一种低温度敏感性生物基阻尼海绵

技术领域

本发明涉及聚氨酯技术领域，尤其涉及一种低温度敏感性生物基阻尼海绵。

背景技术

阻尼海绵是一种可以将吸收的机械能、声能转化为其他能量而消耗掉的聚合物基泡沫阻尼材料。聚合物基泡沫阻尼材料的阻尼消耗机制主要由以下几个方面：（1）聚合物分子链弛豫和分子链间摩擦，（2）聚合物分子链与填料粒子的摩擦和填料粒子之间的摩擦，（3）泡孔变形。

聚氨酯海绵是聚合物基泡沫阻尼材料中的一种，其独特的微相分离结构，可以将振动的机械能耗散成热能，从而有效减少振动和噪声的不利影响，然而，传统聚氨酯海绵主要依赖于石油基资源，并且玻璃化转变温度远低于室温，其有效阻尼温度范围通常很窄，在-40℃至-20℃之间，其阻尼能力受温度影响较大，因此，有必要开发一种阻尼能力具有低的温度敏感性的生物基阻尼聚氨酯海绵。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种低温度敏感性生物基阻尼海绵，以以解决目前聚氨酯海绵原料过度依赖石油基资源且阻尼能力受温度影响较大的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种低温度敏感性生物基阻尼海绵，包括以下重量份数原料：带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇15-30份、聚醚多元醇20-40份、二异氰酸酯30-60份、聚乙二醇接枝铝镁水滑石1-5份、锡催化剂0.3-0.7份、胺类催化剂1-3份、去离子水1-2份。

其中，所述带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇由环氧大豆油中的环氧基在三苯基膦的催化下与甲氧基-聚乙二醇-羧基中的羧基反应得到。

其中，所述甲氧基-聚乙二醇-羧基的分子量为500-1000。

其中，所述聚乙二醇接枝铝镁水滑石由氨基化铝镁水滑石中的氨基与甲氧基-聚乙二醇-羧基中的羧基反应得到。

其中，所述氨基化铝镁水滑石由3-氨丙基三乙氧基硅烷接枝铝镁水滑石得到。

优选的，所述环氧大豆油的环氧值为6%-7%。

优选的，所述聚醚多元醇的羟值为350-800mgKOH/g、平均官能度为3-10。

优选的，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二甲基甲烷二异氰酸酯中的一种。

优选的，所述胺类催化剂为二甲基乙醇胺和三乙醇胺中的一种。

优选的，所述铝镁水滑石的粒径为0.4-0.8μm。

进一步的，本发明还提供了带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇的制备方法，具体制备步骤如下：将甲氧基-聚乙二醇-羧基加入到环氧大豆油中，搅拌均匀后加入三苯基膦，于80-90℃反应，反应一段时间后取样测酸值，当酸值不变时，停止反应，然后萃取，洗涤，干燥，得到带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇。

优选的，甲氧基-聚乙二醇-羧基、环氧大豆油和三苯基膦的重量比为45-90:15-30:0.5-1。

进一步的，本发明还提供了聚乙二醇接枝铝镁水滑石的制备方法，具体制备步骤如下：

（1）将铝镁水滑石分散在无水乙醇中，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，于65-75℃下搅拌12-24h，离心，洗涤，干燥，得到氨基化铝镁水滑石；

（2）将氨基化铝镁水滑石、N,N'-二环己基碳二亚胺和甲氧基-聚乙二醇-羧基加入到N,N’-二甲基甲酰胺中，于80-100℃下反应5-7h，离心，洗涤，干燥，得到聚乙二醇接枝铝镁水滑石；

优选的，所述步骤（1）中铝镁水滑石、无水乙醇和3-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为1-5:20-100:0.1-0.5。

优选的，所述步骤（2）中氨基化铝镁水滑石、N,N'-二环己基碳二亚胺、甲氧基-聚乙二醇-羧基和N,N’-二甲基甲酰胺的重量比为1-5:0.02-0.1:2-10:30-150。

进一步的，本发明还提供了低温度敏感性生物基阻尼海绵的制备方法，具体制备步骤如下：

（1）将带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇、聚醚多元醇、聚乙二醇接枝铝镁水滑石，锡催化剂、胺类催化剂和去离子水混合，以1500-2500rpm的速度搅拌3-5min，然后加入二异氰酸酯，以500-1000rpm的速度搅拌1-3min，得到预发泡料；

（2）将预发泡料倒入模具中进行发泡，先于45-50℃发泡10-15min，再于室温固化24-36h，得到低温度敏感性生物基阻尼海绵。

本发明的有益效果：

可持续性和环保性：该低温度敏感性生物基阻尼海绵采用生物基原料，如大豆油和聚乙二醇等，减少对石油基资源的依赖。这有助于降低对有限资源的消耗，并减少对环境的不良影响，同时，采用可再生原料还有助于实现可持续发展目标。

优越的阻尼性能：该海绵具有出色的阻尼特性,能够吸收和分散能量,在振动和冲击加载下提供有效的缓冲和减震效果。与传统的聚氨酯海绵相比，低温度敏感性生物基阻尼海绵能够在更广泛的温度范围内保持稳定的阻尼性能，受温度变化的影响较小。

性能的可调性：该发明中的材料配方可以通过调整不同成分的重量比例，实现对材料性能的精确调控。例如，可以调整聚乙二醇侧链的长短、聚醚多元醇的官能度以及二异氰酸酯的种类，以适应不同应用场景对阻尼性能和材料刚度的要求。

应用广泛：该低温度敏感性生物基阻尼海绵具有较好的性能特点，可在多个领域得到应用，例如，建筑领域，汽车制造领域，在电子产品领域等。

总之，该低温度敏感性生物基阻尼海绵具有可持续性、优越的阻尼性能、性能的可调性以及广泛的应用领域，这为材料科学和工程领域提供了一种具有潜力的新型阻尼材料，有望在实际应用中取得广泛的应用和发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇的合成路径示意图；

图2为本发明实施例2提供的环氧大豆油和带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇的红外光谱图；

图3为本发明实施例2，对比例1，对比例3提供的阻尼海绵的DMA图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明具体实施方式中原料的来源或性质如下：

甲氧基-聚乙二醇-羧基定制于西安凯新生物科技有限公司，分别为甲氧基-聚乙二醇-羧基-500，分子量为500，甲氧基-聚乙二醇-羧基-1000，分子量为1000；环氧大豆油购买于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，货号E107074，环氧值6.6%；聚醚多元醇为聚醚多元醇4110，羟值为450mgKOH/g，平均官能度为4；铝镁水滑石购买于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，货号H302201，粒径为0.44μm；锡催化剂的型号为KOSMOS T 900。

实施例1

一种低温度敏感性生物基阻尼海绵的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将45g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到15g环氧大豆油中，搅拌均匀后加入0.5g三苯基膦，于80℃反应，反应一段时间后取样测酸值，当酸值不变时，停止反应，然后萃取，洗涤，干燥，得到带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇；

（2）将1g铝镁水滑石分散在20g无水乙醇中，然后加入0.1g 3-氨丙基三乙氧基硅烷，于65℃下搅拌24h，离心，洗涤，干燥，得到氨基化铝镁水滑石；

（3）将1g氨基化铝镁水滑石、0.02gN,N'-二环己基碳二亚胺和2g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到30g N,N’-二甲基甲酰胺中，于80℃下反应5h，离心，洗涤，干燥，得到聚乙二醇接枝铝镁水滑石；

（4）将15g带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇、20g聚醚多元醇、1g聚乙二醇接枝铝镁水滑石，0.3g 锡催化剂1g二甲基乙醇胺和1g去离子水混合，以1500rpm的速度搅拌3min，然后加入30g异佛尔酮二异氰酸酯，以500rpm的速度搅拌1min，得到预发泡料；

（5）将预发泡料倒入模具中进行发泡，先于45℃发泡15min，再于室温固化24h，得到低温度敏感性生物基阻尼海绵。

实施例2

一种低温度敏感性生物基阻尼海绵的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将75g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到25g环氧大豆油中，搅拌均匀后加入0.8g三苯基膦，于90℃反应，反应一段时间后取样测酸值，当酸值不变时，停止反应，然后萃取，洗涤，干燥，得到带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇；

（2）将3.5g铝镁水滑石分散在70g无水乙醇中，然后加入0.35g 3-氨丙基三乙氧基硅烷，于70℃下搅拌20h，离心，洗涤，干燥，得到氨基化铝镁水滑石；

（3）将3.5g氨基化铝镁水滑石、0.07gN,N'-二环己基碳二亚胺和7g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到120g N,N’-二甲基甲酰胺中，于85℃下反应6h，离心，洗涤，干燥，得到聚乙二醇接枝铝镁水滑石；

（4）将25g带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇、35g聚醚多元醇、3.5g聚乙二醇接枝铝镁水滑石，0.6g 锡催化剂、2.5g二甲基乙醇胺和1.7g去离子水混合，以2000rpm的速度搅拌4min，然后加入48g异佛尔酮二异氰酸酯，以800rpm的速度搅拌2min，得到预发泡料；

（5）将预发泡料倒入模具中进行发泡，先于50℃发泡10min，再于室温固化30h，得到低温度敏感性生物基阻尼海绵。

实施例3

一种低温度敏感性生物基阻尼海绵的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将90g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到30g环氧大豆油中，搅拌均匀后加入1g三苯基膦，于90℃反应，反应一段时间后取样测酸值，当酸值不变时，停止反应，然后萃取，洗涤，干燥，得到带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇；

（2）将5g铝镁水滑石分散在100g无水乙醇中，然后加入0.5g 3-氨丙基三乙氧基硅烷，于65℃下搅拌24h，离心，洗涤，干燥，得到氨基化铝镁水滑石；

（3）将5g氨基化铝镁水滑石、0.1gN,N'-二环己基碳二亚胺和10g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到150g N,N’-二甲基甲酰胺中，于80℃下反应7h，离心，洗涤，干燥，得到聚乙二醇接枝铝镁水滑石；

（4）将30g带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇、40g聚醚多元醇、5g聚乙二醇接枝铝镁水滑石，0.7g 锡催化剂、3g二甲基乙醇胺和2g去离子水混合，以2500rpm的速度搅拌3min，然后加入58g异佛尔酮二异氰酸酯，以1000rpm的速度搅拌3min，得到预发泡料；

（5）将预发泡料倒入模具中进行发泡，先于50℃发泡15min，再于室温固化24-36h，得到低温度敏感性生物基阻尼海绵。

实施例4

一种低温度敏感性生物基阻尼海绵的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将75g甲氧基-聚乙二醇-羧基-1000加入到25g环氧大豆油中，搅拌均匀后加入0.8g三苯基膦，于90℃反应，反应一段时间后取样测酸值，当酸值不变时，停止反应，然后萃取，洗涤，干燥，得到带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇；

（2）将3.5g铝镁水滑石分散在70g无水乙醇中，然后加入0.35g 3-氨丙基三乙氧基硅烷，于70℃下搅拌20h，离心，洗涤，干燥，得到氨基化铝镁水滑石；

（3）将3.5g氨基化铝镁水滑石、0.07gN,N'-二环己基碳二亚胺和7g甲氧基-聚乙二醇-羧基-1000加入到120g N,N’-二甲基甲酰胺中，于85℃下反应6h，离心，洗涤，干燥，得到聚乙二醇接枝铝镁水滑石；

（4）将25g带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇、35g聚醚多元醇、3.5g聚乙二醇接枝铝镁水滑石，0.6g 锡催化剂、2.5g二甲基乙醇胺和1.7g去离子水混合，以2000rpm的速度搅拌4min，然后加入48g异佛尔酮二异氰酸酯，以800rpm的速度搅拌2min，得到预发泡料；

（5）将预发泡料倒入模具中进行发泡，先于50℃发泡10min，再于室温固化30h，得到低温度敏感性生物基阻尼海绵。

对比例1

一种阻尼海绵的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将75g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到25g环氧大豆油中，搅拌均匀后加入0.8g三苯基膦，于90℃反应，反应一段时间后取样测酸值，当酸值不变时，停止反应，然后萃取，洗涤，干燥，得到带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇；

（2）将100g带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇加入500g乙二醇中进行醇解反应，于150℃反应5h，旋蒸，得到大豆油多元醇；

（3）将3.5g铝镁水滑石分散在70g无水乙醇中，然后加入0.35g 3-氨丙基三乙氧基硅烷，于70℃下搅拌20h，离心，洗涤，干燥，得到氨基化铝镁水滑石；

（4）将3.5g氨基化铝镁水滑石、0.07gN,N'-二环己基碳二亚胺和7g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到120g N,N’-二甲基甲酰胺中，于85℃下反应6h，离心，洗涤，干燥，得到聚乙二醇接枝铝镁水滑石；

（5）将25g大豆油多元醇、35g聚醚多元醇、3.5g聚乙二醇接枝铝镁水滑石，0.6g 锡催化剂、2.5g二甲基乙醇胺和1.7g去离子水混合，以2000rpm的速度搅拌4min，然后加入48g异佛尔酮二异氰酸酯，以800rpm的速度搅拌2min，得到预发泡料；

（6）将预发泡料倒入模具中进行发泡，先于50℃发泡10min，再于室温固化30h，得到低温度敏感性生物基阻尼海绵。

对比例2

一种阻尼海绵的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将3.5g铝镁水滑石分散在70g无水乙醇中，然后加入0.35g 3-氨丙基三乙氧基硅烷，于70℃下搅拌20h，离心，洗涤，干燥，得到氨基化铝镁水滑石；

（2）将3.5g氨基化铝镁水滑石、0.07gN,N'-二环己基碳二亚胺和7g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到120g N,N’-二甲基甲酰胺中，于85℃下反应6h，离心，洗涤，干燥，得到聚乙二醇接枝铝镁水滑石；

（3）将60g聚醚多元醇、3.5g聚乙二醇接枝铝镁水滑石，0.6g 锡催化剂、2.5g二甲基乙醇胺和1.7g去离子水混合，以2000rpm的速度搅拌4min，然后加入48g异佛尔酮二异氰酸酯，以800rpm的速度搅拌2min，得到预发泡料；

（4）将预发泡料倒入模具中进行发泡，先于50℃发泡10min，再于室温固化30h，得到低温度敏感性生物基阻尼海绵。

对比例3

一种阻尼海绵的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将75g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到25g环氧大豆油中，搅拌均匀后加入0.8g三苯基膦，于90℃反应，反应一段时间后取样测酸值，当酸值不变时，停止反应，然后萃取，洗涤，干燥，得到带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇；

（2）将25g带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇、35g聚醚多元醇、3.5g铝镁水滑石，0.6g 锡催化剂、2.5g二甲基乙醇胺和1.7g去离子水混合，以2000rpm的速度搅拌4min，然后加入48g异佛尔酮二异氰酸酯，以800rpm的速度搅拌2min，得到预发泡料；

（3）将预发泡料倒入模具中进行发泡，先于50℃发泡10min，再于室温固化30h，得到低温度敏感性生物基阻尼海绵。

对比例4

一种阻尼海绵的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将75g甲氧基-聚乙二醇-羧基-500加入到25g环氧大豆油中，搅拌均匀后加入0.8g三苯基膦，于90℃反应，反应一段时间后取样测酸值，当酸值不变时，停止反应，然后萃取，洗涤，干燥，得到带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇；

（2）将25g带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇、35g聚醚多元醇、0.6g 锡催化剂、2.5g二甲基乙醇胺和1.7g去离子水混合，以2000rpm的速度搅拌4min，然后加入48g异佛尔酮二异氰酸酯，以800rpm的速度搅拌2min，得到预发泡料；

（3）将预发泡料倒入模具中进行发泡，先于50℃发泡10min，再于室温固化30h，得到低温度敏感性生物基阻尼海绵。

对比例5

一种阻尼海绵的制备方法，具体制备方法如下：

（1）将60g聚醚多元醇，0.6g 锡催化剂、2.5g二甲基乙醇胺和1.7g去离子水混合，以2000rpm的速度搅拌4min，然后加入48g异佛尔酮二异氰酸酯，以800rpm的速度搅拌2min，得到预发泡料；

（2）将预发泡料倒入模具中进行发泡，先于50℃发泡10min，再于室温固化30h，得到低温度敏感性生物基阻尼海绵。

性能测试

拉伸强度和拉断伸长率测试：根据国家标准GB/T 10654-2001《高聚物多孔弹性材料 拉伸强度和拉断伸长率的测定》采用C43电子万能试验机测试实施例和对比例制备的阻尼海绵的拉伸强度和拉断伸长率，动力驱动夹持器的移动速度为500mm/min，测试结果如表1所示。

硬度测试：根据国家标准GB/T 531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法》采用HTS-800A邵氏硬度计测试实施例和对比例制备的阻尼海绵的邵A硬度，测试结果如表1所示。

阻尼性能测试：采用动态热机械分析仪DMA7100测试实施例2、对比例1、对比例3的阻尼性能，测试条件为，氮气气氛中，升温速率3℃/min，升温范围-50℃-100℃，得到损耗因子tanδ与温度之间的关系曲线，如图3所示。

表1 实施例和对比例制备的阻尼海绵的性能测试结果

数据分析：

从表1中实施例1-4可以看出，本发明制备的低温度敏感性生物基阻尼海绵具有较好的拉伸强度、拉断伸长率和邵A硬度，综合性能较好，并且提高聚乙二醇的链长会导致综合性能的下降，从实施例2和对比例1-5可以看出，采用大豆油多元醇替代部分聚醚，会导致拉伸强度和拉断伸长率的降低，并且硬度也会下降，这主要是由于大豆油多元醇相对于聚醚在整体基材中的交联密度下将，将大豆油多元醇进接枝聚乙二醇后，其综合性能进一步下降，这主要是由于柔性的聚乙二醇链和交联位点的减少，但是添加水滑石后，可以有效弥补使用带有聚乙二醇侧链的大豆油多元醇后导致的性能下降，在水滑石上接枝柔性聚乙二醇链后，可以进一步提高其综合性能，主要是水滑石上的聚乙二醇链具有与基体之间更好的相容性，促进了水滑石的分散。

从图2可以看出，环氧大豆油和甲氧基-聚乙二醇-羧基发生开环反应后，环氧基团的特征峰为815 cm

从图3可以看出，本发明制备的低温度敏感性生物基阻尼海绵具有宽的有效阻尼温度范围和较高的阻尼能力(tanδ=0.65)，宽的有效阻尼温度范围(-50-60℃)使其具有低的温度敏感性，在温度变化较大时，依旧具有较高的阻尼能力，结合实施例2和对比例1，对比例3的曲线可以看出，大豆油多元醇上的侧链聚乙二醇和水滑石上的聚乙二醇共同促进了阻尼能力的提高和有效阻尼温度范围的拓宽，这主要是由于以下三个原因：（1）大豆油多元醇上侧链聚乙二醇和水滑石上的聚乙二醇与其他分子链之间的摩擦消耗能量，（2）大豆油多元醇上侧链聚乙二醇和水滑石上的聚乙二醇本身的弯曲变形消耗能量，（3）大豆油多元醇上侧链聚乙二醇和水滑石上的聚乙二醇促进了水滑石与基体之间的分散，并且给水滑石层间滑移提供了更多的空间，而层间滑移有助于能量的消耗。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。