專利名稱：一種聚氨酯泡沫阻尼材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚氨酯泡沫阻尼材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚氨酯泡沫材料是一類廣泛和大量應(yīng)用的泡沫材料，它的主要特征是多孔性，因而相對密度小，比強(qiáng)度高。聚氨酯泡沫具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能、聲學(xué)性能、電學(xué)性能和耐化學(xué)性能，其密度大小及軟硬程度均可以隨著原料和配方的不同而改變?？梢灾苯訌膯误w原料一次加工成聚合物泡沫塑料，省去了聚合、分離、精制、擠出成粒等中間工序。聚氨酯合成時可以通過改變多元醇和異氰酸酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)、規(guī)格、品種等調(diào)節(jié)配方組合，制出各種性能和用途的終端制品，如導(dǎo)電、導(dǎo)磁、耐高溫、耐磨、阻燃、高回彈、高密度、低密度、高吸水泡沫等材料，應(yīng)用范圍十分廣泛，特別適合家具、床具、運(yùn)輸、冷藏、建筑等使用，已經(jīng)成為不可缺少的材料之一。制備聚氨酯泡沫材料最重要的原料是聚合多元醇和異氰酸酯。傳統(tǒng)方法制備聚氨酯泡沫材料所用的聚合多元醇是由有機(jī)小分子聚合而成，屬于合成高分子，是石油化學(xué)工業(yè)的下游產(chǎn)品。人們發(fā)現(xiàn)，可以用能夠再生、資源豐富的生物質(zhì)資源通過液化過程來制備植物多元醇，用于制備聚氨酯泡沫材料。在石油資源日益枯竭的今天，這項技術(shù)將具有重大的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以辣椒廢棄物為原料提供一種低成本、綜合性能優(yōu)異的聚氨酯泡沫阻尼材料。本發(fā)明的聚氨酯泡沫阻尼材料密度為70 170kg/m3，阻尼系數(shù)彡O. 3。進(jìn)一步,所述阻尼系數(shù)為O. 3 O. 6。另外，所述材料主要由下述重量份的各成分制備而成
辣椒液化物 55 65份發(fā)泡劑0.4 0.5份
交聯(lián)劑0.4 0.5份
異氰酸酯55 65份。其中，所述辣椒液化物由20 80目辣椒廢棄物在多元醇液化劑及催化劑作用下， 于130 190°C液化30 150min制備而成；其中，多元醇液化劑與辣椒廢棄物的重量比為 (3 5) I ;所述催化劑的用量為多元醇液化劑重量的3 4%。在工業(yè)上,辣椒經(jīng)過一系列的深加工,應(yīng)用價值較高的辣椒紅色素、辣椒堿、辣椒籽油、抗氧化成分、殺菌防腐成分等物質(zhì)被提取和利用，剩余大量含有豐富纖維素、半纖維素成分的殘渣，難以利用。本發(fā)明以辣椒工業(yè)殘渣或日常生活中廢棄的辣椒、即辣椒廢棄物為原料，在多元醇液化劑及催化劑的作用下，對辣椒廢棄物進(jìn)行液化處理，得到富含羥基的液化產(chǎn)物，使其替代傳統(tǒng)的聚醚或聚酯多元醇，制備聚氨酯阻尼材料。另外，所述多元醇液化劑選自聚乙二醇、丙三醇、碳酸乙烯酯、乙二醇中的一種或幾種；優(yōu)選重量比為(2 6) I的聚乙二醇400與丙三醇的混合物；所述催化劑為濃鹽酸或濃硫酸；優(yōu)選質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸。另外，所述異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種；所述多亞甲基多苯基異氰酸酯優(yōu)選異氰酸根含量為 30. 5% 32. 0%的多亞甲基多苯基異氰酸酯。另外，所述發(fā)泡劑選自N，N-二甲基環(huán)己胺、三亞乙基二胺、吡啶、三乙胺、N，N-二甲基乙醇胺中的一種或幾種；所述交聯(lián)劑選自辛酸亞錫、二丁基錫二月桂酸酯、硫醇二辛基錫、硫酸二辛基錫中的一種或幾種；所述發(fā)泡劑優(yōu)選三乙胺；所述交聯(lián)劑優(yōu)選二丁基錫二月桂酸酯。另外，所述材料還包括O. 5 O. 7份泡沫穩(wěn)定劑；所述泡沫穩(wěn)定劑選自甲基硅油、 吐溫80、吐溫60中的一種或幾種；優(yōu)選甲基硅油。本發(fā)明還提供一種根據(jù)所述聚氨酯泡沫阻尼材料的制備方法，其包括下述步驟(I)將各成分充分混合,混合物于20 40°C下攪拌10 60s后自然發(fā)泡5 60s ；(2)將發(fā)泡后的混合物于80 120°C保溫8 24h，冷卻至室溫，制得所述聚氨酯泡沫阻尼材料。其中，所述攪拌的速度為800 1400r/min。通過本發(fā)明可以提供一種低成本、 綜合性能良好的聚氨酯硬質(zhì)阻尼材料，其密度可以達(dá)到70 170kg/m3，壓縮強(qiáng)度為4 1200kPa,導(dǎo)熱系數(shù)小于等于O. 070w/ (m°C )，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為120 140°C，阻尼系數(shù)可控于O. 3 O. 6之間，其中大于等于O. 3的溫域范圍較大。通過本發(fā)明的方法制備聚氨酯泡沫阻尼材料，不僅方法簡單，而且成本低、節(jié)能環(huán)保，為辣椒廢棄物資源再利用提供了有效的途徑，更重要的是獲得了一種阻尼系數(shù)極好的聚氨酯泡沫阻尼材料。本發(fā)明的有益效果(I)本發(fā)明具有較為明顯的成本優(yōu)勢。發(fā)明中以辣椒廢棄物為原料，充分利用了工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物，避免了資源的浪費(fèi)，減輕了石油資源的壓力，減少了生物質(zhì)廢棄物處理不當(dāng)帶來的環(huán)境污染，同時也為辣椒這種作物增加了經(jīng)濟(jì)效益。(2)現(xiàn)在已有的用來替代多元醇的生物質(zhì)主要集中在玉米秸桿、甘蔗、樹皮等，用其液化產(chǎn)物與聚氨酯合成的泡沫大多泡孔粗大，及其不均，且顏色不佳，抗壓性較小、脆性較大，通過本發(fā)明合成的聚氨酯泡沫材料顯著改善了聚氨酯泡沫的表觀顏色，使合成的材料不需添加任何改良劑，泡孔便可致密均勻，壓縮強(qiáng)度根據(jù)不同需求可以在很大范圍內(nèi)變化小至4kPa，可以生產(chǎn)彈性較好的軟泡；大至1200kPa，在特定條件下極大提高了泡沫的壓縮強(qiáng)度，有效地改善了已有的生物質(zhì)基聚氨酯泡沫材料現(xiàn)狀。(3) 一般來說，阻尼系數(shù)大于O. 3的材料即為性能良好的阻尼材料。采用本發(fā)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將阻尼系數(shù)控制在O. 3 O. 6之間， 阻尼系數(shù)大于等于O. 3的溫域范圍較大。
(4)由本發(fā)明得到的聚氨酯泡沫阻尼材料具有較高初始儲能模量與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，即產(chǎn)品具有較高的穩(wěn)定性能。綜上所述，本發(fā)明提供的方法可以制備一種低成本、綜合性能良好的聚氨酯硬質(zhì)阻尼材料，具有良好的市場、環(huán)保和應(yīng)用價值。


圖I為實施例I中的聚氨酯泡沫阻尼材料阻尼溫度特性圖。圖2為實施例2中的聚氨酯泡沫阻尼材料阻尼溫度特性圖。圖3為實施例3中的聚氨酯泡沫阻尼材料阻尼溫度特性圖。圖4為實施例4中的聚氨酯泡沫阻尼材料阻尼溫度特性圖。圖5為實施例5中的聚氨酯泡沫阻尼材料阻尼溫度特性圖。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例中制得的聚氨酯泡沫阻尼材料各物理參數(shù)測定標(biāo)準(zhǔn)如下所示。I.密度根據(jù) GB/T6343-1995 測定；2.壓縮強(qiáng)度根據(jù) GB/T8813-2008/IS0844 :2004 測定；3.導(dǎo)熱系數(shù)根據(jù)GB/T3399-1982測定；4.動態(tài)力學(xué)特性(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和組尼因子峰值)將泡沫材料制備成 18X15X IOmm長方體試樣，將表面用細(xì)砂紙輕輕的銼平。用動態(tài)機(jī)械分析儀(DMA ;美國TA 公司生產(chǎn)，型號Q800)對待測樣品進(jìn)行測定；實驗過程中選用壓縮夾具，控制軟件中選擇多頻應(yīng)變模式，應(yīng)變根據(jù)材料的不同設(shè)定不同的數(shù)值，以保證泡沫材料的變形是在線性粘彈區(qū)，頻率采用1Hz，預(yù)載力為O. IN溫度由室溫掃描到120°C 160°C，升溫速率為3°C /min, 樣品在室溫下平衡3min進(jìn)行熱與機(jī)械的平衡。實施例I(I)將辣椒廢棄物粉碎至20目，120°C干燥至恒重。(2)取以下重量的各原料
辣椒廢棄物25g
聚乙二醇-40080g
丙三醇20g
濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)3.5g將聚乙二醇-400、丙三醇、濃硫酸混合放于三口燒瓶中油浴加熱至190°C，然后加入辣椒廢棄物，液化90min，快速冷卻至室溫，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
錫
丁
甲基硅油
多亞甲基多苯基異氰酸酯其中，多亞甲基多苯基異氰酸酯(煙臺萬華聚氨酯有限公司生產(chǎn)，型號PM-200)， 其他均試劑均為分析純。將上述物料混合于攪拌容器中，在25°C下以1200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0s后倒于模具中， 自然發(fā)泡10s，于80°C放置12h，再于室溫下保存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為143. 76kg/m3，壓縮強(qiáng)度為565. 25kPa，導(dǎo)熱系數(shù)為O. 0409W/ (m°C )，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為114°C，阻尼因子峰值為O. 5593，如圖I所示，阻尼因子為O. 3以上的阻尼因子面積較大，因此可知其具有良好的阻尼效果。實施例2(I)將辣椒廢棄物粉碎至80目，80°C干燥至恒重。(2)取以下重量份數(shù)的原料辣椒廢棄物20g丙三醇IOOg濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%) 4g將丙三醇、濃鹽酸混合放于三口燒瓶中油浴加熱至150°C，然后加入辣椒廢棄物， 液化150min，快速冷卻至室溫，得到辣椒液化產(chǎn)物。(3)取以下質(zhì)量份數(shù)的物料將上述物料混合于攪拌容器中，在30°C下以1300轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?5s后倒于模具中， 自然發(fā)泡60s，于120°C放置12h，再于室溫下保存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為177. 02kg/m3,壓縮強(qiáng)度為848. 52kPa，導(dǎo)熱系數(shù)為O. 0482W/ (m°C )，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為130°C，阻尼因子峰值為O. 3918，如圖2所示，阻尼因子為O. 3以上的阻尼因子面積較大，因此可知其具有良好的阻尼效果。實施例3(I)將辣椒廢棄物粉碎至60目，100°C干燥至恒重。
辣椒液化產(chǎn)物 N,N-二甲基環(huán)己胺
55g
0.4g
0.5g
0.5g
60g
錫
辛
二
酸
硫
吐溫80
甲苯二異氰酸酯
(2)取以下重量份數(shù)的原料辣椒廢棄物乙二醇濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98% )將乙二醇、濃硫酸混合放于三
20g
60g
1.8g
口燒瓶中油浴加熱至130°C，然后加入辣椒廢棄物，
液化30min，快速冷卻至室溫，得到辣椒液化物。(3)取以下質(zhì)量份數(shù)的物料
辣椒液化物55g
三亞乙基二胺0.5g
辛酸亞錫0.5g
二苯基甲烷二異腈酸酯55g將上述物料混合于攪拌容器中，在20°C下以1000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?5s后倒于模具中， 自然發(fā)泡5s，于10(TC放置24h，再于室溫下保存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為169. 74kg/m3,壓縮強(qiáng)度為657. 04kPa，導(dǎo)熱系數(shù)為O. 048ff/(m°C )，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為122°C，阻尼因子峰值為O. 4846，如圖3所示，阻尼因子為O. 3以上的阻尼因子面積較大，因此可知其具有良好的阻尼效果。
實施例4
(1)將辣椒廢棄物粉碎至80目，80°C干燥至恒重。
(2)取以下重量份數(shù)的原料
辣椒廢棄物聚乙二醇-400
丙三醇
濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)
將聚乙二醇-400、丙三醇、濃硫酸混合放于J
20g
85.7g
14.3g
3.5g
.口燒瓶中油浴加熱至160°C，然后加入辣椒廢棄物，液化30min，快速冷卻至室溫，得到辣椒液化物。(3)取以下質(zhì)量份數(shù)的物料
辣椒液化物三乙胺 ?；a二月桂酸輯甲基硅油甲苯二異氰酸酯
60g
0.5g
0.4g
0.6g
65g
將上述物料混合于攪拌容器中，在40°C下以800轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0s后倒于模具中，自 然發(fā)泡60s，于10(TC放置24h，再于室溫下保存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為186. 01kg/m3,壓縮強(qiáng)度為935. 35kPa，導(dǎo)熱系 數(shù)為0. 052ff/(m°C )，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為116°C，阻尼因子峰值為0. 547，如圖4所示，阻尼因 子為0. 3以上的阻尼因子面積較大，因此可知其具有良好的阻尼效果。實施例5(1)將辣椒廢棄物粉碎至80目，120°C干燥至恒重。(2)取以下重量份數(shù)的原料
辣椒廢棄物20g
聚乙二醇 _40066.7g
丙三醇33.3g
濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98% )3.5g將聚乙二醇-400、丙三醇、濃硫酸混合放于三口燒瓶中油浴加熱至170°C，然后加 入辣椒廢棄物，液化60min，快速冷卻至室溫，得到辣椒液化物。(3)取以下質(zhì)量份數(shù)的物料
辣椒液化物65g
三乙胺0.4g
二丁基錫二月桂酸酯0.4g
吐溫600.6g
多亞甲基多苯基異氰酸酯55g其中，多亞甲基多苯基異氰酸酯(煙臺萬華聚氨酯有限公司生產(chǎn)，型號PM-200)， 其他均試劑均為分析純。將上述物料混合于攪拌容器中，在40°C下以1400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0s后倒于模具中， 自然發(fā)泡15s，于10(TC放置24h，再于室溫下保存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為143. 96kg/m3,壓縮強(qiáng)度為565. 75kPa，導(dǎo)熱系數(shù)為O. 050Iff/ (m°C )，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為128°C，阻尼因子峰值為O. 5557，如圖5所示，阻尼因子為O. 3以上的阻尼因子面積較大，因此可知其具有良好的阻尼效果。
權(quán)利要求
1.一種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為70 170kg/m3，阻尼系數(shù)彡O. 3。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述阻尼系數(shù)為O.3 O.6。
3.根據(jù)權(quán)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備而成辣椒液化物 55 65份發(fā)泡劑0.4 0.5份交聯(lián)劑0.4 0.5份異氰酸酯55 65份。
4.根據(jù)權(quán)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目辣椒廢棄物在多元醇液化劑及催化劑作用下，于130 190°C液化30 150min制備而成；其中，多元醇液化劑與辣椒廢棄物的重量比為(3 5) I ;所述催化劑的用量為多元醇液化劑重量的3 4%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述多元醇液化劑選自聚乙二醇、丙三醇、碳酸乙烯酯、乙二醇中的一種或幾種；所述多元醇液化劑為重量比為 (2 6) I的聚乙二醇400與丙三醇的混合物；所述催化劑為濃鹽酸或濃硫酸；所述催化劑為質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 3任一所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述異氰酸酯為多亞甲基多苯基異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種；所述多亞甲基多苯基異氰酸酯為異氰酸根含量為30. 5% 32. 0%的多亞甲基多苯基異氰酸酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 3任一所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述發(fā)泡劑選自 N，N-二甲基環(huán)己胺、三亞乙基二胺、卩比唆、三乙胺、N，N-二甲基乙醇胺中的一種或幾種；所述交聯(lián)劑選自辛酸亞錫、二丁基錫二月桂酸酯、硫醇二辛基錫、硫酸二辛基錫中的一種或幾種；所述發(fā)泡劑為三乙胺；所述交聯(lián)劑為二丁基錫二月桂酸酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求I 3任一所述的聚氨酯泡沫阻尼材料，其特征在于，所述材料還包括O. 5 O. 7份泡沫穩(wěn)定劑；所述泡沫穩(wěn)定劑選自甲基硅油、吐溫80、吐溫60中的一種或幾種；優(yōu)選甲基硅油。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 8任一所述聚氨酯泡沫阻尼材料的制備方法，其特征在于，包括下述步驟(1)將各成分充分混合,混合物于20 40°C下攪拌10 60s后自然發(fā)泡5 60s；(2)將發(fā)泡后的混合物于80 120°C保溫8 24h，冷卻至室溫，制得所述聚氨酯泡沫阻尼材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述攪拌的速度為800 1400r/min0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚氨酯泡沫阻尼材料及其制備方法，本發(fā)明中的聚氨酯泡沫阻尼材料密度為70～170kg/m3，阻尼系數(shù)≥0.3，制備方法簡單。本發(fā)明以辣椒廢棄物為原料，充分利用了工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物，避免了資源的浪費(fèi)，減輕了石油資源的壓力，減少了生物質(zhì)廢棄物處理不當(dāng)帶來的環(huán)境污染，同時可以制得一種綜合性能好的聚氨酯泡沫阻尼材料。
文檔編號C08L75/04GK102604027SQ20121006215
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者吳敏, 李棟, 毛志懷, 汪立君, 王曉晨 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)