聚氨酯半硬质材料及其制备方法与用途

技术领域

本发明属于聚氨酯领域，特别涉及一种聚氨酯半硬质材料及其制备方法与用途。

背景技术

聚氨酯半硬质泡沫材料是以异氰酸酯和聚醚为主要原料在发泡剂、催化剂、硅油、凝胶等多种助剂的作用下，通过专业设备混合，发泡而成的高分子材料，是汽车顶棚中常用的材料，而湿法成型技术中汽车顶棚的生产中，聚氨酯半硬质泡沫大量使用的同时也生产了大量废弃泡沫，如生产中的泡沫边角料、残次品、报废品等，这些废弃泡沫大部分以化学合成材料为基体，缺乏降解性和生物相容性，在自然界中不可分解，通常采用掩埋和焚烧的方法进行处理，但这样不仅浪费了大量的人力物力，增加成本，还会造成土地浪费和环境污染，不符合可持续发展战略；如果能在确保泡沫性能符合客户要求的前提下，如汽车顶棚用聚氨酯半硬质板材的性能指标要求：密度32～38kg/m

中国专利CN104830049A公开了一种利用硬质泡沫废料生产的复合聚氨酯泡沫板材及制备方法，其聚氨酯泡沫板材由以下组分组成：异氰酸酯60～150份，多元醇化合物100份，催化剂0.1～2份，发泡剂1～5份，占总质量60～90％的硬质泡沫废料；主要是利用硬质泡沫废料进行模塑发泡填充，仅是单纯的回收利用，主要是用在建筑领域的复合泡沫板中，性能指标要求较低，且该硬质聚氨酯泡沫与半硬质泡沫不同，无法用于汽车顶棚板材。

中国专利CN113817128A公开了一种硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法和应用，硬质聚氨酯泡沫塑料以质量份数计，包括以下制备原料：多元醇100份；异氰酸酯50～100份；聚氨酯泡沫废料活化微粉5～40份；催化剂0.1～2份；泡沫稳定剂0.5～5份；阻燃剂0.1～15份；发泡剂1～15份；所述氨酯泡沫废料活化微粉由聚氨酯泡沫废料经机械剪切得到，为聚氨酯软泡废料的资源利用提供了新的途径，但其是将聚氨酯软泡废料用到硬质聚氨酯泡沫塑料的生产中，废料利用前后涉及不同类型泡沫产品的生产，不适用企业自身原有废泡的利用，且该硬质泡沫不适用于汽车顶棚板材的性能要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中汽车顶棚用聚氨酯材料生产中存在大量边角废泡，材料浪费，且常规的废泡焚烧处理方式易造成环境污染的问题，提供一种聚氨酯半硬质材料，该材料中添加废泡屑作为发泡组分，在回收利用边角废泡沫的同时，还保持原有的物理机械性能，可继续用于生产汽车顶棚板材的优点。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决问题之一相对应的聚氨酯半硬质材料的制备方法。

本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决问题之一相对应的聚氨酯半硬质材料在汽车顶棚板材中的应用。

为解决上述技术问题之一，本发明提供的技术方案如下：一种聚氨酯半硬质材料，由组分A和组分B发泡制备而成，组分A与组分B的重量份数比为100：120～190，其中，组分A以重量份数计包括：聚醚多元醇Ⅰ30～60份，聚醚多元醇Ⅱ20～40份，聚酯多元醇18～30份，聚醚多元醇Ⅲ8～20份，扩链剂18～30份，催化剂0.3～1.5份，硅油0.8～2.4份，抗氧剂0.5～1.5份，聚氨酯泡沫屑2～10份，水3～6.6份；组分B为异氰酸酯；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ的官能度为2～4，羟值为20～40mgKOH/g，EO含量为10～20％；所述的聚醚多元醇Ⅱ的官能度为2～4，羟值为400～500mgKOH/g；所述的聚酯多元醇的官能度为2～3，羟值为220～330mg KOH/g；所述的聚醚多元醇Ⅲ的官能度为2～3，羟值为40～300mgKOH/g；所述的聚氨酯泡沫屑为半硬质泡沫屑。

上述技术方案中，优选地，所述的聚氨酯泡沫屑由压缩强度＞100kpa、邵氏C硬度＞40，开孔率＞80％的聚氨酯泡沫粉碎而成，目数为60～100目。

上述技术方案中，优选地，所述的聚氨酯泡沫屑为废泡屑，经收集后筛分除去杂质，再经粉碎机继续粉碎至60～100目。

上述技术方案中，优选地，所述的聚氨酯泡沫屑的目数为70～90目。

上述技术方案中，优选地，所述的聚醚多元醇Ⅰ选自CHE-2801、CHE-330N或CHE-828L中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的聚醚多元醇Ⅱ选自CHE-303或CHE-304中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的聚酯多元醇为PS-3152。

上述技术方案中，优选地，所述的聚醚多元醇Ⅲ选自CHE-204或CHE-220中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的扩链剂扩链剂选自甘油、二缩三丙二醇、二甘醇、乙二醇或1,4-丁二醇中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的催化剂选自DPA、NE300或NE1070中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的硅油选自B 8409、L-580或B 8444中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的抗氧剂选自PUR68或UAO-67中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的异氰酸酯选自MIPS、M20S或PM-200中的至少一种。

为解决上述技术问题之二，本发明提供的技术方案如下：一种聚氨酯半硬质材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下各组分的重量份数准备原料：

组分A以重量份数计包括：聚醚多元醇Ⅰ30～60份，聚醚多元醇Ⅱ20～40份，聚酯多元醇18～30份，聚醚多元醇Ⅲ8～20份，扩链剂18～30份，催化剂0.3～1.5份，硅油0.8～2.4份，抗氧剂0.5～1.5份，聚氨酯泡沫屑2～10份，水3～6.6份；组分B为异氰酸酯；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ的官能度为2～4，羟值为20～40mgKOH/g，EO含量为10～20％；所述的聚醚多元醇Ⅱ的官能度为2～4，羟值为400～500mgKOH/g；所述的聚酯多元醇的官能度为2～3，羟值为220～330mgKOH/g；所述的聚醚多元醇Ⅲ的官能度为2～3，羟值为40～300mgKOH/g；所述的聚氨酯泡沫屑为半硬质泡沫屑；

(2)制备组分A：

先在容器A中依次加入聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ、聚酯多元醇、聚醚多元醇Ⅲ、扩链剂、催化剂、硅油、抗氧剂和水，搅拌30min，料温控制在17～23℃，一边搅拌一边缓慢加入聚氨酯泡沫屑，直至加入完毕后搅拌均匀，得到组分A；

(3)制备组分B：

在容器B中加入异氰酸酯，控制温度在17～23℃备用；

(4)将组分A与组分B按照重量份数比100：120～190，快速混合搅拌均匀后，迅速注入工装模具中，温度控制为17～23℃，自由起发完毕后，熟化72h，制得聚氨酯半硬质材料产品。

上述技术方案中，优选地，所述的聚氨酯泡沫屑由压缩强度＞100kpa、邵氏C硬度＞40，开孔率＞80％的聚氨酯泡沫粉碎而成，目数为60～100目。

上述技术方案中，优选地，所述的聚氨酯泡沫屑为废泡屑，经收集后筛分除去杂质，再经粉碎机继续粉碎至60～100目。

上述技术方案中，优选地，所述的聚氨酯泡沫屑的目数为70～90目。

上述技术方案中，优选地，所述的聚醚多元醇Ⅰ选自CHE-2801、CHE-330N或CHE-828L中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的聚醚多元醇Ⅱ选自CHE-303或CHE-304中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的聚酯多元醇为PS-3152。

上述技术方案中，优选地，所述的聚醚多元醇Ⅲ选自CHE-204或CHE-220中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的扩链剂扩链剂选自甘油、二缩三丙二醇、二甘醇、乙二醇或1,4-丁二醇中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的催化剂选自DPA、NE300或NE1070中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的硅油选自B 8409、L-580或B 8444中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的抗氧剂选自PUR68或UAO-67中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，所述的异氰酸酯选自MIPS、M20S或PM-200中的至少一种。

为解决上述技术问题之三，本发明提供的技术方案如下：将制得的聚氨酯半硬质材料用于汽车顶棚板材的工业生产中。

本发明提供的聚氨酯半硬质材料通过在发泡配方中添加废泡屑，以及聚醚、聚酯、扩链剂、催化剂、硅油、抗氧剂、异氰酸酯的协同调整，使得制得的聚氨酯半硬质泡沫材料仍保持了原来的物理机械性能，满足汽车顶棚用板材的指标要求(密度32～38kg/m

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

表1原料清单

【实施例1】

一种聚氨酯半硬质材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份数准备原料：

组分A：具体为45份CHE-828L、30份CHE-303、22份PS-3152、7份CHE-204、9份CHE-220、15份TPG、5份乙二醇、0.4份DPA、1份B8409、1份PUR68、0.5份UAO-67、5份水和5.5份85目的聚氨酯泡沫屑；

组分B：200份M20S；

(2)制备组分A：

按照步骤(1)中的重量份数，在容器A中依次加入CHE-828L、CHE-303、PS-3152、CHE-204、CHE-220、TPG、乙二醇、DPA、B8409、PUR68、UAO-67和水，在17～23℃温度下搅拌30min，然后一边搅拌一边缓慢加入85目的聚氨酯泡屑，直至加入完毕搅拌均匀，得到组分A；

(3)制备组分B：在容器B中加入200份M20S在17～23℃温度下搅拌23～25s，混合均匀；

(4)将组分A与组分B按重量份数比100：136快速混合搅拌均匀后，迅速注入工装模具中，温度控制为17～23℃，自由起发完毕后熟化72h，制得聚氨酯半硬质材料产品，其性能指标数据见表3所示。(5)将制得的聚氨酯半硬质材料用于制备汽车顶棚板材。

【实施例2～5】

实施例2～5按照实施例1中的各个步骤进行，区别为组合A、B料中的反应原料、原料配比不同，具体见表2；制得的聚氨酯半硬质材料的性能指标数据见表3所示。

表2实施例1～5中A、B组分中各组分的重量份数

【比较例1】

一种聚氨酯半硬质材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份数准备原料：

组分A：具体为45份CHE-828L、30份CHE-303、22份PS-3152、7份CHE-204、9份CHE-220、15份TPG、5份乙二醇、0.4份DPA、1份B8409、1份PUR68、0.5份UAO-67和5份水；

组分B：200份M20S；

(2)制备组分A：

按照步骤(1)中的重量份数，在容器A中依次加入CHE-828L、CHE-303、PS-3152、CHE-204、CHE-220、TPG、乙二醇、DPA、B8409、PUR68、UAO-67和水，在17～23℃温度下搅拌30min，得到组分A；

(3)制备组分B：在容器B中加入200份M20S在17～23℃温度下搅拌23～25s，混合均匀；

(4)将组分A与组分B按重量份数比100：142快速混合搅拌均匀后，迅速注入工装模具中，温度控制为17～23℃，自由起发完毕后熟化72h，制得聚氨酯半硬质材料产品，其性能指标数据见表3所示。(5)将制得的聚氨酯半硬质材料用于制备汽车顶棚板材。

表3实施例1～5及比较例1中聚氨酯半硬质材料的性能检测数据

由表3的数据结果可以看出：实施例1～5和比较例1相比，物理性能数据基本一致，均符合汽车顶棚板材的产品指标要求，可继续作为汽车顶棚板材使用，同时还对边角泡沫屑进行了回收再利用，取得了好的技术效果，可用于汽车顶棚板材的工业应用中。