[发明专利]一种耐黄变聚氨酯海绵及其制备方法

说明书

本发明提供了一种耐黄变聚氨酯海绵及其制备方法，所述耐黄变聚氨酯海绵包括：聚氨酯发泡体；隔热层，其镶嵌在所述聚氨酯发泡体内，所述隔热层内设置相变颗粒，本发明所述的耐黄变聚氨酯海绵及其制备方法具有耐黄变效果好、使用时间长、原料简单易得、制备工艺简单稳定，利于实现大规模工业化生产和应用的优点。

技术领域

本发明涉及聚氨酯发泡材料领域，具体涉及一种耐黄变聚氨酯海绵及其制备方法。

背景技术

聚氨酯材料是一种在大分子主链中含有氨基甲酸酯基的聚合物，聚氨酯材料发泡后制备的聚氨酯海绵具有良好的回弹性、力学性能、耐腐蚀性和阻燃性能等，可广泛用于工业生产和日常生活中。但是，聚氨酯材料和其他高分子材料一样，在长期使用后，容易发生龟裂、机械性能下降、泛黄等光氧化老化现象。在发生光氧化老化过程中，聚氨酯材料会伴随着颜色逐渐变黄的现象，即产生“黄变”。黄变不仅影响聚氨酯制品的外观，而且代表着其结构和性能的下降，因此，研究聚氨酯材料的黄变机理、进而提出减轻或避免聚氨酯黄变的措施具有十分重要的意义。

基于此，本领域技术人员通过研究发现：导致聚氨酯黄变的因素主要有以下几种：

第一、聚氨酯材料中残留的不饱和键在空气、温度、阳光等因素的作用下被氧化成醛酮和羧酸结构，并进一步老化降解，产生黄变基团，最终导致聚氨酯制品产生黄变；

第二、制备聚氨酯材料所用的原料异氰酸酯，一般为MDI或TDI，其中的芳香体系在光、热等因素的作用下逐渐被氧化，形成醌式结构，这种结构的改变导致聚氨酯制品产生黄变；

第三、聚氨酯制品中的氨基甲酸酯基团在紫外线的照射下出现断键现象，如N-C键断裂，形成氨基自由基和烷基自由基，并释放出C0₂，或者C-O键断裂，形成氨基甲酰基自由基和烷氧基自由基，氨基甲酰基自由基进一步分解成氨基自由基和CO₂，在断键过程中产生的N＝N、CH＝CH、C＝O等有色基团、以及具有共轭效应的非生色基团均会导致聚氨酯制品颜色的加深；

第四、此外，氧气、光照和温度等也是造成聚氨酯制品产生黄变的重要影响因素，当聚氨酯材料接收到足够的热量时，其分子结构会被氧化、导致化学键断裂，机械性能下降和老化黄变的产生。尤其是聚醚型聚氨酯材料的热氧化稳定性较聚酯型聚氨酯材料更差，其中，聚氨酯材料的热氧化降解过程如图1所示。

综上可得：聚氨酯材料产生黄变的主要原因是其内部结构在氧气、光照和温度等外部因素的作用下发生了复杂的化学变化。因此，在探究聚氨酯材料黄变的过程和机理的基础上，本领域技术人员对制备聚氨酯的组分和配比进行了一系列优化和改进，以降低其中容易发生黄变的组分、化学键、基团的含量，如使用脂肪族异氰酸酯来替代芳香族二异氰酸酯，同时添加耐黄变助剂，如抗紫外线助剂、热氧化稳定剂等来减轻或避免聚氨酯黄变，目前已经取得了一些成果。

但是，现有技术中对于耐黄变聚氨酯海绵的优化和改进主要集中在对制备聚氨酯材料所用原材料的组分和配比进行的研究，对于导致黄变产生的外因，如光照、温度和空气等因素鲜少进行研究。事实上，一方面，上述对于耐黄变聚氨酯所使用原材料的研究成果中，为实现良好的耐黄变性能，需要选用一些具有特定结构的原材料才能够实现，这使得制备聚氨酯的原材料选择范围降低、成本升高，难以实现大规模工业化生产和应用；另一方面，上述的能够发生黄变的组分、化学键和基团仅仅是造成聚氨酯材料黄变的部分原因，在聚氨酯材料黄变过程中，还涉及其他的复杂的、未知的化学反应，在无法清楚、完整地获得聚氨酯材料的黄变机理的情况下，对于制备聚氨酯材料所用原材料的组分和配比进行研究始终处于摸索前进的状态、进展不大。

在此基础上，本领域技术人员开始尝试从光照、温度和空气等外部因素着手，来改善聚氨酯材料的黄变：如通过降低聚氨酯材料的导热系数，来降低或避免黄变基团的生成，具体可通过添加一定量的相变材料微胶囊来使得聚氨酯泡沫材料具备一定的储热能力，进而降低其导热系数、提高保温性能，同时减轻黄变发生的可能性。但是，这种方式存在以下缺陷：