聚氨酯材料、发泡材料及其制备方法和应用与流程

本技术涉及发泡材料，特别涉及聚氨酯材料、发泡材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、热塑性聚氨酯（tpu）因其优异的耐磨性、高回弹性和机械强度，被广泛应用于各种领域。为了进一步减轻重量并提升缓震性能，tpu常通过化学发泡或者超临界流体发泡（如co2或n2）制成发泡材料，实现轻量化和高回弹。

2、然而，传统的tpu材料存在如下缺点：（1）tpu与乙烯醋酸乙烯共聚物(eva)和聚烯烃弹性体(poe)等材料界面相容性差，共混易相分离，力学性能大幅下降；（2）tpu线性结构熔体强度低，发泡泡孔易合并、塌陷，且收缩率大、尺寸稳定性差；（3）tpu难以在过氧化物引发下形成有效自由基交联，发泡条件可调控范围有限。现有技术多采用物理共混或添加相容剂改善性能，然而界面相容性与发泡后的尺寸稳定性仍不理想。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的问题，本技术的一个或多个实施例提供了聚氨酯材料、发泡材料及其制备方法和应用。该聚氨酯材料具有更好的界面相容性和稳定性，以及更宽的发泡适用范围。

2、具体的技术方案包括如下内容：

3、本技术的第一方面提供了聚氨酯材料，所述聚氨酯材料的原料按重量份计包括：多元醇30-70份、二异氰酸酯10-30份、扩链剂5-15份、催化剂0.001-0.012份、抗氧剂0.1-0.6份；

4、所述多元醇包括式i所示的化合物；

5、    i；

6、其中，m和n分别独立地选自0-10的整数；

7、r1和r2分别独立地选自氢或c1-c6烷基，且r1和r2不同时为氢；

8、所述多元醇的数均分子量为500-3000。

9、在一些实施例中，所述二异氰酸酯包括4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。

10、在一些实施例中，所述扩链剂包括乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,3-丙二醇、新戊二醇和一缩二乙二醇中的一种或多种。

11、在一些实施例中，所述催化剂包括锡系催化剂、铋系催化剂和钛系催化剂中的一种或多种。

12、在一些实施例中，所述抗氧剂包括四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯)和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或多种。

13、在一些实施例中，所述多元醇、所述二异氰酸酯和所述扩链剂的重量比为(1-4):1:(0.2-1)。

14、在一些实施例中，所述催化剂用量为所述二异氰酸酯的重量的0.01%-0.03%。

15、在一些实施例中，所述抗氧剂用量为所述二异氰酸酯的重量的0.5%-2%。

16、本技术的第二方面提供了聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：

17、取上文所述的聚氨酯材料的原料，将所述多元醇和所述扩链剂进行预热处理；

18、将预热后的所述多元醇和所述扩链剂混合，在引发温度下加入所述抗氧剂、所述二异氰酸酯和所述催化剂混合，将所得混合液升温反应，再进行熟化处理。

19、在一些实施例中，所述引发温度为60℃-70℃。

20、在一些实施例中，将所得混合液升温反应的步骤包括：从所述引发温度以0.5℃/min-10℃/min的速率升温至130℃-150℃。

21、在一些实施例中，熟化处理的条件包括：在90℃-110℃下加热14h-20h。

22、本技术的第三方面提供了发泡材料，所述发泡材料的原料按重量份计包括：

23、聚氨酯材料1-100份、聚烯烃弹性体为0-90份、乙烯-醋酸乙烯酯为0-90份、过氧化物交联剂0.1-2份、化学发泡剂0.1-10份和加工助剂0.1-10份；

24、所述聚氨酯材料为上文所述的聚氨酯材料或上文所述的制备方法制得的聚氨酯材料。

25、在一些实施例中，所述过氧化物包括过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷、过氧化苯甲酰和1,4-双叔丁基过氧异丙基苯中的一种或多种。

26、在一些实施例中，所述化学发泡剂包括偶氮二甲酰胺、4,4’-氧代双苯磺酰肼、二亚硝基五亚甲基四胺、对甲苯磺酰肼和碳酸氢钠中的一种或多种；

27、在一些实施例中，所述加工助剂包括氧化锌、硬脂酸锌、硬脂酸、气相二氧化硅、纳米碳酸钙、蒙脱土、滑石粉中的一种或多种。

28、本技术的第四方面提供了发泡材料的制备方法，包括以下步骤：

29、取第三方面所述的发泡材料的原料，向所述聚氨酯材料中，可选地加入所述聚烯烃弹性体、所述乙烯-醋酸乙烯酯、所述聚醚嵌段酰胺共聚物中的一种或多种混合，将所得混合物在100℃-200℃下熔融共混，造粒，制得可发泡粒子；

30、向所述可发泡粒子中，可选地加入所述聚烯烃弹性体和所述乙烯-醋酸乙烯酯中的一种或多种混合，加入所述过氧化物交联剂、所述化学发泡剂和所述加工助剂混合，在70℃-160℃下进行混炼；

31、将混炼后的混合物在40℃-100℃下进行开炼；

32、将开炼后的混合物进行发泡处理，制得所述发泡材料。

33、可选地，发泡处理的条件包括：在100℃-200℃保温200s-700s。

34、本技术的第五方面提供了发泡材料，发泡材料的原料按重量份计包括：

35、聚氨酯材料1-100份、聚烯烃弹性体为0-90份、乙烯-醋酸乙烯酯为0-90份和过氧化物交联剂0.1-2份；

36、所述聚氨酯材料为上文所述的聚氨酯材料或上文所述的制备方法制得的聚氨酯材料。

37、本技术的第六方面提供了发泡材料的制备方法，包括以下步骤：

38、取第五方面所述的发泡材料的原料，向所述聚氨酯材料中，可选地加入所述聚烯烃弹性体和所述乙烯-醋酸乙烯酯中的一种或多种混合，加入所述过氧化物交联剂混合，将所得混合物在100℃-200℃下熔融共混，造粒，制得可发泡粒子；

39、将所述可发泡粒子进行注塑处理，制得小胚；

40、将所述小胚在超临界发泡介质的环境下进行发泡处理，制得发泡初胚；

41、将所述发泡初胚在120℃-180℃下进行热压定型，制得所述发泡材料。

42、可选地，所述超临界发泡介质包括二氧化碳和氮气中的一种或多种。

43、可选地，发泡处理的条件包括：在100℃-150℃和8-25mpa下保温1-6h。

44、在一些实施例中，所述聚烯烃弹性体是由乙烯与α-烯烃聚合得到的共聚物，所述α-烯烃包括1-丁烯和1-辛烯中的一种或多种；所述聚烯烃弹性体的密度为0.85-0.88 g/cm3。

45、在一些实施例中，所述乙烯-醋酸乙烯酯是由乙烯和醋酸乙烯聚合得到的共聚物，其醋酸乙烯的质量百分含量为20%-30%。

46、本技术的第七方面提供了上文所述的发泡材料在制备减震材料和/或隔音材料中的应用。

47、传统的tpu分子链上缺乏足够活泼的氢原子位点，过氧化物分解产生的自由基难以有效夺取氢原子并产生交联，导致交联效率低，发泡效果提升不明显。本技术的聚氨酯材料采用具有合适支链结构的多元醇，搭配二异氰酸酯、扩链剂、催化剂和抗氧剂，采用上述原料制备聚氨酯材料，利用多元醇分子链结构中含有易被过氧化物夺氢生成大分子自由基的特性，实现自身或与其他弹性体高效化学交联，从而在分子结构层面赋予聚氨酯材料可控的自由基交联能力，能够用于制备高性能发泡材料。

48、本技术的聚氨酯材料可在过氧化物引发下实现自身交联，或与poe、eva等弹性体构建互穿或半互穿交联网络，从而显著提升共混物的熔体强度并拓宽其应用范围。

49、本技术的发泡材料泡孔细密、回弹率高（可达80%以上）、收缩率低，且具有优异的撕裂强度和耐疲劳性，从而适用于各类减震材料和/或隔音材料，例如汽车内饰及零部件、包装缓冲材料、过滤与吸音材料或运动鞋中底等。