一种基于分子设计的全水发泡聚氨酯微孔弹性体双峰阻尼材料及其制备方法与流程

本发明涉及本发明属于功能材料制造领域，尤其是提供了一种基于分子设计的全水发泡聚氨酯微孔弹性体双峰阻尼材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会的发展，机械设备趋于高速、高效和自动化，但随之引起的振动、噪声和疲劳断裂问题亦越来越突出，振动和噪声限制了机械设备性能的提高，严重破坏了机械设备运行的稳定性和可靠性，并污染环境、危害人们的身心健康。

2、为此，人们研究并开发出了多种解决工程中振动和噪声问题的方法和技术措施，其中阻尼技术是控制结构共振和噪声的最有效的方法，是解决减振、降噪问题的最重要手段。但传统阻尼材料的有效阻尼为单峰阻尼且阻尼温度在低温区，无法满足设备自适应调节阻尼性能的要求。

3、聚氨酯材料合成具有可控性、可设计性强、发泡性能多样化等优点，成为了微孔弹性体阻尼材料的研究热点之一，但聚氨酯阻尼材料，同样具有粘弹性阻尼材料共有的不足之处，即室温以下阻尼性能良好，而室温以上阻尼效果不佳，故需对聚氨酯弹性体阻尼材料进行结构设计，聚氨酯弹性体由软硬段组成，可设计性强，设计合理的自由体积分数(自由体积孔穴占聚合物总体积的百分比)，引入悬挂链等调节聚氨酯弹性体的软硬段相容性，改善微相分离，可制备出在宽温域或多温度范围内拥有良好阻尼性能的材料，进一步拓宽聚氨酯阻尼材料的应用领域和范围。

技术实现思路

1、本发明基于上述的原因，提供了一种基于分子设计的全水发泡聚氨酯微孔弹性体双峰阻尼材料及其制备方法。本发明通过分子结构设计，引入一定分子量的侧链结构，克服单阻尼产品不能满足实际使用要求的缺陷。该阻尼材料经强力搅拌模压发泡和后熟化后得到，拉伸强度性能高、耐压变性能优异、耐磨性好、双峰阻尼温度分别为-30～-25℃和30～40℃，发泡孔径分布50～180μm，高低温与家电使用温度范围匹配，具有较好的应用前景。

2、本发明的具体技术方案是：

3、一种聚氨酯微孔弹性体双峰阻尼材料，其组成组分按照重量份计，包括：聚氨酯预聚物70～100份，悬挂链扩链剂及其发泡扩链剂组合物5～50份。

4、其中所述的聚氨酯预聚物由聚酯二元醇、二异氰酸酯按照现有常规技术反应得到，其中聚酯二元醇与二异氰酸酯的重量比为(70～100)：(20～40)。

5、所述聚酯二元醇为常规选择即可，但优选聚己内酯多元醇、聚己二酸乙二醇酯和聚己二酸丁二醇酯中的一种或多种混合。更优选的，所述的聚酯二元醇分子量为1000～2000，优选为2000，经真空-0.096～-1mpa脱水后含水量可低于0.5‰。

6、所述二异氰酸酯为常规选择即可，但优选自2，4-甲苯二异氰酸酯(tdi-100)、奈二异氰酸酯(ndi)。

7、所述悬挂链扩链剂及其发泡扩链剂组合物为悬挂链扩链剂、小分子二元醇、催化剂、匀泡乳化剂以及发泡剂的组合，悬挂链扩链剂：小分子二元醇：催化剂：匀泡乳化剂：发泡剂为18～22:3～6:0.2～0.4:6～9:4～6。

8、所述催化剂为有机锡和三亚乙基二胺组合型催化剂，二者重量比优选为1:2，其中有机锡可以选自辛酸亚锡或/和二月桂酸二丁基锡，优选二月桂酸二丁基锡。此催化剂用于调控发泡和凝胶反应速度，提高发泡、扩链和交联速度，实现发泡与凝胶速度的匹配，提高生产效率。

9、所述悬挂链扩链剂由聚乙二醇单甲醚、二异氰酸酯在有机锡催化剂的作用下反应得到，其中聚乙二醇单甲醚的分子量为1000～2000；二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯；有机锡催化剂可以为本领域常规种类，如二月桂酸二丁基锡t12或辛酸亚锡t9；有机锡催化剂用量优选为聚乙二醇单甲醚和二异氰酸酯总质量的1～5‰；优选的聚乙二醇单甲醚与二异氰酸酯摩尔比为1:1。

10、所述悬挂链扩链剂按照常规方法制备，具体制备过程优选为：在惰性气体保护和中速搅拌的条件下，将聚乙二醇单甲醚与二异氰酸酯混合，升温至50℃，加入有机锡催化剂，反应2h停止反应，得到悬挂链扩链剂；所述惰性气体为n2；上述悬挂链扩链剂中聚乙二醇单甲醚选择其分子量为1000～2000，决定了本发明中聚氨酯微孔弹性体材料的双阻尼峰其中之一的峰高度，即阻尼性能，对本发明中技术方案中起到关键作用；而二异氰酸酯选择异氟尔酮二异氰酸酯，依赖于其一方面提供反应基团与聚酯多元醇制备预聚体，另一方面提供发泡扩链交联的反应基团，本发明材料方可制备。

11、所述小分子二元醇可以为常规选择种类，优选为乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇和1，4-丁二醇中的一种或两种混合，当混合使用时，混合比例为摩尔比1:1。

12、所述匀泡乳化剂优选为烷基酚聚氧乙烯醚op-10、山梨醇酐单油酸酯-80、聚山梨酯-80比例为重量比3:1:1的混合物。本发明中选择此复合的匀泡乳化剂，一方面可以将反应体系中的极性组分(例如水)和非极性组分更充分的分散均匀；更重要的是复合后的匀泡乳化剂对于本发明聚氨酯微孔弹性体材料的泡孔大小起到比较重要的调控作用，其他类型或单组分或不同比例混合物效果会较差。匀泡乳化剂总用量为发泡剂的1.5倍。

13、所述发泡剂为水，优选高纯水或超纯水，25℃时电导率小于0.1μs/cm和残余含盐量小于0.3mg/l，并去除了非电介质的微量细菌、微生物、微粒等杂质的水，以防含有矿物等杂质影响发泡反应和材料的储存，比例为聚氨酯预聚物的0.5～2％。

14、本发明所述的聚氨酯微孔弹性体双峰阻尼材料的制备方法，具体步骤如下：

15、(1)聚氨酯预聚物的制备

16、将聚酯二元醇加热至100～120℃，真空脱水，得到脱水的聚酯二元醇；在惰性气体保护和中速搅拌下，将脱水的聚酯二元醇与二异氰酸酯混合，升温至70～80℃，保温1～3h后停止反应，获得弹性主链预聚物即聚氨酯预聚物；所述惰性气体为n2。

17、(2)悬挂链扩链剂及其发泡扩链剂组合物的制备

18、将悬挂链扩链剂与小分子二元醇、催化剂、匀泡乳化剂真空脱气至无气泡后与发泡剂混合均匀在乳化机上大功率乳化1小时备用。

19、(3)聚氨酯微孔弹性体阻尼材料的制备

20、在惰性气体n2保护和搅拌的条件下，向65℃～90℃聚氨酯预聚物中按比例加入悬挂链扩链剂及其发泡扩链剂组合物，快速搅拌，升温至90～95℃，保温0.5～2h，固化完成，继续升温至100～150℃，保温10～26h，熟化完成，得到微孔聚氨酯弹性体阻尼材料。

21、本发明所得聚氨酯微孔弹性体双峰阻尼材料的阻尼性能特征为双峰结构，阻尼峰对应温度分别是-30～-25℃和30～40℃，泡孔尺寸分布50～180μm。该材料的两个阻尼峰，主要取决于通过本发明的特殊分子设计，使其具有主侧链两种链结构，分别产生相应的阻尼峰。其中，引入侧链产生两个阻尼峰的关键是侧链的分子量，当分子量低于临界值，不足以产生足够的弛豫滞后，就不能出现双峰特征。当分子量大到一定值，在运动过程中由于与主链之间的缠结、氢键解离再组合以及内摩擦等消耗能量，产生滞后，产生了第二个阻尼峰。侧链聚乙二醇单甲醚的分子量决定了双阻尼峰之一的峰高度，即阻尼性能。本发明中，通过研究设计，选择合适的悬挂链扩链剂及其发泡扩链剂组合物，与聚氨酯预聚物(尤其是限定了其中聚酯二元醇分子量后)进行组合发泡得到具有上述双峰阻尼特征的聚氨酯微孔弹性体材料，且双峰对应温度能够满足多领域需求，尤其非常适用于家电领域。

22、综上所述，本发明提供的基于分子结构设计的全水发泡聚氨酯微孔弹性体双峰阻尼材料具有很好的机械强度、回弹性和较好的热稳定性，尤其具有分布均匀的泡孔结构和双阻尼峰，用途广泛较之现有产品有着极大的进步。