CN102161742A

CN102161742A - 一种有机高分子聚氨酯弹性体及其制备方法

Info

Publication number: CN102161742A
Application number: CN 201110071801
Authority: CN
Inventors: 张居华
Original assignee: SHANGHAI POLYURETHANE PRODUCTS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI POLYURETHANE PRODUCTS CO Ltd
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2011-08-24

Abstract

本发明为一种有机高分子聚氨酯弹性体及其制备方法。本发明产品主要由以下组分按重量比构成：低聚物多元醇40%～65%、甲苯二异氰酸酯20%～38%、3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺6%～13%、配合剂8%～12%；其中所述低聚物多元醇在已二酸聚酯二元醇、聚氧化丙烯二醇中任选一种；所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合。本发明的优点是：本发明产品耐磨性好，硬度范围宽，其硬度约为邵氏A10到邵氏D80，而且在高硬度下仍具有400%～800%的伸长率，是天然橡胶和合成橡胶的2～3倍；本发明产品负载支撑容量大，很好的冲击吸收性和阻尼性，难以摔坏、碰坏，且能有效地消除噪音和振动，耐油性能优异。

Description

一种有机高分子聚氨酯弹性体及其制备方法

技术领域

本发明涉及有机高分子聚氨酯弹性体及其制备方法。

背景技术

皮带输送机作为一种输送设备广泛应用于矿山、港口、火力发电厂及建材等行业，是应用最广泛的输送设备之一。带式输送机广泛应用于工矿企业，托辊是带式输送机的重要组成部分。托辊的作用是支撑输送带和物料重量。因此托辊运转必须灵活可靠，减少输送带同托辊以及托辊配件的摩擦力，对输送带的寿命起着关键作用。它种类多，数量大，占了一台带式输送机总成本的35%，承受了70%以上的的阻力，托辊的质量直接影响带式输送机整机的正常运行、使用寿命和能耗。因此托辊的质量尤为重要。

目前国内带式输送机上使用的托辊均一般采用传统的无缝钢管材质制作而成，为节省材料费、降低成本，也可使用有缝钢管做外壳，但对焊缝要求较高，若焊接时残留有焊渣则会刮破输送带。以上以金属为外壳的托辊都具有易生锈，不耐酸、碱、盐等化工物质腐蚀的缺憾，一般使用寿命只要1-2年，磨耗较高，因而缩短了皮带的使用寿命。且金属托辊与输送带摩擦分产生静电，从而会引起输送带的燃烧，引发其他火灾，安全难以得到保证。

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，英文名称是polyurethane，它是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空等。

聚氨酯胶辊有发展前途。聚氨酯胶辊由铁辊芯和浇注聚氨酯弹性体包胶层组成。在聚氨酯胶辊的制造过程中，若工艺配方处理不当，可能使胶辊在使用过程中出现脱芯等问题。

1.在聚氨酯料液浇注过程中,要求铁芯和模具的温度与聚氨酯料液的温度相近。当二者温差较大时，会造成物料的固化速度不均匀，结果导致聚氨酯材料固化后产生较大的内应力。由于刚刚固化的聚氨酯强度很低,脱模后弹性体内部内应力会集中在铁芯的结合面上,形成较多的裂纹，严重时会出现明显的裂缝。

2. 在金属辊芯四周浇注聚氨酯液体原料，形成的聚氨酯弹性体与辊芯之间有一定的结合力。但聚氨酯托辊在动态工作状态下，聚氨酯弹性体与辊芯之间会产生较大的剪切力，托辊的聚氨酯层有时会发生“脱胶”、“掉块”等现象。这对聚氨酯与金属的结合强度有相当高的要求。

发明内容

本发明的目的在于为了克服金属材质托辊使用中存在的关键缺陷的不足，提供一种弹性高、延展性强、硬度高用于托辊的有机高分子聚氨酯弹性体及其制备方法。

本发明是这样实现的：一种有机高分子聚氨酯弹性体，其特征在于：主要由以下组分按重量比构成：

低聚物多元醇40%～65%、甲苯二异氰酸酯20%～38%、3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺6%～13%、配合剂8%～12%；其中所述低聚物多元醇在已二酸聚酯二元醇、聚氧化丙烯二醇中任选一种；所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合。

所述阻燃剂为添加型阻燃剂，在四（2-氯乙基）-2.2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基二磷酸酯、三（2,氯乙基）磷酸酯中任选一种。

所述抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂。

一种上述的有机高分子聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：1）将40%～65%的低聚物多元醇加入配有温度计、搅拌器、冷却装置及氮气进口的反应釜中，在110～140℃温度下脱水抽真空1h，然后降温到65～75℃，加入20%～38%的甲苯二异氰酸在75±5℃下搅拌反应1.5～2h，然后真空脱气泡，得异氰酸酯预聚体；其中所述低聚物多元醇在已二酸聚酯二元醇、聚氧化丙烯二醇中任选一种；

2）将步骤1所得异氰酸酯预聚体中加入6%～13%的3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺、8%～12%的配合剂，混合搅拌均匀1～2min，抽真空2～3min，得聚氨酯高分子材料；所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合；

3）将步骤2所得聚氨酯高分子材料浇入预热至80～110℃的涂有脱模剂的模具中，于100～120℃下一次硫化10～15min，脱模；

4）将脱模后的制品放入90～110℃温度的烘箱中继续加热硫化，即二次硫化；硫化时间需5～8h，即得有机高分子聚氨酯弹性体。

所述步骤2中的阻燃剂为添加型阻燃剂，在四（2-氯乙基）-2.2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基二磷酸酯、三（2,氯乙基）磷酸酯中任选一种。

所述步骤2中的抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂。

本发明的有益效果是：本发明产品耐磨性好，硬度范围宽，其硬度约为邵氏A10到邵氏D80，而且在高硬度下仍具有400%～800%的伸长率，是天然橡胶和合成橡胶的2～3倍；本发明产品中加入了阻燃剂、抗静电剂，消除了托辊在运转过程中产生的静电及燃烧现象；本发明产品负载支撑容量大，很好的冲击吸收性和阻尼性，难以摔坏、碰坏，且能有效地消除噪音和振动，耐油性能优异。

具体实施方式

本发明有机高分子聚氨酯弹性体主要由以下组分按重量比构成：

低聚物多元醇40%～65%、甲苯二异氰酸酯20%～38%、3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺6%～13%、配合剂8%～12%；其中所述低聚物多元醇在已二酸聚酯二元醇、聚氧化丙烯二醇中任选一种；所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合。所述阻燃剂为添加型阻燃剂，在四（2-氯乙基）-2.2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基二磷酸酯、三（2,氯乙基）磷酸酯中任选一种。所述抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂。

本发明有机高分子聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：1）将40%～65%的低聚物多元醇加入配有温度计、搅拌器、冷却装置及氮气进口的反应釜中，在110～140℃温度下脱水抽真空1h，然后降温到65～75℃,加入20%～38%的甲苯二异氰酸在75±5℃下搅拌反应1.5～2h，然后真空脱气泡，得异氰酸酯预聚体；其中所述低聚物多元醇在已二酸聚酯二元醇、聚氧化丙烯二醇中任选一种；

2）将步骤1所得异氰酸酯预聚体中加入6%～13%的3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺、8%～12%的配合剂，混合搅拌均匀1～2min，抽真空2～3min，得聚氨酯高分子材料；所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合；所述阻燃剂为添加型阻燃剂，在四（2-氯乙基）-2.2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基二磷酸酯、三（2,氯乙基）磷酸酯中任选一种；所述抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂；

下面就具体实施例，对本发明作进一步阐述。

实施例一：

本实施例有机高分子聚氨酯弹性体由已二酸聚酯二元醇53%、甲苯二异氰酸酯24%、3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺11%、四（2-氯乙基）-2.2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基二磷酸酯8%、季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂4%构成。

制备步骤：1）将53%的已二酸聚酯二元醇加入配有温度计、搅拌器、冷却装置及氮气进口的反应釜中，在110℃温度下脱水抽真空1h，然后降温到65℃,加入24%的甲苯二异氰酸在75±5℃下搅拌反应1.5h，然后真空脱气泡，得异氰酸酯预聚体；

2）将步骤1所得异氰酸酯预聚体中加入11%的3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺、8% 的四（2-氯乙基）-2.2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基二磷酸酯、4%的季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂，混合搅拌均匀1.5min，抽真空2min，得聚氨酯高分子材料；

3）将步骤2所得聚氨酯高分子材料浇入预热至90℃的涂有脱模剂的模具中，于110℃下一次硫化15min，脱模；

4）将脱模后的制品放入100℃温度的烘箱中继续加热硫化，即二次硫化；硫化时间需6h，即得有机高分子聚氨酯弹性体。

实施例二：

本实施例有机高分子聚氨酯弹性体由已二酸聚酯二元醇60%、甲苯二异氰酸酯26%、3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺6%、四（2-氯乙基）-2.2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基二磷酸酯8%。

制备步骤：1）将60%的已二酸聚酯二元醇加入配有温度计、搅拌器、冷却装置及氮气进口的反应釜中，在130℃温度下脱水抽真空1h，然后降温到70℃,加入26%的甲苯二异氰酸在75±5℃下搅拌反应2h，然后真空脱气泡，得异氰酸酯预聚体；

2）将步骤1所得异氰酸酯预聚体中加入6%的3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺、8%的四（2-氯乙基）-2.2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基二磷酸酯，混合搅拌均匀1min，抽真空2min，得聚氨酯高分子材料；

3）将步骤2所得聚氨酯高分子材料浇入预热至85℃的涂有脱模剂的模具中，于100℃下一次硫化12min，脱模；

4）将脱模后的制品放入110℃温度的烘箱中继续加热硫化，即二次硫化；硫化时间需5h，即得有机高分子聚氨酯弹性体。

实施例三：

本实施例有机高分子聚氨酯弹性体由已聚氧化丙烯二醇48%、甲苯二异氰酸酯32%、3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺9%、季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂11%。

制备步骤：1）将48%的已聚氧化丙烯二醇加入配有温度计、搅拌器、冷却装置及氮气进口的反应釜中，在140℃温度下脱水抽真空1h左右，然后降温到75℃,加入32%的甲苯二异氰酸在75±5℃下搅拌反应1.5h，然后真空脱气泡，得异氰酸酯预聚体；

2）将步骤1所得异氰酸酯预聚体中加入9%的3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺、11% 的季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂，混合搅拌均匀2min，抽真空3min，得聚氨酯高分子材料；

3）将步骤2所得聚氨酯高分子材料浇入预热至110℃的涂有脱模剂的模具中，于120℃下一次硫化12min，脱模；

4）将脱模后的制品放入105℃温度的烘箱中继续加热硫化，即二次硫化；硫化时间需7h，即得有机高分子聚氨酯弹性体。

下面通过实验数据对本发明进行分析。

1.多元醇的种类对弹性体性能的影响：

由于已二酸酯二元醇和聚氧化丙烯二醇结构上的不同，由其得到的弹性体的性能也不完全相同，尤其是强度和耐油性能。以两类多元醇分别制NCO质量分数为3%的预聚体，用3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺扩链，得到弹性体。比较其物理力学性能和耐油、耐溶剂性能如表1所示。

表1多元醇种类对聚氨酯弹性体性能的影响。

Figure 2011100718013100002DEST_PATH_IMAGE001

从表1中可以看出由已二酸酯二元醇预聚而成弹性体在强度、弹性、压缩永久变形和耐油性上均比聚氧化丙烯二醇弹性体好。

2. 扩链剂3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺用量对弹性体力学性能影响。

以3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺作扩链剂，改变其用量，可以制得不同力学性能的弹性体。见表2。

表2：3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺用量对弹性体力学性能的影响。

Figure 2011100718013100002DEST_PATH_IMAGE002

从表2中可以看出，随着3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺用量的增加，聚氨酯弹性体的断裂伸长率逐渐渐增大：拉伸强度有一个增大的趋势，并在其用量为13%时达到最大值；邵A硬度则变化不大，均保持在邵A88～95区间范围内。

3．以阻燃剂用量对聚氨酯高分子材料性能的影响，见表3。

表3：

Figure 2011100718013100002DEST_PATH_IMAGE003

从表3中可以看出，随着阻燃剂用量的增大，聚氨酯弹性体的氧指数呈递增趋势，表明其阻燃性能提高。

Claims

1.一种有机高分子聚氨酯弹性体，其特征在于：主要由以下组分按重量比构成：

2.根据权利要求 1 所述的一种有机高分子聚氨酯弹性体，其特征在于：所述阻燃剂为添加型阻燃剂，在四（2-氯乙基）-2.2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基二磷酸酯、三（2,氯乙基）磷酸酯中任选一种。

3.根据权利要求 1 所述的一种有机高分子聚氨酯弹性体，其特征在于：所述抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂。

4.一种如权利要求1所述的有机高分子聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）将40%～65%的低聚物多元醇加入配有温度计、搅拌器、冷却装置及氮气进口的反应釜中，在110～140℃温度下脱水抽真空1h，然后降温到65～75℃,加入20%～38%的甲苯二异氰酸在75±5℃下搅拌反应1.5～2h，然后真空脱气泡，得异氰酸酯预聚体；其中所述低聚物多元醇在已二酸聚酯二元醇、聚氧化丙烯二醇中任选一种；

5.根据权利要求 4 所述的有机高分子聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的阻燃剂为添加型阻燃剂，在四（2-氯乙基）-2.2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基二磷酸酯、三（2,氯乙基）磷酸酯中任选一种。

6.根据权利要求 4 所述的有机高分子聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂。