[发明专利]包括石墨材料的生物基聚氨酯泡沫材料

说明书

技术领域

本发明涉及包括石墨材料组分的生物基聚氨酯泡沫材料及其制造方法，并涉及这样的材料和工艺在诸如罩下部件和座椅部件的汽车应用中的使用。

背景技术

聚氨酯泡沫材料广泛地应用于汽车中的用于隔音和振动管理的部件。这样的部件的非限制性示例包括座椅、车顶内衬和罩下部件，诸如发动机盖、发动机噪音绝缘子、油盘盖、罩消音器、仪表盘消音器、燃料喷射器封装件、发动机罩下线和侧盖。当异氰酸酯基与羟基反应时形成聚氨酯泡沫材料。聚氨酯泡沫生产的一种常见方法包括具有羟基的多元醇和具有异氰酸酯基的异氰酸酯反应以形成聚氨酯基。诸如发泡剂、交联剂和催化剂的额外的组分通常用于聚氨酯泡沫的生产中。发泡剂可以被添加到反应以在反应期间导致气体或蒸气逐渐形成。交联剂促进化学交联以形成结构化的最终聚氨酯产品。催化剂可以用于控制反应动力学，以帮助定制最终产品品质。

通常用于聚氨酯泡沫反应的多元醇典型地衍生自石油化工产品。使用这些类型的多元醇会具有一个或更多个缺点。这些多元醇衍生自不可再生资源。此外，这些类型的多元醇的生产会消耗相对高的能量、资源和费用。例如，钻探和提炼石油，然后将其运输和精炼以生产多元醇。此外，关于长期经济稳定性以及化工燃料和石油的有限储量存在不确定性。

鉴于石油基多元醇的潜在缺点，一直在努力研究和利用生物基多元醇。生物基多元醇可以提供成本优势并且减少与石油基多元醇有关的某些环境顾虑。在某些应用中，生物基多元醇已经被用于在汽车部件中使用的聚氨酯泡沫的生产。然而，在这些部件中的生物基聚氨酯泡沫的广泛使用还有实际障碍。

发明内容

在一个实施例中，公开了一种生物基含多元醇聚合物泡沫材料。生物基含多元醇聚合物泡沫材料包括生物基含多元醇聚合物泡沫和石墨材料，生物基含多元醇聚合物泡沫以按重量计99％或更大的生物基含多元醇聚合物泡沫材料的体浓度存在，石墨材料以按重量计1％或更少的生物基含多元醇聚合物泡沫材料的体浓度存在。

在另一实施例中，公开了一种生物基聚氨酯泡沫。生物基聚氨酯泡沫是包括生物基多元醇的异氰酸酯反应性组分、包括含异氰酸酯化合物的异氰酸酯组分以及以按重量计1％或更少的体浓度存在的石墨材料的反应产物。生物基聚氨酯泡沫的密度在20kg/m³-95kg/m³范围内，湿压缩变形在5％-50％的范围内，抗撕裂性在200N/m-350N/m的范围内和/或模量在50kPa-120kPa的范围内。

在又一实施例中，公开了一种用于形成生物基聚氨酯泡沫的方法。所述方法包括如下步骤：将生物基多元醇和石油基多元醇混合，以获得生物基多元醇混合物；将石墨材料添加到生物基多元醇混合物，以获得生物基多元醇石墨混合物；以及将含异氰酸酯的材料添加到生物基多元醇石墨混合物，以获得生物基聚氨酯泡沫混合物。

根据本发明的一个实施例，石墨材料以按重量计0.5％的生物基聚氨酯泡沫的体浓度存在。

根据本发明的一个实施例，石墨材料以按重量计0.25％的生物基聚氨酯泡沫的体浓度存在。

根据本发明的一个实施例，在生物基聚氨酯泡沫中，石油基多元醇与生物基多元醇的比是在2:1至1:2的范围内。

根据本发明的一个实施例，生物基聚氨酯泡沫是柔性泡沫。

根据本发明的一个实施例，石墨材料以1.0或更少的重量百分比存在于生物基多元醇石墨混合物中。

根据本发明的一个实施例，石墨材料是石墨烯纳米片(GNP)材料。

根据本发明的一个实施例，添加石墨材料的步骤包括将石墨材料分散到生物基多元醇混合物中以获得生物基多元醇石墨混合物。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括将生物基聚氨酯泡沫混合物固化以获得生物基聚氨酯泡沫。

根据本发明的一个实施例，生物基聚氨酯泡沫是柔性生物基聚氨酯泡沫。

附图说明

图1示出了质量变化(％)作为温度(℃)的函数的不同柔性聚氨酯泡沫(PUF)的热稳定性。

图2A和图2B分别描述了包括按重量计50％的石油基多元醇和按重量计50％的大豆基多元醇的混合物的PUF以及包括按重量计49.5％的石油基多元醇、按重量计49.5％的大豆基多元醇和1％石墨烯纳米片(GNP)的PUF的单元结构的显微镜图像。

具体实施方式