CN102181037A - 一种todi基热塑性聚氨酯弹性体制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法,含有以下步骤:(1)将大分子二元醇脱水后加入TODI,在95~120℃下反应1h,生成NCO含量为8.0%~14.0%的预聚体A组份;(2)将大分子二元醇、扩链剂及其他助剂混合均匀,保持温度在40~60℃,与60~90℃的A组份混合,NCO与OH基团的摩尔比为0.95∶1~1.10∶1;(3)将混合物脱泡后倒入160~180℃的模具中15~20min脱模,脱模后半成品在100~120℃后熟化20~24h得成品。该方法A组份粘度及与B组份粘度差较小,易于二组份混合,且仅通过调节B组份中大分子二元醇和小分子扩链剂的比例,即可调整产品性能。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯领域,特别涉及TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法。
背景技术
聚氨酯弹性体因其具有硬度范围宽,良好的机械性能、回弹性能以及耐磨、耐油、耐老化等性能,被广泛用于机械液压传动系统、气动系统中的密封件以及汽车用密封件。而在一些特殊领域,会对密封件有更严格的要求:如较高的机械强度,较好的耐高温、耐油和耐磨性能,良好的动态力学性能等。
3,3’-二甲基-4,4’-联苯二异氰酸酯(TODI)分子中由于邻位侧甲基的位阻效应和电子效应,活性较低,制备的预聚体具有良好的稳定性,并且2个苯环直接相连,具有对称结构,使其弹性体具有优异的耐热、耐油、耐水解、耐磨和动态力学性能。
与浇注型聚氨酯弹性体(CPU)相比,热塑性聚氨酯弹性体(TPU)可直接采用模压、挤出、注射、吹塑、压延等塑料加工工艺,高效率地制成各种制品,并且可反复多次加工使用,具有相当大的优势。Achim Frick等在“Characterizationof TPU-elastomers by thermal analysis(DSC)”[Polymer Testing 2004,(23):413-417]中将固体TODI加入到150℃的大分子二元醇和扩链剂丁二醇(BDO)的混合物中,温度会降至90℃并随反应的进行又升至125℃,反应物倒在转动的料带上继续反应并固化,最后试片在75℃下干燥24h,即得TPU,通过注塑加工等可得TPU制品。此方法中150℃温度下丁二醇挥发严重,若用于工业化连续生产,也会给连续计量固体TODI带来很大难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种TODI基热塑性聚氨酯弹性体的制备方法。该方法易于调整配方,操作简单。
TODI基TPU由A组份和B组份两部分反应生成:
A组份:由大分子二元醇和TODI反应生成异氰酸根质量分数(NC0%)为8.0%~14.0%的预聚体。
B组份:由大分子二元醇、扩链剂、催化剂、抗氧剂、紫外光吸收剂和光稳定剂等混合而成。
A与B的比例,以A中NCO基团与B中大分子多元醇及扩链剂中OH基团的摩尔比为0.95∶1~1.10∶1为宜,优选0.98∶1~1.05∶1。
其中大分子二元醇为聚酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇(PTMG)或其组合,数均分子量一般为600-4000,优选1000-3000。聚酯二元醇为聚己二酸系聚酯二元醇、聚己内酯二元醇(PCL)或聚碳酸酯二元醇(PCD)。
扩链剂为乙二醇(EG)、1,3-丙二醇(1,3-PG)、1,4-丁二醇(1,4-BDO)、2,3-丁二醇(2,3-BDO)、1,5-戊二醇、1,6-己二醇(HDO)或其组合,优选乙二醇或1,4-丁二醇。
催化剂为有机铋、有机锡类化合物或其组合,有机铋类化合物为异辛酸铋、羧酸铋或其组合,有机锡类化合物为辛酸亚锡、二辛酸二丁锡、二月桂酸二丁锡中的一种或多种,优选为有机铋类化合物,优选异辛酸铋、羧酸铋或其组合,用量一般为产品总质量的0.001%~0.1%。
抗氧剂、紫外光吸收剂和光稳定剂为本领域常用和公知的。其中抗氧剂用量一般为产品总质量的0.05%~1%;紫外光吸收剂用量一般为产品总质量的0.2%~1%;光稳定剂用量一般为产品总质量的0.2%~2%。
本发明采用分步法制备TPU,含有以下步骤:
(1)计量的大分子二元醇脱水后加入TODI,在温度95~120℃下反应1h,生成NCO质量分数为8.0%~14.0%的储存稳定的预聚体A组份。
(2)将大分子二元醇、扩链剂、催化剂、抗氧剂、紫外光吸收剂和光稳定剂混合均匀(B组份),保持温度在40~60℃,并与60~90℃的A组份混合,其中NCO基团与大分子二元醇和扩链剂中OH基团的摩尔比(R值)为0.95∶1至1.10∶1,优选为0.98∶1至1.05∶1。
(3)将混合物抽真空脱泡后倾倒入160~180℃的模具中15~20min脱模,将脱模后的半成品放入100~120烘箱中后熟化20~24h,即得成品。
在工业生产中,可采用双螺杆反应挤出机使(2)的混合物进行反应,冷却造粒得到粒料,干燥粒料后可通过注塑机成型制品,放入100~120℃烘箱中后熟化20~24h,得成品。
表1产品性能
硬度/邵A | 86~96 |
拉伸强度/MPa | 40~60 |
伸长率/% | 450~600 |
撕裂强度/N/mm | 100~140 |
回弹率/% | 40~60 |
拉伸强度保有率/%(7d/120℃) | >85 |
本发明采用分步法制备TODI型TPU,制备过程中将大分子二元醇分配于两个组份中,A组份粘度及与B组份粘度差较小,易于二组份混合。
本发明方法A组份和B组份混合温度低,避免了B组份中扩链剂高温下加料挥发问题。
本发明在A组份一定情况下,仅通过调节B组份中大分子二元醇和小分子扩链剂的比例,即可调整产品性能,B组份是物理混合过程,操作简便。如果大分子二元醇全部置于A组份中,每次调整产品性能,均需从A组份合成开始,操作麻烦。
具体实施方式
下面以实施例对本发明做进一步说明。
抗氧剂Irgastab PUR68 瑞士Ciba特殊化学品公司
紫外光吸收剂Tinuvin213 瑞士Ciba特殊化学品公司
光稳定剂UV-765 双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯
紫外光吸收剂Tinuvin571 2-(2-羟基-3-十二烷基-5-甲基)苯丙三唑
实施例1
(1)将300g数均分子量为2000的PCL(PCL-2000)在100~120℃,真空度-0.098~-0.01MPa下脱水2h,加入173.7g TODI后,在温度110~120℃下反应1h,得到NCO质量分数为9.0%的储存稳定的预聚体(A组份)。
(2)将28.7g PCL-2000、4.8g 1,4-丁二醇、0.008g催化剂异辛酸铋、0.1g抗氧剂Irgastab PUR68、0.3g紫外光吸收剂Tinuvin213和0.2g光稳定剂UV-765混合均匀(B组份),保持温度为60℃,并与66g A组份(80℃)混合,其中NCO基团与PCL-2000和1,4-BDO中OH基团的摩尔比R为1.02∶1。
(3)将混合物真空脱泡后倾倒入180℃的模具中封闭15min脱模,将脱模后的半成品放入120℃烘箱中后熟化24h,即得成品。主要性能指标见表2。
实施例2
(1)将300g数均分子量为1000的PCL(PCL-1000)在100~120℃,真空度-0.098~-0.01MPa下脱水2h,加入230g TODI后,在温度95~110℃下反应1h,生成NCO质量分数为9.0%的储存稳定的预聚体(A组份)。
(2)将22.5g PCL-1000、1.4g乙二醇、0.004g催化剂异辛酸铋、0.3g抗氧剂Irgastab PUR68、0.2g紫外光吸收剂Tinuvin213和0.5g光稳定剂UV-765按比例混合均匀(B组份),保持温度为60℃,并与75.5g A组份(80℃)混合,其中NCO基团与PCL-2000和乙二醇中OH基团的摩尔比R为1.02∶1。
(3)将混合物真空脱泡后倾倒入160℃的模具中15min脱模,将脱模后的半成品放100℃烘箱中后熟化24h,即得成品。主要性能指标见表2。
实施例3
(1)将300g数均分子量为2000的PTMG(PTMG-2000)在100~120℃,真空度-0.098~-0.01MPa下脱水2h,加入260g TODI后,在温度95~100℃下反应1h,生成NCO质量分数为12.3%的储存稳定的预聚体(A组份)。
(2)将26.0g PTMG-2000、7.4g 1,4-丁二醇、0.002g催化剂羧酸铋、0.3g抗氧剂Irgastab PUR68、0.2g紫外光吸收剂Tinuvin571和0.5g光稳定剂UV-765(B组份)混合均匀,保持温度55℃,并与66g A组份(70℃)混合,其中NCO基团与PCL-2000和1,4-丁二醇中OH基团的摩尔比R为0.98∶1。
(3)将混合物真空脱泡后倾倒入160的模具中15min脱模,将脱模后的半成品放入110℃烘箱中熟化20h,即得成品。主要性能指标见表2。
实施例4
(1)将300g数均分子量为2000的PCL(PCL-2000)在100~120,真空度-0.098~-0.01MPa下脱水2h,加入173.7g TODI后,在温度110~120℃下反应1h,得到NCO质量分数为9.0%的储存稳定的预聚体(A组份)。
(2)将9.2g PCL-2000、7.4g 1,4-丁二醇、0.004g催化剂异辛酸铋、0.1g抗氧剂Irgastab PUR68、0.3g紫外光吸收剂Tinuvin213和0.2g光稳定剂UV-765混合均匀(B组份),保持温度为60℃,并与83.4g A组份(80℃)混合,其中NCO基团与PCL-2000和1,4-BDO中OH基团的摩尔比R为1.02∶1。
(3)将混合物真空脱泡后倾倒入180℃的模具中封闭15min脱模,将脱模后的半成品放入120℃烘箱中后熟化24h,即得成品。主要性能指标见表2。
对比例1 大分子二元醇全部放在A组份中
(1)将300g PCL-2000在95~100℃,真空度-0.098~-0.01MPa下脱水2h,加入103.2g TODI后,在温度110~120℃下反应1h,生成NCO质量分数为5.0%的储存稳定的预聚体(A组份)。
(2)按比例混合均匀37g 1,4-丁二醇、0.03g催化剂羧酸铋、2g抗氧剂Irgastab PUR68、3g紫外光吸收剂Tinuvin571和3.5g光稳定剂UV-765(B组份),温度为常温,并与A组份(80℃)按质量比为95.7∶4.3的比例进行反应,其中NCO基团与PCL-2000和1,4-丁二醇中OH基团的摩尔比R为0.98∶1。
(3)将反应物真空脱泡后倾倒入180℃的模具中15min脱模,将脱模后的半成品放入110℃烘箱中后熟化20h,即得成品。主要性能指标见表2。
表2实验结果
项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 |
A组份黏度/mPa·s(80℃) | 650 | 735 | 459 | 650 | 1586 |
B组份黏度/mPa·s(60℃) | 346 | 297 | 495 | 129 | 95(23℃) |
硬度/邵A | 87 | 89 | 96 | 96 | 86 |
拉伸强度/MPa | 49.5 | 51.8 | 50.3 | 58.9 | 47.9 |
断裂伸长率/% | 602 | 568 | 664 | 663 | 613 |
撕裂强度/(N/mm) | 102.0 | 109.4 | 112.3 | 159.1 | 104.5 |
回弹率/% | 58 | 48 | 60 | 45 | 57 |
拉伸强度保有率/%(7d/120℃) | 90 | 92 | 85 | 95 | 91 |
由对比例1可以看出,大分子二元醇全部放在A组份中,A、B组份粘度悬殊大,不利于混合和操作。
由实施例1和4可以看出,仅通过调节B组份中大分子二元醇和扩链剂的比例即可得本发明材料,操作方便快捷。
Claims (10)
1.一种TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法,含有以下步骤:
(1)将大分子二元醇脱水后加入TODI,在温度95~120℃下反应1h,生成NCO质量分数为8.0%~14.0%的预聚体A组份;
(2)将大分子二元醇、扩链剂、催化剂、抗氧剂、紫外光吸收剂和光稳定剂混合均匀,保持温度在40~60℃,并与60~90℃的A组份混合,其中NCO基团与大分子二元醇和扩链剂中OH基团的摩尔比为0.95∶1至1.10∶1,优选为0.98∶1至1.05∶1;
(3)将混合物抽真空脱泡后倾倒入160~180℃的模具中15~20min脱模,将脱模后的半成品放入100~120℃烘箱中后熟化20~24h,即得成品。
2.一种权利要求1所述的TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法,所述大分子二元醇是指聚酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇或其组合。
3.一种权利要求2所述的TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法,所述聚酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇数均分子量为600-4000。
4.一种权利要求2所述的TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法,聚酯二元醇为聚己二酸系聚酯二元醇、聚己内酯二元醇或聚碳酸酯二元醇。
5.一种权利要求1所述的TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法,所述扩链剂为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇或其组合。
6.一种权利要求1所述的TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法,所述催化剂为有机铋、有机锡化合物或其组合;用量为AB组份总质量的0.001%~0.1%。
7.一种权利要求6所述的TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法,所述有机锡化合物为辛酸亚锡、二辛酸二丁锡、二月桂酸二丁锡中的一种或多种;有机铋化合物是指异辛酸铋、羧酸铋或其组合。
8.一种权利要求1所述的TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法,其中抗氧剂用量为产品总质量的0.05%~1%;紫外光吸收剂用量为产品总质量的0.2%~1%;光稳定剂用量为产品总质量的0.2%~2%。
9.一种权利要求1~8之一所述的TODI基热塑性聚氨酯弹性体制备方法,其特征是采用双螺杆反应挤出机使(2)的混合物进行反应,冷却造粒得到粒料,干燥粒料后可通过注塑机成型制品,放入100~120℃烘箱中后熟化20~24h,得成品。
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