聚氨酯仿木材料及其生產工藝的製作方法
2023-06-07 13:35:36
本發明涉及一種聚氨酯材料，特別涉及一種聚氨酯仿木材料及其生產工藝。
背景技術：
：木材的用途廣泛，但近年來，由於森林資源的過度開採，造成了生態環境惡化和水土流失，所以一些國家控制天然林業資源的開發，制止濫砍濫伐，近年來，仿木材料已經成為研究和開發的一個新領域，聚氨酯結構泡沫塑料是從20世紀70年代中期發展起來的一種中高密度微孔材料。由於它具有很高的剛性和機械強度。成型工藝簡單，生產效率高，製品外形美觀，可替代木材用作各類高檔製品，深受用戶的歡迎，所以近期內10年我國聚氨酯仿木材料在家具工業，裝飾工程等行業中發展迅速。但是聚氨酯仿木材料自身的燃點通常很低，極易燃燒，在使用過程中容易對人們的財產、生命安全造成巨大威脅，隨著人們安全環保意識的提高，阻燃型的聚氨酯仿生木材的研製也是勢在必行。目前，公開號為CN102796239A的中國專利公開了一種聚氨酯半硬質泡沫，其特點是：包括有以下三種物質組成，100重量百分比為的組合聚醚；5～15重量百分比的阻燃劑；55～65重量百分比的異氰酸酯，但上述泡沫材料採用的阻燃劑為添加型阻燃劑，雖然在初始添加時的阻燃能力較強，但長時間放置後聚氨酯阻燃效果逐漸降低，無法滿足長時間使用的需求。技術實現要素：本發明的第一目的是提供一種阻燃性好、效果持久的聚氨酯仿木材料。本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種聚氨酯仿木材料，其中：包括A組分和B組分，按照重量份計，A組分包括：聚醚多元醇100份、水4-8份、催化劑1-2份、阻燃多元醇、阻燃劑0.5份、無機添加物4-8份、泡沫穩定劑1-3份、光穩定劑1-2份，B組分包括：多苯基多亞甲基多異氰酸酯45-50份和MDI50-60份。阻燃多元醇主要是磷元素和滷素參與多元醇的合成，結合到多元醇的主鏈或者側鏈上，從而結構上發生改變，能永久的保持阻燃效果，阻燃穩定性好，毒性低，並且與聚氨酯整體的相容性好；並且同時選用了添加型的阻燃劑，彌補了結構性阻燃劑阻燃能力較差的缺陷，添加型阻燃劑主要分布在材料內，表面阻燃添加劑量較少，若未發生燃燒時，老化主要發生在材料表面，而結構型穩定劑是對分子結構進行改變，使材料具有阻燃效果，即使發生一定的老化，阻燃效果依然存在，而在環境溫度較高的情況下，熱量進入材料內部，添加型阻燃劑可以對熱量進行吸收或隔絕，同時會產生阻燃劑的消耗，通過上述設置，聚氨酯材料既具有長效的阻燃能力，同時在熱量較大時，依靠添加型阻燃劑能具有較強的阻燃效果。水在本體系作為反應型發泡劑，取代了以往的有機揮發性發泡劑，更加環保節省資源，並且製取方便。泡沫穩定劑的使用可以使氣孔細密均勻，調節泡孔均勻的，得到良好的泡孔結構，當泡孔穩定劑的用量小於1份時，聚氨酯仿木材料不能得到良好的泡孔結構，在發泡過程中容易導致泡孔的坍塌；當泡沫穩定劑的用量大於1份小於3份時，泡孔直徑會隨泡沫穩定劑的用量的增大而減小，從而控制所得到材料的泡孔結構；當泡沫穩定劑用量大於3份時，泡孔的直徑會略有增大，並且部分發生塌陷。光穩定劑可以降低聚氨酯仿木材料的黃色指數，提高聚氨酯仿木材料的環境適應力，具有更長的使用壽命，避免由於陽光的作用使得材料過快的老化，並且本體系中的光穩定選用混合型光穩定劑，由於不同的穩定劑具有不同的吸收波長，因此混合型的光穩定劑能穩定的吸收大部分的光照，從而提高聚氨酯仿木材料的使用壽命。本發明進一步設置為：所述阻燃劑採用0.8份DMMP。通過採用上述技術方案，DMMP是一種高磷的液體阻燃劑，常溫下為低粘度無色或淡黃色液體，阻燃效果好，並且由於其沸點較低，與聚氨酯之間的相互作用小，可以降低系統的粘度和表面附著性，更方便脫模。本發明進一步設置為：所述阻燃多元醇為25份溴代聚酯多元醇，其溴含量為25%，其官能度為2.3-2.5。通過採用上述技術方案，聚酯多元醇在製備聚氨酯時，與異氰酸酯反應生成的聚氨酯材料強度高、粘結性好，從而可以與聚醚多元醇與異氰酸酯生成的聚氨酯材料均勻的混合分散，保證其上的溴元素能均勻的分布在材料中，保持均勻穩定的阻燃效果。本發明進一步設置為：所述催化劑包括胺類催化劑和錫類催化劑。本發明進一步設置為：所述催化劑包括三乙醇胺催化劑0.5份和二硫醇烷基錫1.35份。三乙醇胺能促進異氰酸酯與水的反應，能快速反應生成二氧化碳，在不加入三乙醇胺的時，雖然也能進行發泡，但是二氧化碳的釋放的速率過慢，生成的泡孔較大，泡體酥軟，三乙醇胺的加入，促進了發泡反應，二氧化碳增多，隨著三乙醇胺的加入量的增大，硬泡的孔徑逐漸變小，硬度逐漸增強。當其用量超過0.5份時，硬泡的孔徑就會開始變大，而且硬泡開始變脆，因此三乙醇胺的添加量不宜過多，在本體系中，其用量為0.5左右為宜。有機錫類催化劑採用二硫醇烷基錫，二硫醇烷基錫在聚氨酯發泡過程中，促進異氰酸酯基與多元醇的端羥基反應，促使分子鏈的增長，如果不加有機錫，體系的凝膠反應速率遠低於發泡反應速率，形不成完整的體型結構，硬泡難以形成，隨著有機錫添加量的增加，泡孔逐漸變小，但當其用量超過1.35份時，會影響泡沫成型時的流動性能，泡孔逐漸變大，泡體會變脆發黃，因此在本體系中，有機錫的用量為1.35左右為宜。本發明進一步設置為：所述無機添加物包括2份TiO2與4份MMT。TiO2在發泡體系中可以起到成核劑的作用，水與異氰酸酯的，TiO2的添加會減小泡孔的尺寸，在添加5份二氧化鈦時，能夠使得聚氨酯的泡孔均勻而緻密，並且二氧化鈦的添加也可以增強聚氨酯的強度，並且二氧化鈦具有很高的熔點，因此二氧化鈦會提高聚氨酯的熱穩定性和阻燃性；同時二氧化鈦還具有良好的紫外線掩蔽作用，因此能夠提高聚氨酯材料的遮光能力，在作為窗沿、門板等使用時能較好的阻擋紫外線，使用更加安全；MMT為蒙脫土，具有片層狀的結構，片層之間可以容納TiO2在其中，同時MMT具有良好的膠體分散性和懸浮性，可以降低層面表面能，以提高聚氨酯之間的相互混合能力，同時MMT具有良好的隔熱和阻燃效果，與TiO2形成核殼結構進行對材料進行保護，提高了材料的阻燃能力。本發明的第二發明目的是提供一種上述聚氨酯仿木材料的生產工藝。本發明的上述技術目的是通過以下技術方案實現的：一種聚氨酯仿木材料的生產工藝，其特徵在於：包括如下步驟：Sp1、將部分聚醚多元醇與B組分反應，生成包含游離異氰酸酯的半預聚體；Sp2、在高速攪拌的情況下，將剩餘聚醚多元醇、A組分中其餘物質和半預聚體共同加入混合器中，混合均勻；Sp3、將混合器中混合物通入模具進行成型。通過採用上述技術方案，在部分聚醚多元醇與B組分率先反應，生成的預聚物為異氰酸酯和端異氰酸酯的混合物，有力的異氰酸酯在在預聚物體系中相當於溶劑，降低了體系的整體粘度，有利於後期反應的計量和混合，並且在反應過程中可以對預聚物進行適當檢測，保證預聚體合格的情況下再進行後續反應，工藝合理，避免浪費。本發明進一步設置為：Sp2中的混合器保持負壓狀態。通過採用上述技術方案，負壓狀態的混合器在聚氨酯材料混合發泡時，外界壓力較小，從而可以形成較大的泡孔，同時能減小聚氨酯材料的密度，降低其生產的家具等物品的重量。本發明進一步設置為：Sp3中的模具採用矽樹脂模具。通過採用上述技術方案，利用矽樹脂模具生產仿木材料，成型好無需噴塗脫模劑。綜上所述，本發明具有以下有益效果：1、未發生燃燒時，老化主要發生在材料表面，而結構型穩定劑是對分子結構進行改變，使材料具有阻燃效果，即使發生一定的老化，阻燃效果依然存在，而在環境溫度較高的情況下，熱量進入材料內部，添加型阻燃劑可以對熱量進行吸收或隔絕，同時會產生阻燃劑的消耗，保證了使用壽命和阻燃效果；2、採用泡沫穩定劑使得泡孔結構更加穩定、分散均勻，並且生產過程中負壓狀態的混合器可以增大泡孔直徑，減小密度。具體實施方式實施例一：一種聚氨酯仿木材料，包括A組分和B組分，按照重量份計，A組分包括：聚醚多元醇100g、水4g、三乙醇胺催化劑0.5g、二硫醇烷基錫催化劑1.35g、溴代聚酯多元醇15g、DMMP0.8g、TiO21.5g、MMT3g、泡沫穩定劑3g、光穩定劑1g，B組分包括：多苯基多亞甲基多異氰酸酯48g和MDI58g（其中溴代聚酯多元醇的官能度為2.3）。其生產工藝包括如下步驟：Sp1、將20g聚醚多元醇與多苯基多亞甲基多異氰酸酯48g和MDI58g反應，生成包含游離異氰酸酯的半預聚體；Sp2、在高速攪拌的情況下，將剩餘聚醚多元醇80g以及水4g、三乙醇胺催化劑0.5g、二硫醇烷基錫催化劑1.35g、溴代聚酯多元醇15g、DMMP0.8g、TiO21.5g、MMT3g、泡沫穩定劑3g、光穩定劑1g和半預聚體共同加入負壓混合器中，混合均勻；Sp3、將混合器中混合物通入矽橡膠模具進行成型。實施例二：一種聚氨酯仿木材料，包括A組分和B組分，按照重量份計，A組分包括：聚醚多元醇100g、水8g、三乙醇胺催化劑0.6g、二硫醇烷基錫催化劑0.9g、溴代聚酯多元醇23g、DMMP1g、TiO22g、MMT4g、泡沫穩定劑1.4g、光穩定劑1.7g，B組分包括：多苯基多亞甲基多異氰酸酯45g和MDI60g（其中溴代聚酯多元醇的官能度為2.4）。其生產工藝包括如下步驟：Sp1、將20g聚醚多元醇與多苯基多亞甲基多異氰酸酯45g和MDI60g反應，生成包含游離異氰酸酯的半預聚體；Sp2、在高速攪拌的情況下，將剩餘聚醚多元醇80g以及水8g、三乙醇胺催化劑0.6g、二硫醇烷基錫催化劑0.9g、溴代聚酯多元醇23g、DMMP1g、TiO22g、MMT4g、泡沫穩定劑1.4g、光穩定劑1.7g和半預聚體共同加入負壓混合器中，混合均勻；Sp3、將混合器中混合物通入矽橡膠模具進行成型。實施例三：一種聚氨酯仿木材料，包括A組分和B組分，按照重量份計，A組分包括：聚醚多元醇100g、水12g、三乙醇胺催化劑0.4g、二硫醇烷基錫催化劑1.6g、溴代聚酯多元醇26g、DMMP0.6g、TiO21.7g、MMT3.3g、泡沫穩定劑2.1g、光穩定劑2g，B組分包括：多苯基多亞甲基多異氰酸酯47g和MDI53g（其中溴代聚酯多元醇的官能度為2.4）。其生產工藝包括如下步驟：Sp1、將20g聚醚多元醇與多苯基多亞甲基多異氰酸酯47g和MDI53g反應，生成包含游離異氰酸酯的半預聚體；Sp2、在高速攪拌的情況下，將剩餘聚醚多元醇80g以及水12g、三乙醇胺催化劑0.4g、二硫醇烷基錫催化劑1.6g、溴代聚酯多元醇26g、DMMP0.6g、TiO21.7g、MMT3.3g、泡沫穩定劑2.1g、光穩定劑2g和半預聚體共同加入負壓混合器中，混合均勻；Sp3、將混合器中混合物通入矽橡膠模具進行成型。實施例四：一種聚氨酯仿木材料，包括A組分和B組分，按照重量份計，A組分包括：聚醚多元醇100g、水10g、三乙醇胺催化劑0.45g、二硫醇烷基錫催化劑0.85g、溴代聚酯多元醇30g、DMMP0.7g、TiO21.5g、MMT2.5g、泡沫穩定劑1g、光穩定劑1.6g，B組分包括：多苯基多亞甲基多異氰酸酯46g和MDI50g（其中溴代聚酯多元醇的官能度為2.5）。其生產工藝包括如下步驟：Sp1、將20g聚醚多元醇與多苯基多亞甲基多異氰酸酯46g和MDI50g反應，生成包含游離異氰酸酯的半預聚體；Sp2、在高速攪拌的情況下，將剩餘聚醚多元醇80g以及水10g、三乙醇胺催化劑0.45g、二硫醇烷基錫催化劑0.85g、溴代聚酯多元醇30g、DMMP0.7g、TiO21.5g、MMT2.5g、泡沫穩定劑1g、光穩定劑1.6g和半預聚體共同加入負壓混合器中，混合均勻；Sp3、將混合器中混合物通入矽橡膠模具進行成型。實施例五：一種聚氨酯仿木材料，包括A組分和B組分，按照重量份計，A組分包括：聚醚多元醇100g、水6g、三乙醇胺催化劑0.2g、二硫醇烷基錫催化劑0.8g、溴代聚酯多元醇18g、DMMP0.5g、TiO21.8g、MMT3.6g、泡沫穩定劑2.6g、光穩定劑1.3g，B組分包括：多苯基多亞甲基多異氰酸酯50g和MDI55g（其中溴代聚酯多元醇的官能度為2.3）。其生產工藝包括如下步驟：Sp1、將20g聚醚多元醇與多苯基多亞甲基多異氰酸酯50g和MDI55g反應，生成包含游離異氰酸酯的半預聚體；Sp2、在高速攪拌的情況下，將剩餘聚醚多元醇80g以及水6g、三乙醇胺催化劑0.2g、二硫醇烷基錫催化劑0.8g、溴代聚酯多元醇18g、DMMP0.5g、TiO21.8g、MMT3.6g、泡沫穩定劑2.6g、光穩定劑1.3g和半預聚體共同加入負壓混合器中，混合均勻；Sp3、將混合器中混合物通入矽橡膠模具進行成型。實施例六：一種聚氨酯仿木材料，包括A組分和B組分，按照重量份計，A組分包括：聚醚多元醇100g、水8g、三乙醇胺催化劑0.5g、二硫醇烷基錫催化劑1.35g、溴代聚酯多元醇15g、DMMP0.8g、TiO22g、MMT4g、泡沫穩定劑2.6g、光穩定劑1.3g，B組分包括：多苯基多亞甲基多異氰酸酯50g和MDI55g（其中溴代聚酯多元醇的官能度為2.5）。其生產工藝包括如下步驟：Sp1、將20g聚醚多元醇與多苯基多亞甲基多異氰酸酯50g和MDI55g反應，生成包含游離異氰酸酯的半預聚體；Sp2、在高速攪拌的情況下，將剩餘聚醚多元醇80g以及水8g、三乙醇胺催化劑0.5g、二硫醇烷基錫催化劑1.35g、溴代聚酯多元醇15g、DMMP0.8g、TiO22g、MMT4g、泡沫穩定劑2.6g、光穩定劑1.3g和半預聚體共同加入負壓混合器中，混合均勻；Sp3、將混合器中混合物通入矽橡膠模具進行成型。對比例一：一種聚氨酯仿木材料，包括A組分和B組分，按照重量份計，A組分包括：聚醚多元醇100g、水8g、三乙醇胺催化劑0.5g、二硫醇烷基錫1.35g、DMMP0.8g、TiO22g、MMT4g、泡沫穩定劑2.6g、光穩定劑1.3g，B組分包括：多苯基多亞甲基多異氰酸酯50g和MDI55g。其生產工藝包括如下步驟：Sp1、將20g聚醚多元醇與多苯基多亞甲基多異氰酸酯50g和MDI55g反應，生成包含游離異氰酸酯的半預聚體；Sp2、在高速攪拌的情況下，將剩餘聚醚多元醇80g以及水8g、三乙醇胺催化劑0.5g、二硫醇烷基錫1.35g、DMMP0.8g、TiO22g、MMT4g、泡沫穩定劑2.6g、光穩定劑1.3g和半預聚體共同加入負壓混合器中，混合均勻；Sp3、將混合器中混合物通入矽橡膠模具進行成型。對比例二：一種聚氨酯仿木材料，包括A組分和B組分，按照重量份計，A組分包括：聚醚多元醇100g、水8g、三乙醇胺催化劑1g、二硫醇烷基錫催化劑1.9g、溴代聚酯多元醇25g、DMMP0.8g、TiO22g、MMT4g、泡沫穩定劑2.6g、光穩定劑1.3g，B組分包括：多苯基多亞甲基多異氰酸酯50g和MDI55g（其中溴代聚酯多元醇的官能度為2.5）。其生產工藝包括如下步驟：Sp1、將20g聚醚多元醇與多苯基多亞甲基多異氰酸酯50g和MDI55g反應，生成包含游離異氰酸酯的半預聚體；Sp2、在高速攪拌的情況下，將剩餘聚醚多元醇80g以及水8g、三乙醇胺催化劑0.5g、二硫醇烷基錫催化劑1.35g、溴代聚酯多元醇25g、DMMP0.8g、TiO22g、MMT4g、泡沫穩定劑2.6g、光穩定劑1.3g和半預聚體共同加入負壓混合器中，混合均勻；Sp3、將混合器中混合物通入矽橡膠模具進行成型。對比例三：一種聚氨酯仿木材料，包括A組分和B組分，按照重量份計，A組分包括：聚醚多元醇100g、水8g、三乙醇胺催化劑0.5g、二硫醇烷基錫催化劑1.35g、溴代聚酯多元醇15g、DMMP0.8g、TiO23g、泡沫穩定劑2.6g、光穩定劑1.3g，B組分包括：多苯基多亞甲基多異氰酸酯50g和MDI55g（其中溴代聚酯多元醇的官能度為1.5）。其生產工藝包括如下步驟：Sp1、將20g聚醚多元醇與多苯基多亞甲基多異氰酸酯50g和MDI55g反應，生成包含游離異氰酸酯的半預聚體；Sp2、在高速攪拌的情況下，將剩餘聚醚多元醇80g以及水8g、三乙醇胺催化劑0.5g、二硫醇烷基錫催化劑1.35g、溴代聚酯多元醇25g、DMMP0.8g、TiO22g、MMT4g、泡沫穩定劑2.6g、光穩定劑1.3g和半預聚體共同加入混合器中，混合均勻；Sp3、將混合器中混合物通入矽橡膠模具進行成型。性能測試：燃燒測試：將上述實施例和對比例中材料樣品採用南京江寧分析儀器有限公司的JF-3型氧指數測定儀測定材料的氧指數；將上述實施例和對比例中材料樣品採用東莞市艾思荔檢測儀器有限公司出售的XL-1000氙燈老化試驗箱處理1天後，再採用南京江寧分析儀器有限公司的JF-3型氧指數測定儀測定材料的氧指數，結果見下表1。力學性能測試：採用DE-120M粉末密度計進行密度測試；按照測試標準GB/T8813-2008對材料進行壓縮性能測定；將上述實施例和對比例中材料樣品採用東莞市艾思荔檢測儀器有限公司出售的XL-1000氙燈老化試驗箱處理1天後，再按照測試標準GB/T8813-2008對材料進行壓縮性能測定，測試結果見下表1。同時將材料進行切開對切面結構進行觀察對比，記錄到表1中。表1聚氨酯仿生木材料性能測試表氧指數（%）老化處理後氧指數（%）密度（Kg/m3）老化處理後密度（Kg/m3）壓縮強度（MPa）老化處理後的壓縮強度（MPa）泡孔結構觀察實施例一282637.535.70.550.45細密均勻實施例二272540.838.60.490.41細密均勻實施例三262539.237.50.530.43細密均勻實施例四272637.635.80.480.39細密均勻實施例五262438.436.80.510.43細密均勻實施例六282636.534.70.570.5細密均勻對比例一272137.832.50.450.27細密均勻對比例二272433.530.40.400.23存在大泡孔且有塌陷的情況對比例三241948.745.20.610.55泡孔尺寸偏小，發泡不均勻由上表可以看出，本申請的實施例中的聚氨酯仿木材料具有良好的阻燃性，並且在老化後能保持較高的阻燃性能；並且耐壓縮性好，在老化處理後依然能保持較高的性能，能夠滿足生活中桌椅等家具的使用要求，阻燃性好，力學性能也較高。本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，其並不是對本發明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書後可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本發明的權利要求範圍內都受到專利法的保護。當前第1頁1 2 3