专利名称：一种聚氨酯泡沫阻尼材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及材料化工技术领域，具体涉及一种聚氨酯泡沫阻尼材料及其制备方法。
背景技术：
聚氨酯泡沫材料是一类广泛和大量应用的泡沫材料，它的主要特征是多孔性，因而相对密度小，比强度高。聚氨酯泡沫具有优良的物理机械性能、声学性能、电学性能和耐化学性能，其密度大小及软硬程度均可以随着原料和配方的不同而改变。可以直接从单体原料一次加工成聚合物泡沫塑料，省去了聚合、分离、精制、挤出成粒等中间工序。聚氨酯合成时可以通过改变多元醇和异氰酸酯的化学结构、规格、品种等调节配方组合，制出各种性能和用途的终端制品，如导电、导磁、耐高温、耐磨、阻燃、高回弹、高密度、低密度、高吸水泡沫等材料，应用范围十分广泛，特别适合家具、床具、运输、冷藏、建筑等使用，已经成为不可缺少的材料之一。制备聚氨酯泡沫材料最重要的原料是聚合多元醇和异氰酸酯。传统方法制备聚氨酯泡沫材料所用的聚合多元醇是由有机小分子聚合而成，属于合成高分子，是石油化学工业的下游产品。人们发现，可以用能够再生、资源丰富的生物质资源通过液化过程来制备植物多元醇，用于制备聚氨酯泡沫材料。在石油资源日益枯竭的今天，这项技术将具有重大的现实意义。
发明内容
本发明的目的是以辣椒废弃物为原料提供一种低成本、综合性能优异的聚氨酯泡沫阻尼材料。本发明的聚氨酯泡沫阻尼材料密度为70 170kg/m3，阻尼系数彡O. 3。进一步,所述阻尼系数为O. 3 O. 6。另外，所述材料主要由下述重量份的各成分制备而成
辣椒液化物 55 65份发泡剂0.4 0.5份
交联剂0.4 0.5份
异氰酸酯55 65份。其中，所述辣椒液化物由20 80目辣椒废弃物在多元醇液化剂及催化剂作用下， 于130 190°C液化30 150min制备而成；其中，多元醇液化剂与辣椒废弃物的重量比为 (3 5) I ;所述催化剂的用量为多元醇液化剂重量的3 4%。在工业上,辣椒经过一系列的深加工,应用价值较高的辣椒红色素、辣椒碱、辣椒籽油、抗氧化成分、杀菌防腐成分等物质被提取和利用，剩余大量含有丰富纤维素、半纤维素成分的残渣，难以利用。本发明以辣椒工业残渣或日常生活中废弃的辣椒、即辣椒废弃物为原料，在多元醇液化剂及催化剂的作用下，对辣椒废弃物进行液化处理，得到富含羟基的液化产物，使其替代传统的聚醚或聚酯多元醇，制备聚氨酯阻尼材料。另外，所述多元醇液化剂选自聚乙二醇、丙三醇、碳酸乙烯酯、乙二醇中的一种或几种；优选重量比为(2 6) I的聚乙二醇400与丙三醇的混合物；所述催化剂为浓盐酸或浓硫酸；优选质量浓度为98%的浓硫酸。另外，所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种；所述多亚甲基多苯基异氰酸酯优选异氰酸根含量为 30. 5% 32. 0%的多亚甲基多苯基异氰酸酯。另外，所述发泡剂选自N，N-二甲基环己胺、三亚乙基二胺、吡啶、三乙胺、N，N-二甲基乙醇胺中的一种或几种；所述交联剂选自辛酸亚锡、二丁基锡二月桂酸酯、硫醇二辛基锡、硫酸二辛基锡中的一种或几种；所述发泡剂优选三乙胺；所述交联剂优选二丁基锡二月桂酸酯。另外，所述材料还包括O. 5 O. 7份泡沫稳定剂；所述泡沫稳定剂选自甲基硅油、 吐温80、吐温60中的一种或几种；优选甲基硅油。本发明还提供一种根据所述聚氨酯泡沫阻尼材料的制备方法，其包括下述步骤(I)将各成分充分混合,混合物于20 40°C下搅拌10 60s后自然发泡5 60s ；(2)将发泡后的混合物于80 120°C保温8 24h，冷却至室温，制得所述聚氨酯泡沫阻尼材料。其中，所述搅拌的速度为800 1400r/min。通过本发明可以提供一种低成本、 综合性能良好的聚氨酯硬质阻尼材料，其密度可以达到70 170kg/m3，压缩强度为4 1200kPa,导热系数小于等于O. 070w/ (m°C )，玻璃化转变温度为120 140°C，阻尼系数可控于O. 3 O. 6之间，其中大于等于O. 3的温域范围较大。通过本发明的方法制备聚氨酯泡沫阻尼材料，不仅方法简单，而且成本低、节能环保，为辣椒废弃物资源再利用提供了有效的途径，更重要的是获得了一种阻尼系数极好的聚氨酯泡沫阻尼材料。本发明的有益效果(I)本发明具有较为明显的成本优势。发明中以辣椒废弃物为原料，充分利用了工、农业生产中产生的废弃物，避免了资源的浪费，减轻了石油资源的压力，减少了生物质废弃物处理不当带来的环境污染，同时也为辣椒这种作物增加了经济效益。(2)现在已有的用来替代多元醇的生物质主要集中在玉米秸杆、甘蔗、树皮等，用其液化产物与聚氨酯合成的泡沫大多泡孔粗大，及其不均，且颜色不佳，抗压性较小、脆性较大，通过本发明合成的聚氨酯泡沫材料显著改善了聚氨酯泡沫的表观颜色，使合成的材料不需添加任何改良剂，泡孔便可致密均匀，压缩强度根据不同需求可以在很大范围内变化小至4kPa，可以生产弹性较好的软泡；大至1200kPa，在特定条件下极大提高了泡沫的压缩强度，有效地改善了已有的生物质基聚氨酯泡沫材料现状。(3) 一般来说，阻尼系数大于O. 3的材料即为性能良好的阻尼材料。采用本发明所提供的液化方法及合成方法得到的聚氨酯泡沫材料可将阻尼系数控制在O. 3 O. 6之间， 阻尼系数大于等于O. 3的温域范围较大。
(4)由本发明得到的聚氨酯泡沫阻尼材料具有较高初始储能模量与玻璃化转变温度，即产品具有较高的稳定性能。综上所述，本发明提供的方法可以制备一种低成本、综合性能良好的聚氨酯硬质阻尼材料，具有良好的市场、环保和应用价值。
图I为实施例I中的聚氨酯泡沫阻尼材料阻尼温度特性图。图2为实施例2中的聚氨酯泡沫阻尼材料阻尼温度特性图。图3为实施例3中的聚氨酯泡沫阻尼材料阻尼温度特性图。图4为实施例4中的聚氨酯泡沫阻尼材料阻尼温度特性图。图5为实施例5中的聚氨酯泡沫阻尼材料阻尼温度特性图。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中制得的聚氨酯泡沫阻尼材料各物理参数测定标准如下所示。I.密度根据 GB/T6343-1995 测定；2.压缩强度根据 GB/T8813-2008/IS0844 :2004 测定；3.导热系数根据GB/T3399-1982测定；4.动态力学特性(玻璃化转变温度和组尼因子峰值)将泡沫材料制备成 18X15X IOmm长方体试样，将表面用细砂纸轻轻的锉平。用动态机械分析仪(DMA ;美国TA 公司生产，型号Q800)对待测样品进行测定；实验过程中选用压缩夹具，控制软件中选择多频应变模式，应变根据材料的不同设定不同的数值，以保证泡沫材料的变形是在线性粘弹区，频率采用1Hz，预载力为O. IN温度由室温扫描到120°C 160°C，升温速率为3°C /min, 样品在室温下平衡3min进行热与机械的平衡。实施例I(I)将辣椒废弃物粉碎至20目，120°C干燥至恒重。(2)取以下重量的各原料
辣椒废弃物25g
聚乙二醇-40080g
丙三醇20g
浓硫酸(质量分数98%)3.5g将聚乙二醇-400、丙三醇、浓硫酸混合放于三口烧瓶中油浴加热至190°C，然后加入辣椒废弃物，液化90min，快速冷却至室温，得到辣椒液化物。(3)取以下重量的各物料辣椒液化物三乙胺
65g
0.45g
0.45g
0.6g
65g
匕曰
酉
酸
桂
月
二
锡
丁
甲基硅油
多亚甲基多苯基异氰酸酯其中，多亚甲基多苯基异氰酸酯(烟台万华聚氨酯有限公司生产，型号PM-200)， 其他均试剂均为分析纯。将上述物料混合于搅拌容器中，在25°C下以1200转/分搅拌60s后倒于模具中， 自然发泡10s，于80°C放置12h，再于室温下保存24h，使其充分熟化成型，制得聚氨酯泡沫阻尼材料。制得的聚氨酯泡沫阻尼材料密度为143. 76kg/m3，压缩强度为565. 25kPa，导热系数为O. 0409W/ (m°C )，玻璃化转变温度为114°C，阻尼因子峰值为O. 5593，如图I所示，阻尼因子为O. 3以上的阻尼因子面积较大，因此可知其具有良好的阻尼效果。实施例2(I)将辣椒废弃物粉碎至80目，80°C干燥至恒重。(2)取以下重量份数的原料辣椒废弃物20g丙三醇IOOg浓盐酸(质量分数98%) 4g将丙三醇、浓盐酸混合放于三口烧瓶中油浴加热至150°C，然后加入辣椒废弃物， 液化150min，快速冷却至室温，得到辣椒液化产物。(3)取以下质量份数的物料将上述物料混合于搅拌容器中，在30°C下以1300转/分搅拌15s后倒于模具中， 自然发泡60s，于120°C放置12h，再于室温下保存8h，使其充分熟化成型，制得聚氨酯泡沫阻尼材料。制得的聚氨酯泡沫阻尼材料密度为177. 02kg/m3,压缩强度为848. 52kPa，导热系数为O. 0482W/ (m°C )，玻璃化转变温度为130°C，阻尼因子峰值为O. 3918，如图2所示，阻尼因子为O. 3以上的阻尼因子面积较大，因此可知其具有良好的阻尼效果。实施例3(I)将辣椒废弃物粉碎至60目，100°C干燥至恒重。
辣椒液化产物 N,N-二甲基环己胺
55g
0.4g
0.5g
0.5g
60g
锡
辛
二
酸
硫
吐温80
甲苯二异氰酸酯
(2)取以下重量份数的原料辣椒废弃物乙二醇浓盐酸(质量分数为98% )将乙二醇、浓硫酸混合放于三
20g
60g
1.8g
口烧瓶中油浴加热至130°C，然后加入辣椒废弃物，
液化30min，快速冷却至室温，得到辣椒液化物。(3)取以下质量份数的物料
辣椒液化物55g
三亚乙基二胺0.5g
辛酸亚锡0.5g
二苯基甲烷二异腈酸酯55g将上述物料混合于搅拌容器中，在20°C下以1000转/分搅拌45s后倒于模具中， 自然发泡5s，于10(TC放置24h，再于室温下保存12h，使其充分熟化成型，制得聚氨酯泡沫阻尼材料。制得的聚氨酯泡沫阻尼材料密度为169. 74kg/m3,压缩强度为657. 04kPa，导热系数为O. 048ff/(m°C )，玻璃化转变温度为122°C，阻尼因子峰值为O. 4846，如图3所示，阻尼因子为O. 3以上的阻尼因子面积较大，因此可知其具有良好的阻尼效果。
实施例4
(1)将辣椒废弃物粉碎至80目，80°C干燥至恒重。
(2)取以下重量份数的原料
辣椒废弃物聚乙二醇-400
丙三醇
浓硫酸(质量分数98%)
将聚乙二醇-400、丙三醇、浓硫酸混合放于J
20g
85.7g
14.3g
3.5g
.口烧瓶中油浴加热至160°C，然后加入辣椒废弃物，液化30min，快速冷却至室温，得到辣椒液化物。(3)取以下质量份数的物料
辣椒液化物三乙胺 Γ基锡二月桂酸輯甲基硅油甲苯二异氰酸酯
60g
0.5g
0.4g
0.6g
65g
将上述物料混合于搅拌容器中，在40°C下以800转/分搅拌20s后倒于模具中，自 然发泡60s，于10(TC放置24h，再于室温下保存12h，使其充分熟化成型，制得聚氨酯泡沫阻 尼材料。制得的聚氨酯泡沫阻尼材料密度为186. 01kg/m3,压缩强度为935. 35kPa，导热系 数为0. 052ff/(m°C )，玻璃化转变温度为116°C，阻尼因子峰值为0. 547，如图4所示，阻尼因 子为0. 3以上的阻尼因子面积较大，因此可知其具有良好的阻尼效果。实施例5(1)将辣椒废弃物粉碎至80目，120°C干燥至恒重。(2)取以下重量份数的原料
辣椒废弃物20g
聚乙二醇 _40066.7g
丙三醇33.3g
浓硫酸(质量分数98% )3.5g将聚乙二醇-400、丙三醇、浓硫酸混合放于三口烧瓶中油浴加热至170°C，然后加 入辣椒废弃物，液化60min，快速冷却至室温，得到辣椒液化物。(3)取以下质量份数的物料
辣椒液化物65g
三乙胺0.4g
二丁基锡二月桂酸酯0.4g
吐温600.6g
多亚甲基多苯基异氰酸酯55g其中，多亚甲基多苯基异氰酸酯(烟台万华聚氨酯有限公司生产，型号PM-200)， 其他均试剂均为分析纯。将上述物料混合于搅拌容器中，在40°C下以1400转/分搅拌20s后倒于模具中， 自然发泡15s，于10(TC放置24h，再于室温下保存12h，使其充分熟化成型，制得聚氨酯泡沫阻尼材料。制得的聚氨酯泡沫阻尼材料密度为143. 96kg/m3,压缩强度为565. 75kPa，导热系数为O. 050Iff/ (m°C )，玻璃化转变温度为128°C，阻尼因子峰值为O. 5557，如图5所示，阻尼因子为O. 3以上的阻尼因子面积较大，因此可知其具有良好的阻尼效果。
权利要求
1.一种聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述聚氨酯泡沫阻尼材料密度为70 170kg/m3，阻尼系数彡O. 3。
2.根据权利要求I所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述阻尼系数为O.3 O.6。
3.根据权利要求I所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述材料主要由下述重量份的各成分制备而成辣椒液化物 55 65份发泡剂0.4 0.5份交联剂0.4 0.5份异氰酸酯55 65份。
4.根据权利要求I 3任一所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述辣椒液化物由20 80目辣椒废弃物在多元醇液化剂及催化剂作用下，于130 190°C液化30 150min制备而成；其中，多元醇液化剂与辣椒废弃物的重量比为(3 5) I ;所述催化剂的用量为多元醇液化剂重量的3 4%。
5.根据权利要求4所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述多元醇液化剂选自聚乙二醇、丙三醇、碳酸乙烯酯、乙二醇中的一种或几种；所述多元醇液化剂为重量比为 (2 6) I的聚乙二醇400与丙三醇的混合物；所述催化剂为浓盐酸或浓硫酸；所述催化剂为质量浓度为98%的浓硫酸。
6.根据权利要求I 3任一所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种；所述多亚甲基多苯基异氰酸酯为异氰酸根含量为30. 5% 32. 0%的多亚甲基多苯基异氰酸酯。
7.根据权利要求I 3任一所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述发泡剂选自 N，N-二甲基环己胺、三亚乙基二胺、卩比唆、三乙胺、N，N-二甲基乙醇胺中的一种或几种；所述交联剂选自辛酸亚锡、二丁基锡二月桂酸酯、硫醇二辛基锡、硫酸二辛基锡中的一种或几种；所述发泡剂为三乙胺；所述交联剂为二丁基锡二月桂酸酯。
8.根据权利要求I 3任一所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述材料还包括O. 5 O. 7份泡沫稳定剂；所述泡沫稳定剂选自甲基硅油、吐温80、吐温60中的一种或几种；优选甲基硅油。
9.根据权利要求I 8任一所述聚氨酯泡沫阻尼材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤(1)将各成分充分混合,混合物于20 40°C下搅拌10 60s后自然发泡5 60s；(2)将发泡后的混合物于80 120°C保温8 24h，冷却至室温，制得所述聚氨酯泡沫阻尼材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的速度为800 1400r/min0
全文摘要
本发明涉及一种聚氨酯泡沫阻尼材料及其制备方法，本发明中的聚氨酯泡沫阻尼材料密度为70～170kg/m3，阻尼系数≥0.3，制备方法简单。本发明以辣椒废弃物为原料，充分利用了工、农业生产中产生的废弃物，避免了资源的浪费，减轻了石油资源的压力，减少了生物质废弃物处理不当带来的环境污染，同时可以制得一种综合性能好的聚氨酯泡沫阻尼材料。
文档编号C08L75/04GK102604027SQ20121006215
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者吴敏, 李栋, 毛志怀, 汪立君, 王晓晨 申请人:中国农业大学