一種聚氨酯吸能材料的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種聚氨酯吸能材料的制備方法。采用羥基硅油作為硼化有機硅聚合物的良溶劑制備剪切增稠流體，以克服現有技術中的分相、以及異丙醇揮發量難以控制、與MDI發生副反應等問題。本發明專利技術聚氨酯吸能材料的制備方法與現有技術相比，制備工藝簡單，制備周期短，操作的可控性強，提高了產品性能的穩定性，有利于實現大規模的生產。

【技術實現步驟摘要】

:本專利技術涉及。
技術介紹
:從20世紀40年代,德國化學家Ott0.Bayer在研究異氰酸酯的加成聚合物的反應過程中，首先合成出含有氨基甲酸酯特性基團的化合物。隨著學術界和工業界研究的不斷深入，聚氨酯逐漸成為一類用途十分廣泛的合成材料，其工業化的生產主要是由多元有機異氰酸酯和各種氫給予體化合物(通常如含端羥基的多元醇化合物)反應而制備的。選擇不同數目的官能基團和不同類型的官能基團，采用不同的合成工藝，能制備出性能各異，表觀形式各種各樣的聚氨酯產品 。聚氨酯產品的種類極其豐富，包括從十分柔軟到極其堅硬的泡沫塑料，耐磨性能優異的彈性橡膠、高光澤的油漆、涂料，高回彈的合成纖維以及抗繞曲性能優良的合成皮革等，逐漸形成了一個品種多樣、性能優異的新型合成材料系列。傳統的聚氨酯材料由于其良好的耐磨性能，阻尼性能以及耐疲勞性和抗震動性能良好，因此聚氨酯在很多領域得到了廣泛的應用。近年來，人們對聚氨酯材料提出了更高的要求，因其良好的阻尼性能和抗震動性，使其具有成為人體防護材料的潛能。傳統的防護材料，因其笨重，不靈活，且防護的區域有限，比如有些人體的關鍵部位不能得到有效的防護。但以聚氨酯為基體的合成材料能夠有效的解決上述問題，且其使用性能優異，能夠滿足舒適靈活的條件，且能對人體的大部分區域得到有效的防護。英國D30公司的工程師理查德 帕爾默專利技術了一種基于聚氨酯基體的剪切增稠液體復合材料，其具有明顯的剪切增稠特性，且在高速沖擊的條件下，聚氨酯吸能材料迅速變硬，該材料在受到外界高速沖擊時能夠有效的吸收大量的能量，且當外力消除時，材料又恢復到柔軟的狀態。基于上述特性，使其能夠廣泛的應用于各種體育護具以及軍用的防護裝備，如足球場上守門員的手套，護膝，護肘以及軍用防護服的內襯層，防彈頭盔的內襯層等。US2009/0324927A1公開了一種新型聚氨酯吸能材料的制備，該專利技術提供的以聚氨酯為基體的吸能材料的制備，屬于剪切增稠液體復合材料的制備范疇。該專利技術提供了一種聚氨酯泡沫吸能材料的制備方法，在聚氨酯合成的傳統工藝的基礎上加入了一種基于有機硅材料的膨脹性流體，該種膨脹性流體是一種硼化的有機硅的聚合物溶于異丙醇溶劑中得到的，其流變性能表現出明顯的剪切增稠特性。該種有機硅材料在受到外界較高的沖擊速率時，材料發生明顯的相轉變，黏度出現急劇的上升，從而可以吸收大量的外界能量。當外界沖擊能量消失時，材料又恢復到柔軟的狀態，可以保持防護材料具有柔軟舒適的性能。但是上述專利技術在聚氨酯吸能材料的合成過程中需要對工藝進行嚴格的控制，在制備的關鍵環節需要控制好合理的工藝參數，這在一定程度上限制了其大規模生產應用的可能性。目前上述專利技術中聚氨酯吸能材料的合成過程中加入硼化的有機硅聚合物，因其黏度較大，不能直接加入到合成聚氨酯原料的A，B組分中，在加入之前需要的工藝步驟是將硼化有機硅聚合物加入到異丙醇的溶劑中配置成剪切增稠液體。在聚氨酯吸能材料的合成過程中，將剪切增稠液體加入到A組分(聚醚多元醇)中，當B組分4，4’ 二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)加入之前需要將剪切增稠液體中的異丙醇揮發完全后才能加入B組分，在此過程中需要嚴格控制異丙醇的揮發量，如果異丙醇揮發的時間控制不好，則合成的產品出現分相，且由于異丙醇較多元醇的羥基活性更高，其與MDI的反應將會嚴重影響產品的性能。綜上所述，目前現有技術中存在以下兩個問題:1.硼化有機硅聚合物因其黏度較大，不能直接加入到聚氨酯合成原料的A組分中，需要將其溶解在異丙醇溶劑中配置成剪切增稠液體，然后將剪切增稠液體加入到A組分中，從而帶來的問題是異丙醇由于其-OH官能團具有高活性，能與MDI中的-NCO官能團發生副反應，從而影響產品的剪切增稠性能；2.為了將剪切增稠液體中異丙醇揮發完全，需要在將其加入A組分之后在高速攪拌的過程中將異丙醇揮發完全，其帶來的問題是硼化有機硅聚合物由于其黏度較大將從A組分中析出，從而導致分散不均勻，因此，需要嚴格控制異丙醇的揮發量
技術實現思路
:本專利技術的目的在于提供，采用羥基硅油作為硼化有機硅聚合物的良溶劑制備剪切增稠液體，以克服現有技術中的分相、以及異丙醇揮發量難以控制、與MDI發生副反應等問題，使得制備工藝簡單，且容易控制。本專利技術，將硼化有機硅聚合物溶于羥基硅油溶劑中得到剪切增稠液體，在聚氨酯的制備過程中加入該剪切增稠液體，經固化制得。聚氨酯吸能材料制備所用原料為:聚氨酯的合成原料A組分(聚醚多元醇或聚酯多元醇)、B組分(異氰酸酯)、催化劑、擴鏈劑以及硼化有機硅聚合物溶于羥基硅油中得到的剪切增稠液體。以所有原料的質量之和為100%計，所述剪切增稠液體的質量分數為10 40%，優選20 30% ;所述擴鏈劑的質量分數為I 2% ;催化劑的質量分數為5%。 1%。剪切增稠液體中，以剪切增稠液體的質量為100%計，所述硼化有機硅聚合物的質量分數為40 70%，優選50 60%。所述剪切增稠液體制備過程中，硼化有機硅聚合物溶于羥基硅油的溫度為70 90°C，優選 80 85°C。聚氨酯的制備方法為現有技術，所屬領域的技術人員可以根據現有技術中所公開的聚氨酯的制備方法，在制備過程中加入上述剪切增稠液體，得到聚氨酯吸能材料。所述A組分聚醚多元醇選自聚氧化丙烯二醇、聚四氫呋喃二醇、四氫呋喃氧化丙烯共聚二醇中的任意一種或者至少兩種的混合物；所述A組分聚醚多元醇的數均分子量選擇范圍在400-3000 ;最好混合選用不同分子量的聚醚多元醇，其主要目的是調節聚氨酯吸能材料的舒適性能。所述B組分異氰酸酯選自4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI )，優選-NCO質量含量為30 32%的碳化二亞胺改性的4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯。所述催化劑為叔胺類催化劑和/或有機金屬催化劑。 所述擴鏈劑選自醇類擴鏈劑、胺類擴鏈劑或醇胺類擴鏈劑中的任意一種或者至少兩種的混合物。本專利技術聚氨酯吸能材料可以采用一步法或預聚物法制備。所述聚氨酯吸能材料的一步法制備工藝包括如下步驟:(I)將A組分聚醚多元醇或聚酯多元醇與剪切增稠液體混合，攪拌均勻，得到混合液；(2)將B組分異氰酸酯加入步驟(I)得到的混合液中，充分攪拌，使剪切增稠液體均勻分散，得到混合液；其中A、B兩組分的用量為使異氰酸酯中異氰酸根和聚醚多元醇或聚酯多元醇中羥基的摩爾比為I 1.2，優選1.05 1.15。(3)將催化劑、擴鏈劑加入步驟(2)得到的混合液中，固化，得到聚氨酯吸能材料。步驟(3)中，加入催化劑、擴鏈劑后，攪拌10 15s，然后固化，固化時間為3 7h，優選4 6h。所述固化溫度為70 90°C，優選80°C。所述聚氨酯吸能材料的預聚物法制備工藝包括如下步驟: ( I’)將B組分異氰酸酯與A組分聚酯多元醇或聚醚多元醇加入反應器中，反應，得到預聚物；控制預聚物中游離的異氰酸根質量分數為6 15%，優選8 12%。(2’)將剪切增稠液體加入到步驟(Γ )的預聚物中，攪拌均勻后，加入擴鏈劑和催化劑，攪拌10 15s后固化,得到聚氨酯吸能材料。固化時間為3 7h,優選4 6h。所述固化溫度為70 90°C，優選80°C。步驟(Γ)中預聚物的制備為將A、B組分混合后，先在40 60°C下攪拌反應I 4h，然后在70 90°C下攪拌反應I 4h，得到預聚本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種聚氨酯吸能材料的制備方法，將硼化有機硅聚合物溶于羥基硅油得到剪切增稠液體，在聚氨酯的制備過程中加入該剪切增稠液體，經固化制得；聚氨酯吸能材料制備所用原料為：聚氨酯的合成原料A組分聚醚多元醇或聚酯多元醇、B組分異氰酸酯、催化劑、擴鏈劑以及硼化有機硅聚合物溶于羥基硅油中得到的剪切增稠液體；其特征是：以所有原料的質量之和為100%計，剪切增稠液體的質量分數為10～40%；剪切增稠液體中，以剪切增稠液體的質量為100%計，硼化有機硅聚合物的質量分數為40～70%。

【技術特征摘要】
1.一種聚氨酯吸能材料的制備方法，將硼化有機硅聚合物溶于羥基硅油得到剪切增稠液體，在聚氨酯的制備過程中加入該剪切增稠液體，經固化制得；聚氨酯吸能材料制備所用原料為:聚氨酯的合成原料A組分聚醚多元醇或聚酯多元醇、B組分異氰酸酯、催化劑、擴鏈劑以及硼化有機硅聚合物溶于羥基硅油中得到的剪切增稠液體；其特征是:以所有原料的質量之和為100%計，剪切增稠液體的質量分數為10 40% ;剪切增稠液體中，以剪切增稠液體的質量為100%計，硼化有機硅聚合物的質量分數為40 70%。2.根據權利要求1的制備方法，其特征是:以聚氨酯制備所有原料的質量之和為100%計，剪切增稠液體的質量分數為20 30% ;剪切增稠液體中，以剪切增稠液體的質量為100%計，硼化有機娃聚合物的質量分數為50 60%。3.根據權利要求1的制備方法，其特征是:剪切增稠液體制備過程中，硼化有機硅聚合物溶于羥基硅油的溫度為70 90°C。4.根據權利要求3的制備方法，其特征是:剪切增稠液體制備過程中，硼化有機硅聚合物溶于羥基硅油的溫度為80 85°C。5.根據權利要求1的制備方法，其特征是:以所有原料的質量之和為100%計，所述擴鏈劑的質量分數為I 2%，催化劑的質量分數為5%。 1%。6.根據權利要求1的制備方法，其特征是:A組分聚醚多元醇的數均分子量范圍為400-30...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳絲竹，楊威，趙秀英，趙爽，張立群，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：