[发明专利]一种聚氨酯吸能材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种聚氨酯吸能材料的制备方法。

背景技术：

从20世纪40年代，德国化学家Otto·Bayer在研究异氰酸酯的加成聚合物的反应过程中，首先合成出含有氨基甲酸酯特性基团的化合物。随着学术界和工业界研究的不断深入，聚氨酯逐渐成为一类用途十分广泛的合成材料，其工业化的生产主要是由多元有机异氰酸酯和各种氢给予体化合物（通常如含端羟基的多元醇化合物）反应而制备的。选择不同数目的官能基团和不同类型的官能基团，采用不同的合成工艺，能制备出性能各异，表观形式各种各样的聚氨酯产品。

聚氨酯产品的种类极其丰富，包括从十分柔软到极其坚硬的泡沫塑料，耐磨性能优异的弹性橡胶、高光泽的油漆、涂料，高回弹的合成纤维以及抗绕曲性能优良的合成皮革等，逐渐形成了一个品种多样、性能优异的新型合成材料系列。传统的聚氨酯材料由于其良好的耐磨性能，阻尼性能以及耐疲劳性和抗震动性能良好，因此聚氨酯在很多领域得到了广泛的应用。

近年来，人们对聚氨酯材料提出了更高的要求，因其良好的阻尼性能和抗震动性，使其具有成为人体防护材料的潜能。传统的防护材料，因其笨重，不灵活，且防护的区域有限，比如有些人体的关键部位不能得到有效的防护。但以聚氨酯为基体的合成材料能够有效的解决上述问题，且其使用性能优异，能够满足舒适灵活的条件，且能对人体的大部分区域得到有效的防护。

英国D30公司的工程师理查德·帕尔默发明了一种基于聚氨酯基体的剪切增稠液体复合材料，其具有明显的剪切增稠特性，且在高速冲击的条件下，聚氨酯吸能材料迅速变硬，该材料在受到外界高速冲击时能够有效的吸收大量的能量，且当外力消除时，材料又恢复到柔软的状态。基于上述特性，使其能够广泛的应用于各种体育护具以及军用的防护装备，如足球场上守门员的手套，护膝，护肘以及军用防护服的内衬层，防弹头盔的内衬层等。

US2009/0324927A1公开了一种新型聚氨酯吸能材料的制备，该发明提供的以聚氨酯为基体的吸能材料的制备，属于剪切增稠液体复合材料的制备范畴。该发明提供了一种聚氨酯泡沫吸能材料的制备方法，在聚氨酯合成的传统工艺的基础上加入了一种基于有机硅材料的膨胀性流体，该种膨胀性流体是一种硼化的有机硅的聚合物溶于异丙醇溶剂中得到的，其流变性能表现出明显的剪切增稠特性。该种有机硅材料在受到外界较高的冲击速率时，材料发生明显的相转变，黏度出现急剧的上升，从而可以吸收大量的外界能量。当外界冲击能量消失时，材料又恢复到柔软的状态，可以保持防护材料具有柔软舒适的性能。

但是上述发明在聚氨酯吸能材料的合成过程中需要对工艺进行严格的控制，在制备的关键环节需要控制好合理的工艺参数，这在一定程度上限制了其大规模生产应用的可能性。

目前上述发明中聚氨酯吸能材料的合成过程中加入硼化的有机硅聚合物，因其黏度较大，不能直接加入到合成聚氨酯原料的A，B组分中，在加入之前需要的工艺步骤是将硼化有机硅聚合物加入到异丙醇的溶剂中配置成剪切增稠液体。在聚氨酯吸能材料的合成过程中，将剪切增稠液体加入到A组分(聚醚多元醇)中，当B组分4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)加入之前需要将剪切增稠液体中的异丙醇挥发完全后才能加入B组分，在此过程中需要严格控制异丙醇的挥发量，如果异丙醇挥发的时间控制不好，则合成的产品出现分相，且由于异丙醇较多元醇的羟基活性更高，其与MDI的反应将会严重影响产品的性能。

综上所述，目前现有技术中存在以下两个问题：

1.硼化有机硅聚合物因其黏度较大，不能直接加入到聚氨酯合成原料的A组分中，需要将其溶解在异丙醇溶剂中配置成剪切增稠液体，然后将剪切增稠液体加入到A组分中，从而带来的问题是异丙醇由于其-OH官能团具有高活性，能与MDI中的-NCO官能团发生副反应，从而影响产品的剪切增稠性能；

2.为了将剪切增稠液体中异丙醇挥发完全，需要在将其加入A组分之后在高速搅拌的过程中将异丙醇挥发完全，其带来的问题是硼化有机硅聚合物由于其黏度较大将从A组分中析出，从而导致分散不均匀，因此，需要严格控制异丙醇的挥发量。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种聚氨酯吸能材料的制备方法，采用羟基硅油作为硼化有机硅聚合物的良溶剂制备剪切增稠液体，以克服现有技术中的分相、以及异丙醇挥发量难以控制、与MDI发生副反应等问题，使得制备工艺简单，且容易控制。