专利名称：一种聚氨酯慢回弹泡沫材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高分子合成材料，尤其是涉及一种广泛作为填充料的聚氨酯慢回 弹泡沫材料。
背景技术：
聚氨酯慢回弹泡沫材料，也叫记忆棉，太空棉，惰性棉及粘弹性泡沫材料，是在普 通软质聚氨酯泡沫的合成中添加了特种聚醚，使泡沫在受到外力产生形变后，缓慢地恢复 原形。聚氨酯慢回弹泡沫材料具有优异的抗震、减压、缓冲、隔音等性能，最早由美国航空航 天署开发，用于宇航员的座椅，以减轻宇航员在升空及返回地面时所承受的巨大压力，目前 也广泛地用于寝具，玩具及运输工具的抗震和噪声防治。聚氨酯(全称聚氨基甲酸乙酯)是一种高分子合成材料，由有机异氰酸酯化合物 中的异氰酸酯与聚醚(或聚酯)多元醇中的羟基发生化学反应，形成由许多——NHCOO—— 基团构成的高分子化合物。异氰酸酯是合成聚氨酯材料的两大主要原料之一，凡是含NCO 基团的化合物都被称为异氰酸酯化合物。目前用于聚氨酯材料合成的多为甲苯二异氰酸酯 (TDI)。甲苯二异氰酸酯(TDI)属于非常毒的化学品，运输储存都必须按照危险品办理，在 生产过程中对生产操作人员及环境产生危害，残留在最终产品中的甲苯二异氰酸酯(TDI) 也对消费者的健康不利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低毒性的聚氨酯慢回弹泡沫材料。本发 明解决其技术问题采用的技术方案是一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，它的组分及重量份数 为聚醚100、二苯基甲烷二异氰酸酯60 100、稳泡剂0. 5 2、凝胶催化剂0. 03 0. 3、 发泡催化剂0. 03 0. 3、发泡/凝胶平衡催化剂0. 05 0. 5和水1 5 ；聚醚为慢回弹聚 醚和普通软泡聚醚，其重量份数之比为100 10 100 ；聚醚为慢回弹聚醚、普通软泡聚 醚和开孔聚醚，其重量份数之比为100 10 100 1 40 ；聚醚为慢回弹聚醚、普通软 泡聚醚和接枝聚醚，其重量份数之比为100 10 100 1 40 ；聚醚为慢回弹聚醚、普 通软泡聚醚、开孔聚醚和接枝聚醚，其重量份数之比为100 10 100 1 40 1 40 ；稳泡剂选用美国迈图高新材料集团生产的NIAX有机硅产品，型号为L568、L590、L598、 L618、L635、L638、L650、L682、L626、L627中的任意一种或任意两种，其任意两种的重量份数 之比为100 10 80 ；稳泡剂选用美国空气化工产品公司生产的稳泡剂，型号为DC2525、 DC198、DC5188、DC5810、DC5906、DC5950、DC5986中的任意一种或任意两种，其任意两种的 重量份数之比为100 10 80;稳泡剂选用德国高斯米特公司生产的表面活性剂，型号为 BF2370、BF2470、B4900、B8002、B8040、B8050、B8080 中的任意一种或任意两种，其任意两 种的重量份数之比为100 10 80;凝胶催化剂选用美国迈图高新材料集团生产的NIAX 凝胶催化剂，型号为D19 ；凝胶催化剂选用美国空气化工产品公司生产的凝胶催化剂，型号 为T-9或T-12 ；凝胶催化剂选用德国高斯米特公司生产的以9凝胶催化剂；发泡催化剂选用美国迈图高新材料集团生产的NIAX发泡催化剂，型号为Al或A133 ；发泡催化剂选用美 国空气化工产品公司生产的DABCO发泡催化剂，型号为BL-11、BLX-11、NE300中的任意一 种；发泡催化剂选用德国高斯米特公司生产的发泡催化剂，型号为ZEl ；发泡/凝胶平衡催 化剂选用美国迈图高新材料集团生产的NIAX发泡/凝胶平衡催化剂，型号为A33 ；发泡/ 凝胶平衡催化剂选用美国空气化工产品公司生产的DABCO发泡/凝胶平衡催化剂，型号为 33-LV、33-LX、RP202、NE220、NE600中的任意一种；发泡/凝胶平衡催化剂选用德国高斯米 特公司生产的发泡/凝胶平衡催化剂，型号为PTA。本发明中特指的任意两种(型号的组 分)的重量份数之比的组合序列可以互换。本发明的反应机理如下在由聚醚和二苯基甲 烷二异氰酸酯合成聚氨酯慢回弹泡沫材料的过程中存在着两个主要反应一是聚醚多元醇 与二苯基甲烷二异氰酸酯中的异氰酸酯发生聚合反应，形成由许多一NHCOO——基团构 成的高分子化合物，此反应又称为链增长反应或凝胶反应；另一个是水与异氰酸酯反应，由 此产生的二氧化碳，是形成泡沫材料的泡孔气体的来源，所以也称之为发泡反应。本发明采 用普通软泡聚醚和慢回弹聚醚作为基础聚醚，合成软质聚氨酯慢回弹泡沫材料，此类泡沫 具有记忆棉的减压抗震功能，用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)替代甲苯二异氰酸酯(TDI) 后，可大大降低生产过程和泡沫材料的毒性，泡沫还可获得优异的手感，开孔聚醚可进一步 改善泡沫的柔软度及手感，接枝聚醚可增加泡沫的承载能力，稳泡剂具有乳化反应物料、稳 定泡沫及调节泡孔的作用，凝胶催化剂对多元醇与异氰酸酯之间的反应(即凝胶反应)有 催化作用，发泡催化剂对水与异氰酸酯之间的反应(发气反应)有催化作用，发泡/凝胶平 衡催化剂是一种胺类化合物，可同时加速并平衡发泡和凝胶反应，水参与与异氰酸酯的反 应，形成泡沫体。因为在聚氨酯泡沫的合成过程中，同时存在着聚醚与异氰酸酯的凝胶反应 (聚合反应)和水与异氰酸酯的发气反应，而且这两个反应必须达到一个平衡，所以只有特 定的原料和催化剂的反应活性及其配比，才可使整个制备过程得以顺利进行。本发明中所 选的各种催化剂在整个反应体系中起着重要的作用，不仅均能加速反应速度，而且还是发 泡工艺的重要控制手段。选择恰当的催化体系能使在聚合反应(聚醚与异氰酸酯的反应) 和发气反应(水与异氰酸酯的反应)两者之间建立较好的平衡，使聚合物的形成和气体的 发生速率互相协调，在发气反应的同时，聚合物(即已形成的泡沫体)具有足够的强度，支 撑着泡沫，使泡沫体不至于崩塌，并将气体有效地包裹在泡沫体内，同时聚合物的强度又不 可过强，否则将阻碍发气反应的顺利进行，使泡沫在反应完毕后产生收缩而无法使用。此 外，发泡结束后，泡沫必须能较好地凝固熟化，保持原有形状，才可成为有使用价值的聚氨 酯泡沫。这种聚合速率和发气速率的调节，很大程度上要依靠选择合适的原料和催化剂。用 二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)替代甲苯二异氰酸酯(TDI)后，原有的反应平衡被打破，必须 重新筛选原料和催化剂，才能建立新的反应平衡。这就是为什么人们在上世纪70-80年代 就已经发现了二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的环保效应，但至今没能广泛地加以应用的原 因。鉴此，申请人做了大量工作，筛选原料和催化剂，研究配方，反复寻找新的反应平衡，终 于制备出本发明，在成功实现了这一替代的同时，提高了现有技术的性能。本发明的制备方 法为先将聚醚、稳泡剂、凝胶催化剂、发泡催化剂、发泡/凝胶平衡催化剂和水按重量份数 比例在常温下充分混合，再与二苯基甲烷二异氰酸酯均勻搅拌反应，即可形成聚氨酯慢回 弹泡沫材料并熟化M小时。本发明的所有组分均可在中国市场购得。本发明用低毒性的 二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)替代现有技术中高毒性的甲苯二异氰酸酯(TDI)，经上海市疾病控制中心测试，生产现场有害气体的含量远远低于国家规定的浓度，大大改善了工作 条件及周围环境，不必为此特地修建特殊的储存场所和有害气体净化装置，有效降低了生 产和管理成本。本发明由于采用上述技术方案，因二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的反应活 性比甲苯二异氰酸酯(TDI)更高，能够在聚氨酯材料的制备过程中充分反应，所以在由二 苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)制得的聚氨酯终极产品中残留的有害物质极少，其毒性可以忽 略不计，维护了社会公众的生态环境及消费者的身体健康，而且此外还具有手感更好、慢回 弹性能持续更久、物理性能更优、阻燃性更好的性能。本发明其毒性比较见下表
权利要求
1.一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，其特征在于它的组分及重量份数为聚醚100、二苯基 甲烷二异氰酸酯60 100、稳泡剂0. 5 2、凝胶催化剂0. 03 0. 3、发泡催化剂0. 03 0. 3、发泡/凝胶平衡催化剂0. 05 0. 5和水1 5。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，其特征在于聚醚为慢回弹聚 醚和普通软泡聚醚，其重量份数之比为100 10 100。
3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，其特征在于聚醚为慢回弹聚 醚、普通软泡聚醚和开孔聚醚，其重量份数之比为100 10 100 1 40。
4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，其特征在于聚醚为慢回弹聚 醚、普通软泡聚醚和接枝聚醚，其重量份数之比为100 10 100 1 40。
5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，其特征在于聚醚为慢回弹 聚醚、普通软泡聚醚、开孔聚醚和接枝聚醚，其重量份数之比为100 10 100 1 40 1 40。
6.根据权利要求1所述的一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，其特征在于稳泡剂选用 美国迈图高新材料集团生产的NIAX有机硅产品，型号为L568、L590、L598、L618、L635、 L638、L650、L682、L626、L627中的任意一种或任意两种，其任意两种的重量份数之比为 100 10 80 ；稳泡剂选用美国空气化工产品公司生产的稳泡剂，型号为DC2525、DC198、 DC5188、DC5810、DC5906、DC5950、DC5986中的任意一种或任意两种，其任意两种的重量份数 之比为100 10 80 ；稳泡剂选用德国高斯米特公司生产的表面活性剂，型号为BF2370、 BF2470、B4900、B8002、B8040、B8050、B8080中的任意一种或任意两种，其任意两种的重量 份数之比为100 10 80。
7.根据权利要求1所述的一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，其特征在于凝胶催化剂选用 美国迈图高新材料集团生产的NIAX凝胶催化剂，型号为D19 ；凝胶催化剂选用美国空气化 工产品公司生产的凝胶催化剂，型号为T-9或T-12 ；凝胶催化剂选用德国高斯米特公司生 产的以9凝胶催化剂。
8.根据权利要求1所述的一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，其特征在于发泡催化剂选用 美国迈图高新材料集团生产的NIAX发泡催化剂，型号为Al或A133 ；发泡催化剂选用美国 空气化工产品公司生产的DABCO发泡催化剂，型号为BL-11、BLX-11、NE300中的任意一种； 发泡催化剂选用德国高斯米特公司生产的发泡催化剂，型号为观1。
9.根据权利要求1所述的一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，其特征在于发泡/凝胶平衡 催化剂选用美国迈图高新材料集团生产的NIAX发泡/凝胶平衡催化剂，型号为A33 ；发泡/ 凝胶平衡催化剂选用美国空气化工产品公司生产的DABCO发泡/凝胶平衡催化剂，型号为 33-LV、33-LX、RP202、NE220、NE600中的任意一种；发泡/凝胶平衡催化剂选用德国高斯米 特公司生产的发泡/凝胶平衡催化剂，型号为PTA。
全文摘要
本发明涉及一种高分子合成材料，尤其是涉及一种广泛作为填充料的聚氨酯慢回弹泡沫材料。它的组分及重量份数为聚醚100、二苯基甲烷二异氰酸酯60～100、稳泡剂0.5～2、凝胶催化剂0.03～0.3、发泡催化剂0.03～0.3、发泡/凝胶平衡催化剂0.05～0.5和水1～5。本发明因二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的反应活性比甲苯二异氰酸酯(TDI)更高，能够在聚氨酯材料的制备过程中充分反应，所以在由二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)制得的聚氨酯终极产品中残留的有害物质极少，毒性可以忽略不计，而且还具有手感更好、慢回弹性能持续更久、物理性能更优、阻燃性更好的性能。
文档编号C08G18/48GK102115522SQ201010568909
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者张克咸, 张帆 申请人:上海人脊橡塑科技制品有限公司