用于生产泡沫材料的不含甲醛和低沸点有机溶剂的基于植物鞣酸的组合物,及其方法_2

文档序号:9332038阅读:来源:国知局
取自儿茶木和儿茶树皮的鞣酸。
[0036] 该鞣酸以粉末的形式应用,用量为组合物重量的40_50wt%。
[0037] 糠醇是自然来源的产物,其获得自糠醛与氢气的催化还原,该糠醛获得自糖和农 业过程的废弃物的加酸水解。用于本发明组合物的糠醇的用量应使得所生产的泡沫材料完 全不含甲醛。特别地,糠醇的用量大于组合物重量的15wt%。
[0038] 该组合物还包含适合释放具有发泡剂功能的气体的物质,通常以相对小的量使 用,并且在任何情况下不超过组合物重量的l〇wt%。优选,该物质由异氰酸酯组成。作为替 代方案,其可以至少部分地被其他物质替代,所述其他物质应能够在反应温度下或在催化 反应所要求的酸性条件下释放气体,例如亚硝酸铵或碳酸氢钠,其在涉及其他泡沫材料的 文献中是已知的。
[0039] 在优选的情况下,使用异氰酸酯,其以单体,聚合物或改性的异氰酸酯的形式使 用,例如亚甲基-二苯基-二异氰酸酯(MDI)或聚合的二苯基甲烷-二异氰酸酯(PMDI),或 它们的组合,其用量通常小于组合物重量的lwt%。
[0040] 异氰酸酯以小的用量使用,对泡沫材料的形成和得到的产品的性能有各种影响。 首先,其使二氧化碳(C0 2)能够在泡沫材料的聚合步骤期间释放,该二氧化碳是异氰酸酯与 组合物中的水和鞣酸反应而产生的并且作为发泡剂,因此其使避免使用低沸点溶剂成为可 能。
[0041] 此外,异氰酸酯增强了该反应释放热量或放热过程的能力,其有利于聚合步骤。
[0042] 由于异氰酸酯的存在,得到的泡沫材料的机械性能得到了改进。实际上,异氰酸酯 与糠醇和其低聚物的残基_CH 20H反应,与通过与糠醇反应而在鞣酸中形成的基团-CH20H和 =CH0H反应,以使在泡沫树脂构造期间形成的氨酯基团更加有弹性,使得在获得的聚合物 泡沫的体积上获得更好的机械张力的分布。
[0043] 使用酸作为催化剂,以引发缩聚化学反应。例如,该酸可以是对甲苯磺酸(p-TSA), 磷酸或三氯乙酸。方便地,该催化剂为P-TSA的65wt %的水溶液,其用量为小于组合物重量 的20wt%。作为替代方案或除了水以外,该催化剂可以溶解在甘油或其他醇或多元醇中。
[0044] 除了少量百分比的水已经存在于鞣酸和其他反应物中之外,水以至多为组合物重 量的15wt %的比例添加进组合物中。
[0045] 如上所述限定的组合物主要包含鞣酸,糠醇,水,催化剂和少量的适合释放具有发 泡剂功能的气体的物质,适合地为异氰酸酯,该组合物能够使得到的固体泡沫约90%衍生 自现有的和可再生的天然资源,而不像通常使用在产品中的泡沫材料广泛衍生自石油化学 工业,即合成来源。
[0046] -种或多种添加剂可以添加进组合物中,其用量在至多10wt%的比率内变化。
[0047] 这些添加剂可以包括下述非限制性的实例:
[0048] _乳化剂,分散剂,表面活性剂,例如乙氧基化蓖麻油,聚乙二醇,以改进组合物的 均匀性,其在泡沫材料形成过程期间起稳定剂的作用,也改进其在水中的润湿性;
[0049] _增塑剂,以降低获得的泡沫材料的脆性;
[0050] -增加阻燃性和降低自熄灭性的添加剂,例如硼酸,磷酸或其混合物和衍生物;
[0051] _以增加泡沫材料机械强度的具有填料功能的纳米颗粒及其任意组合。
[0052] 此外,也可以使用其他聚合剂(固化剂),例如乙二醛,六胺,乙醛,丙醛,丁醛,糖 醛。
[0053] 通常,构成发泡剂的在反应期间释放的气体为二氧化碳,其为异氰酸酯与组合物 中的水和鞣酸反应而产生的,因此不需要使用高挥发性化合物作为发泡剂,其在现有技术 的泡沫中却是必须的。
[0054] 经由下述例子,制备泡沫材料的方法包括:首先,均一混合物的制备,如下面实施 例中更详细的描述,所述混合物包括鞣酸,糠醇,水和可能的添加剂。然后,适合释放具有发 泡剂功能的气体的物质,例如为异氰酸酯,添加进混合物中,并且进行新的均匀化步骤,然 后将催化剂添加进所得到的混合物中。
[0055] 该方法可以自动化以控制组合物的各个组分的量,和各个步骤的时间和温度。
[0056] 本发明参考下述实施例进一步更详细的描述,这些实施例涉及适合获得鞣酸基泡 沫材料的组合物和方法。
[0057] 实施例1
[0058] -些鞣酸基泡沫材料的组合物如下表1中所示,以进行相互比较。特别地,被称作 STD和SF的泡沫材料通过传统的组合物和传统的使用高挥发性溶剂的方法获得,而被称作 M1,M2和M3的泡沫材料通过本发明的组合物和方法获得。为了达到实施例的目的,对甲苯 磺酸(p-TSA)在各种组合物中用作催化剂,按照固定用量的水溶液,通常为65wt%,但是也 可以使用其他的上述提到的酸催化剂,并且所有得到的材料包含相同含量的鞣酸和水。
[0059]然而,泡沫材料Ml,M2和M3完全不含甲醛和挥发性溶剂,STD和SF两者都包含二 乙基醚,只有STD材料包含二乙基醚和甲醛。
[0060] 表1-鞣酸基泡沫材料的组合物
[0061]
[0062] 材料Ml,M2和M3依据下述方法获得。
[0063] 在机械搅拌下,向糠醇、水和可能的添加剂的混合物中逐步地添加给定量的鞣酸。 然后剧烈搅拌混合物直到其完全达到均匀,然后其在各种环境条件下随时间保持稳定,以 使其作为中间体而运输。然后,在使用时加入异氰酸酯到该混合物中,并且再次搅拌直到其 达到完全均匀。然后添加催化剂P-TSA,并且保持搅拌一段必要的时间以使其质量均匀,然 后得到的混合物转移进具有模具功能的容器中,以获得需要形状的泡沫材料。
[0064] 在诱导时间之后,即取决于使用的组合物,在室温下持续约110-120秒,组合物开 始膨胀。
[0065] 采用相似的方法制备泡沫SF和STD,在催化剂之前立即添加二乙醚。在STD配方 的情况下,甲醛与糠醛一起添加。
[0066] 制得的材料的样品的分析
[0067] 将如此制得的泡沫材料切成已知尺寸的小块,以获得适合研究、比较和确定表观 密度的样品。
[0068] 通过检查如此制得的样品,注意到所有样品具有一致的外观结构,没有可见的缺 陷。添加少量的PEG400或其他乙二醇醚作为乳化剂或分散剂,能够改进本发明组合物的组 分的混合,这是由于其降低组合物的粘度(M2和M3材料)。剩余的反应物的比率进行细微 调节以获得平衡的组合物。
[0069] 样品的热导率在室温下通过被称作瞬态平面热源法(TPS,Hot Disk TPS2500)的 动态过程来测定。
[0070] 抗压应力通过通用的评估工具INSTR0N 5944,在应用2mm/min的平移或位移速度 下来评估。
[0071 ] 泡沫形成期间的物理参数的评估通过制备表1中相同的组合物在F0AMAT体系模 型281中来研究,以同时评估贯穿整个工艺的膨胀速度、聚合速度、压力和温度。
[0072] 实验结果
[0073] 具有表1中所示的组合物的泡沫材料样品得到的结果,记录在下表2中。
[0074]表 2-样品 STD,SF,Ml,M2 和 M3 的特性
[0075]
[0076]
[0077] 由于泡沫的表观嵆度为少t lg/cnf,
所以制得的所有M沫郡是轻质的。本发明的 组合物Ml,M2和M3具有与泡沫SF(不含甲醛,包含二乙醚)相似的热导率,并且低于样品 STD (使用甲醛和二乙醚)的热导率。
[0078] 因此,可以断定依据本发明的不含甲醛和低沸点发泡剂的新的组合物,能够获得 具有良好的隔热性能的材料。
[0079] 在下面,仅记录了一些样品Ml的特性的评述,样品M2和M3与其非常相似。
[0080] 对泡沫样品STD,SF和Ml实施的压力测试得到的特性显示在图1中。
[0081 ] 材料STD (使用甲醛和二乙醚)是脆性和刚性的,而泡沫S
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