專利名稱：一種納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聚氨酯泡沫及其制備方法，特別涉及一種納米碳酸鈣填充的聚氨酯高回彈模塑泡沫及其制備方法。
背景技術：
機動車座椅中使用的是聚氨酯高回彈模塑泡沫塑料產品，根據車型的不同，對泡沫制品的承載性能和舒適性有不同的要求。為了提高制品的承載性能目前生產廠家普遍的技術方案是在配方中添加一種叫做聚合物多元醇的有機石化原料(以下統(tǒng)稱POP)。pop的用量達到聚醚多元醇:聚合物多元醇為50:50,其優(yōu)缺點如下:
優(yōu)點:在原料配方中添加一定比例的Ρ0Ρ，可以提升高回彈泡沫制品的承載性能；同時可以改善生產過程的工藝寬容度。缺點:由于POP得屬性是石油化工，產品成本相當高，近幾年來平均的市場價格為15-16元/公斤。其次是生產POP是用聚醚多元醇為母料+苯乙烯+丙烯晴，通過專用化工設備進行聚合接鏈反應而得。其中的苯乙烯和丙烯晴兩種原料都屬于有毒有害化學元素，因此，生產出來的泡沫制品達不到國家對乘用車內空氣有機物揮發(fā)限量的環(huán)保要求。因此尋找一種能替代或部分替代POP又能提高泡沫制品承載性能，降低VOC的原材料成為了目前業(yè)內人士研究的主要方向。

中國專利申請201010173350.x公開了一種納米級碳酸I丐填充聚丙烯/聚乙烯共混制成的發(fā)泡材料及其制備方法，里面將納米碳酸鈣填充到泡沫材料中，提高產品的抗沖擊強度和物理機械性能。降低成本。添加納米無機材料成為了降低V0C，降低成本的一大趨勢，但是，目前的高壓發(fā)泡機包括發(fā)泡機儲料罐(I)、在發(fā)泡機儲料罐(I)的出口上設置過濾器(2)，所述過濾器(2)的出口上設置高壓計量泵。無論是進口設備還是國產設備，絕大部分都是使用的德國力士樂生產的柱塞式高壓計量泵，少數(shù)使用北京格蘭力士樂柱塞式高壓計量泵。無機納米材料易對柱塞泵造成損壞，一方面由于該柱塞精度要求非常高，一旦出現(xiàn)磨損或者泵內零件損壞，就只能報廢，無法維修，成本高，另外這種泵的價格本身也很昂貴，一臺在3-6萬元左右。其次，該泵不帶自吸功能，靠壓力容器式儲料罐給泵的進料端輸送原料，一旦儲料罐壓力不足時，就會直接影響到泵的額定流量，造成產品質量一致性波動。因此，納米碳酸鈣在使用高壓發(fā)泡機進行聚氨酯高回彈模塑泡沫塑料生產領域還未使用。

發(fā)明內容
為解決以上技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種制造成本低，VOC低，又解決了泡沫制品承載性能的納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫。本發(fā)明的另一目的在于提供該種泡沫材料的高壓發(fā)泡的制備方法。本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的:一種納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫，其特征在于:由重量份數(shù)的以下原材料制成:聚醚多元醇50-70份，聚合物多元醇15-25份，納米碳酸鈣15-25份，二甲基氨基乙基醚0.2-0.3份，凝膠催化劑0.7-1.0份，勻泡劑0.8-1.2份，聚氨酯表面活性劑0.5-0.8份，交聯(lián)劑1.5-2份，開孔劑1-2份，水3_4份。采用上述技術方案，用納米碳酸鈣代替部分聚合物多元醇(Ρ0Ρ)，從而大大降低POP的用量，降低了成本，同時也降低了 VOC的影響，且添加了無機納米碳酸鈣的泡沫材料的泡沫，抗沖擊強度高，機械性能優(yōu)異，承載性能好，舒適性好。產品經國家SGS檢測中心TVOC檢測達到國家限量標準。在上述技術方案中:所述凝膠催化劑為三乙烯二胺。本發(fā)明的另一目的是這樣實現(xiàn)的:一種制備納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫的方法，按照如下步驟完成:
(1)、按照權利要求1中的配比，將聚醚多元醇、聚合物多元醇和納米碳酸鈣放入高速反應釜中，高速攪拌使得充分混合；
(2)、步驟(I)混合好的物料轉入低速恒溫反應釜中，加入二甲基氨基乙基醚、凝膠催化齊U、勻泡劑、聚氨酯表面活性劑、交聯(lián)劑、開孔劑和水，保持溫度22-28°C，攪拌備用；
(3)、將步驟(2)中所得物料轉移至高壓發(fā)泡機中進行高壓發(fā)泡，所述高壓發(fā)泡機包括發(fā)泡機儲料罐(I)、在發(fā)泡機儲料罐(I)的出口上設置過濾器(2 )，所述過濾器(2 )的出口上設置泵(3 ),所述泵(3 )為雙聯(lián)直齒共軛內嚙合齒輪泵,所述雙聯(lián)直齒共軛內嚙合齒輪泵通過管道與高壓混合頭(4)連接，在雙聯(lián)直齒共軛內嚙合齒輪泵和高壓混合頭(4)之間的管道上設有流量計(5);所述步驟(2)中的物料先轉移至高壓發(fā)泡機的儲料罐(I)中，然后經過過濾器(2)過濾，物料再經泵(3)`輸送至高壓混合頭(4)，物料由高壓混合頭(4)澆鑄到泡沫模具(7)中發(fā)泡成型。采用上述方法，將高壓發(fā)泡機中的柱塞泵替換為雙聯(lián)直齒共軛內嚙合齒輪泵，不改變整臺設備的其他配置。一方面這種泵的價格便宜，一臺僅需要1600-2000元，且該泵能達到高壓發(fā)泡機的壓力和流量要求，節(jié)能高效。其次，由于該泵是齒輪泵，齒合之間咬合間隙精度要求不高，當添加無機納米材料時，即使對泵產生磨損，仍然不影響高壓發(fā)泡機的壓力和流量。其次，該泵自身帶有自吸功能，對供料系統(tǒng)壓力要求大大改善，產品一致性得到有效提升。本發(fā)明對高壓發(fā)泡機做上述改動以后，使得添加了無機納米碳酸鈣的聚氨酯泡沫能實現(xiàn)高壓發(fā)泡，原材料成本可直接降低8%-10%。在上述技術方案中:所述泵(3)采用變頻電機控制。在上述技術方案中為了方便控制:所述高壓發(fā)泡機還包括控制單元(6)，所述流量計(5)將流量信號傳遞給控制單元(6)，所述控制單元(6)將信號傳遞到泵(3)的變頻電機的變頻器(8)，所述變頻器(8)調整泵(3)輸出頻率。在上述技術方案中:步驟(I)中，攪拌速度為130-150轉/min，攪拌時間30_45mino在上述技術方案中:所述步驟(2)中，攪拌速度為35-45轉/min。在上述技術方案中:所述泡沫模具的溫度為50_60°C，保壓時間300-360S
有益效果:本發(fā)明的聚氨酯高回彈模塑泡沫成本低，機械性能好，承載性能好，VOC排放低。并且本發(fā)明僅對高壓發(fā)泡機做小小改動，就能實現(xiàn)納米碳酸鈣的高壓發(fā)泡，產品一致性得到有效提升。


圖1為本發(fā)明聚氨酯高壓發(fā)泡的結構示意 圖2為本發(fā)明的電路圖。
具體實施例方式如圖1-2所示，本發(fā)明的聚氨酯高壓發(fā)泡機主要由發(fā)泡機儲料罐1、過濾器2、泵
3、高壓混合頭4、流量計5、控制單元6等部件組成，所述聚氨酯高壓發(fā)泡機的結構為現(xiàn)有技術，在此不做贅述，關鍵在于，在發(fā)泡機儲料罐I的出口上設置過濾器2，所述過濾器2的出口上設置泵3，所述泵3為雙聯(lián)直齒共軛內嚙合齒輪泵，包括一低壓大流量的前泵和一高壓小流量的后泵和一泵軸(該泵結構可參考ZL201220431753.4，在此不做贅述)，所述雙聯(lián)直齒共軛內嚙合齒輪泵通過管道與高壓混合頭4連接，高壓混合頭4將料澆鑄到泡沫模具7中。在雙聯(lián)直齒共軛內嚙合齒輪泵和高壓混合頭4之間的管道上設有流量計5。所述泵3采用變頻電機控制。在控制單元6上設定流量信號，控制單元6控制泵3的變頻電機的頻率，從而按照指定流量輸送原料，同時，流量計5將流量信號發(fā)送到控制單元6，所述控制單元6將信號傳遞到泵3的變頻電機的變頻器8，所述變頻器8調整泵3的輸出頻率，從而保證產品的一致性。所述勻泡劑(·或稱泡沫穩(wěn)定劑)屬于聚氨酯表面活性劑；能夠增加各組分的溶性一起著乳化泡沫物料、穩(wěn)定泡沫和調節(jié)泡孔的作用。泡沫形成過程中，不溶性聚脲的析出會破壞泡沫的穩(wěn)定。勻泡劑的一個重要作用是可使聚脲分散，增大聚脲與泡沫基體的相容性。目前使用的勻泡劑，多是聚醚改性有機硅聚氨酯表面活性劑，、它的主要結構是聚硅烷一氧化烯烴嵌段共聚物。勻泡劑的用量越大，泡孔越細，但有可能造成閉孔。在相同發(fā)泡體系中，泡沫穩(wěn)定劑在低密度泡沫的用量一般需高于高密度配方中的用量。所述開孔劑是一類特殊的聚氨酯表面活性劑，一般含疏水性和親水性鏈段成基團，它的作用是降低泡沫的表面張力；促使泡孔破裂，提高聚氨酯泡沫塑料的開孔率，改善因閉孔造成的軟質、半硬質、硬質泡沫材料制品收縮等問題。一般的聚氨酯硬泡由于交聯(lián)密度高，發(fā)泡中泡孔壁膜強度大，一般是閉孔的泡孔結構，但添加開孔劑可制開孔硬質聚氨酯泡沫塑料，用于消音、過濾等。早期使用液體石蠟、聚丁二烯、甲基聚硅氧烷等，目前多采用特殊化學組成的聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚、聚氧化烯烴一聚硅氧烷共聚物等作為開孔劑。聚氨酯表面活性劑(surfactant),是指具有固定的親水親油基團,在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質。聚氨酯表面活性劑的分子結構具有兩親性:一端為親水基團，另一端為憎水基團；親水基團常為極性的基團，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基、醚鍵等；而憎水基團常為非極性烴鏈，如8個碳原子以上烴鏈。聚氨酯表面活性劑分為離子型聚氨酯表面活性劑和非離子型聚氨酯表面活性劑等交聯(lián)劑是能在線型分子間起架橋作用從而使多個線型分子相互鍵合交聯(lián)成網絡結構的物質。促進或調節(jié)聚合物分子鏈間共價鍵或離子鍵形成的物質。交聯(lián)劑在不同行業(yè)中有不同叫法。例如，在橡膠行業(yè)習慣稱為“硫化劑”;在塑料行業(yè)稱為“固化劑”、“熟化齊U”、“硬化劑”;在膠黏劑或涂料行業(yè)稱為“固化劑”、“硬化劑”等。以上稱呼雖有不同，但所
反映的化學本性是相同的。聚氨酯交聯(lián)劑多使用三羥甲基丙烷，蓖麻油，季戊四醇，等等，一般是多元醇類。納米碳酸鈣是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新型超細固體粉末材料，其粒度介于0.0f0.1 μ m之間。由于納米碳酸鈣粒子的超細化，其晶體結構和表面電子結構發(fā)生變化，產生了普通碳酸鈣所不具有的量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子效應。實施例1
一種制備納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫的方法，按照如下步驟完成:
(1)、按照權利要 求1中的配比，將聚醚多元醇50kg、聚合物多元醇25kg和納米碳酸鈣25kg放入高速反應釜中，高速攪拌，攪拌速度為130-150轉/min，攪拌時間30-45min，使得充分混合；
(2)、步驟(I)混合好的物料轉入低速恒溫反應釜中，加入二甲基氨基乙基醚0.2kg、三乙烯二胺0.7kg、勻泡劑0.8kg、聚氨酯表面活性劑0.5kg、聚氨酯交聯(lián)劑1.5kg、開孔劑Ikg和水3kg，保持溫度22-28°C，攪拌速度為35-45轉/min,攪拌均勻備用；
(3)、將步驟(2)中所得物料轉移至聚氨酯高壓發(fā)泡的儲料罐I中，在控制單元6中設定流量，控制單元6控制泵3的變頻電機調整頻率，流量計5將流量信號傳遞到控制單元6，控制單元6控制泵3的變頻電機調整頻率，實現(xiàn)閉環(huán)控制。從泵3中出來的物料到達高壓混合頭4，由高壓混合頭4將物料澆鑄到泡沫模具7中，發(fā)泡成型，所述泡沫模具的溫度為50-60°C，保壓時間 300-360S。實施例2
一種制備納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫的方法，按照如下步驟完成:
(1)、按照權利要求1中的配比，將聚醚多元醇70kg、聚合物多元醇15kg和納米碳酸鈣15kg放入高速反應釜中，高速攪拌，攪拌速度為130-150轉/min，攪拌時間30-45min，使得充分混合；
(2)、步驟(I)混合好的物料轉入低速恒溫反應釜中，加入二甲基氨基乙基醚0.3kg、三乙烯二胺1.0kg、勻泡劑1.2kg、聚氨酯表面活性劑0.8kg、聚氨酯交聯(lián)劑2kg、開孔劑2kg和水4kg，保持溫度22-28°C，攪拌速度為35-45轉/min,攪拌備用；
(3)、將步驟(2)中所得物料轉移至聚氨酯高壓發(fā)泡的儲料罐I中，在控制單元6中設定流量，控制單元6控制泵3的變頻電機調整頻率，流量計5將流量信號傳遞到控制單元6，控制單元6控制泵3的變頻電機調整頻率，實現(xiàn)閉環(huán)控制。從泵3中出來的物料到達高壓混合頭4，由高壓混合頭4將物料澆鑄到泡沫模具7中，發(fā)泡成型，所述泡沫模具的溫度為50-60°C，保壓時間 300-360S。實施例3
一種制備納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫的方法，按照如下步驟完成:
(I)、按照權利要求1中的配比，將聚醚多元醇60kg、聚合物多元醇20kg和納米碳酸鈣20kg放入高速反應釜中，高速攪拌，攪拌速度為130-150轉/min，攪拌時間30-45min，使得充分混合；
(2)、步驟(I)混合好的物料轉入低速恒溫反應釜中，加入二甲基氨基乙基醚0.25kg、三乙烯二胺0.8kg、勻泡劑1.0kg、聚氨酯表面活性劑0.6kg、聚氨酯交聯(lián)劑1.8kg、開孔劑
1.5kg和水3.5kg，保持溫度22-28°C，攪拌速度為35-45轉/min,攪拌備用；
(3)、將步驟(2)中所得物料轉移至聚氨酯高壓發(fā)泡的儲料罐I中，在控制單元6中設定流量，控制單元6控制泵3的變頻電機調整頻率，流量計5將流量信號傳遞到控制單元6，控制單元6控制泵3的變頻電機調整頻率，實現(xiàn)閉環(huán)控制。從泵3中出來的物料到達高壓混合頭4，由高壓混合頭4將物料澆鑄到泡沫模具7中，發(fā)泡成型，所述泡沫模具的溫度為50-60°C，保壓時 間 300-360S。
權利要求
1.一種納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫，其特征在于:由重量份數(shù)的以下原材料制成:聚醚多元醇50-70份，聚合物多元醇15-25份，納米碳酸鈣15-25份，二甲基氨基乙基醚0.2-0.3份，凝膠催化劑0.7-1.0份，勻泡劑0.8-1.2份，聚氨酯表面活性劑0.5-0.8份，交聯(lián)劑1.5-2份，開孔劑1-2份，水3-4份。
2.根據權利要求1所述納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫，其特征在于:所述凝膠催化劑為三乙烯二胺。
3.一種制備納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫的方法，其特征在于:按照如下步驟完成: (1)、按照權利要求1中的配比，將聚醚多元醇、聚合物多元醇和納米碳酸鈣放入高速反應釜中，高速攪拌使得充分混合； (2)、步驟(I)混合好的物料轉入低速恒溫反應釜中，加入二甲基氨基乙基醚、凝膠催化齊U、勻泡劑、聚氨酯表面活性劑、交聯(lián)劑、開孔劑和水，保持溫度22-28°C，攪拌均勻備用； (3)、將步驟(2)中所得物料轉移至聚氨酯高壓發(fā)泡機中進行高壓發(fā)泡，所述聚氨酯高壓發(fā)泡機包括發(fā)泡機儲料罐(I )、在發(fā)泡機儲料罐(I)的出口上設置過濾器(2)，所述過濾器(2 )的出口上設置泵(3 )，所述泵(3 )為雙聯(lián)直齒共軛內嚙合齒輪泵，所述雙聯(lián)直齒共軛內嚙合齒輪泵通過管道與高壓混合頭(4)連接，在雙聯(lián)直齒共軛內嚙合齒輪泵和高壓混合頭(4)之間的管道上設有流量計(5);所述步驟(2)中的物料先轉移至高壓發(fā)泡機的儲料罐Cl)中，然后經過過濾器(2)過濾，物料再經泵(3)輸送至高壓混合頭(4)，物料由高壓混合頭(4 )澆鑄到泡沫模具(7 )中發(fā)泡成型。
4.根據權利要求3所述制備納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫的方法，其特征在于:所述泵(3 )采用變頻電機控制。
5.根據權利要求4所述制備納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫的方法，其特征在于:所述高壓發(fā)泡機還包括控制單元(6 )，所述流量計(5 )將流量信號傳遞給控制單元(6 )，所述控制單元(6)將信號傳遞到泵(3)的變頻電機的變頻器(8)，所述變頻器(8)調整泵(3)輸出頻率。
6.根據權利要求3所述制備納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫的方法，其特征在于:步驟(I)中，攪拌速度為130-150轉/min，攪拌時間30_45min。
7.根據權利要求3所述制備納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，攪拌速度為35-45轉/min。
8.根據權利要求3所述制備納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫的方法，其特征在于:所述泡沫模具(7)的溫度為50-60°C，保壓時間300-360S。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米碳酸鈣填充聚氨酯高回彈模塑泡沫，其特征在于由重量份數(shù)的以下原材料制成聚醚多元醇50-70份，聚合物多元醇15-25份，納米碳酸鈣15-25份，二甲基氨基乙基醚0.2-0.3份，凝膠催化劑0.7-1.0份，勻泡劑0.8-1.2份，聚氨酯表面活性劑0.5-0.8份，交聯(lián)劑1.5-2份，開孔劑1-2份，水3-4份。本發(fā)明還公開了該種泡沫的高壓發(fā)泡的制備方法。本發(fā)明的聚氨酯高回彈模塑泡沫成本低，機械性能好，承載性能好，VOC排放低。并且本發(fā)明僅對高壓發(fā)泡機做小小改動，就能實現(xiàn)納米碳酸鈣的高壓發(fā)泡，產品一致性得到有效提升。
文檔編號C08K3/26GK103254395SQ20131021824
公開日2013年8月21日 申請日期2013年6月4日 優(yōu)先權日2013年6月4日
發(fā)明者袁貴友 申請人:袁貴友