法中，对聚氨酯生胶进行塑炼时，将聚氨酯生胶塑炼成柔软而便于加工的塑性状态即可，具体塑炼时间的长短与聚氨酯生胶的处理量有关。

上述方法的步骤(1)中，混炼物在预硫化的同时即被加工成型，若采用开炼机预硫化，开炼机可直接将混炼物加工成所需厚度的片材，若采用平板硫化机预硫化，施加8～10MPa的模压压力即可将混炼物加工成所需厚度的片材。

本发明还提供了一种上述方法制备的混炼型聚氨酯泡沫材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：