CN102391463B - 大型装备用高性能聚氨酯密封材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型装备用高性能聚氨酯密封材料，包括10～40%的芳香族异氰酸酯、10～40%的环脂肪族异氰酸酯、20～50%的聚ε-己内酯多元醇、5～10%的1，4－丁二醇、5～10%的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚。所述芳香族异氰酸酯是二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯三者中的一种或几种。所述环脂肪族异氰酸酯是1.4-环己烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯三者中的一种或几种。本发明能够提高聚氨酯密封材料的耐高温性能、耐冲击性能、耐黄性、耐溶剂性能及光稳定性能，获得大型装备高性能的密封材料。本发明还公开了一种大型装备用高性能聚氨酯密封材料的制备方法。

Description

大型装备用高性能聚氨酯密封材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯密封材料，具体涉及一种大型装备用高性能聚氨酯密封材料。本发明还涉及一种大型装备用高性能聚氨酯密封材料的制备方法。

背景技术

中国经济的快速发展带动了大型制造装备行业的迅速发展，在机械工业“十二五”规划中明确提出了发展大型制造装备及其重要配件的任务。其中，起到良好的密封作用、摩擦阻力小、耐磨损、寿命长的聚氨酯液压密封圈是大型制造装备中十分重要的关键配件之一，其性能对保证各种大型制造装备（如注塑机、液压机、挖掘机、机床等）的安全、可靠运行至关重要。

然而，现有的采用《JB/ZQ4264-2006》标准制作的密封圈具有耐磨性能差、寿命短、质量不稳定、气缸往复运动时渗漏等缺点，造成了液压消耗大、环境污染严重、检修时间长，甚至存在严重的安全隐患，成为了大型制造装备使用寿命的瓶颈。另一方面，液压密封圈在运行环境更恶劣、液压冲击力更强、使用频率更高、大型制造设备中的使用寿命是施工进度、设备维护和产品质量的保证，成为了近年大型制造装备关键部件研发的热点。

目前聚氨酯材料的生产仍然是以甲苯二异氰酸酯（以下简称TDI）作为主要原料与普通聚酯反应。但由于呼吸器官对TDI敏感，易导致鼻炎、结膜炎和哮喘等疾病，且TDI作为一种国家管制性的毒品原料，更换已势在必行。在聚氨酯单体方面，中国发明专利ZL201010235182.2采用了复合多元醇和复合异氰酸酯方法制备材料，复合异氰酸酯主要以芳香族（MDI或TDI）、脂肪族（HDI或IPDI）为主要原料进行反应，中国发明专利200980121507.X也采用了类似的方法。但由于反应过程中的气泡难以消除，以及复合的异氰酸酯类仍不能满足运行环境更恶劣、液压冲击力更强、使用频率更高、大型制造设备的使用要求，因此，亟待一种高性能聚氨酯密封材料，既能提高密封材料的耐高温性能、抗冲击性能，又能在反应过程中获得较好的水解稳定性、低硬度性及消泡性来满足工艺和制品的需要，减少脱水带来的能量消耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大型装备用高性能聚氨酯密封材料，它可以满足大型装备密封圈的使用要求。

为解决上述技术问题，本发明大型装备用高性能聚氨酯密封材料的技术解决方案为：

包括10～40%的芳香族异氰酸酯、10～40%的环脂肪族异氰酸酯、20～50%的聚ε-己内酯多元醇、5～10%的1，4－丁二醇、5～10%的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚；各组份为重量百分比。

所述芳香族异氰酸酯是二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯三者中的一种或几种，其重量比为0.5～3:0～1:0～1。

所述环脂肪族异氰酸酯是1.4-环己烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯三者中的一种或几种，其重量比为0.5～1:0～1:0～1。

本发明还提供一种大型装备用高性能聚氨酯密封材料的制备方法，其技术解决方案为，包括以下步骤：

第一步，将聚ε－己内酯多元醇加入反应釜中，在温度为100～130℃，压力为-0.2～-0.05MPa，搅拌速率为20～60转/分钟的条件下脱水0.5～1小时；

第二步，降温至45～60℃后加入芳香族异氰酸酯，在65～90℃下反应0.2～1小时后加入环脂肪族异氰酸酯，在80～100℃下反应0.2～1小时；

第三步，在80～100℃下加入1，4－丁二醇和聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚，搅拌均匀后倒入模具，放入平板硫化机，在130～150℃下硫化0.2～0.5小时，放入80～100℃的烘箱硫化5～24小时。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明将芳香族异氰酸酯和环脂肪族异氰酸酯复合使用，能够提高聚氨酯密封材料的耐高温性能、耐冲击性能、耐黄性、耐溶剂性能及光稳定性能，获得大型装备高性能的密封材料。

本发明通过采用聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚来获得较好的水解稳定性、低硬度性及消泡性，以满足工艺和制品的需要。同时聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚一般不以水溶液的形式存在，因此，可减少脱水带来的能量消耗。

具体实施方式

本发明大型装备用高性能聚氨酯密封材料，包括以下组份（未注明处均为重量百分比）10～40%的芳香族异氰酸酯、10～40%的环脂肪族异氰酸酯、20～50%的聚ε-己内酯多元醇、5～10%的1，4－丁二醇、5～10%的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚；

芳香族异氰酸酯可以是二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯三者中的一种或几种，其重量比为0.5～3:0～1:0～1；

环脂肪族异氰酸酯可以是1.4-环己烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯三者中的一种或几种，其重量比为0.5～1:0～1:0～1。

本发明大型装备用高性能聚氨酯密封材料的制备方法为：

第一步，将聚ε－己内酯多元醇加入反应釜中，在温度为100～130℃，压力为-0.2～-0.05MPa，搅拌速率为20～60转/分钟的条件下脱水0.5～1小时；

第二步，降温至45～60℃后加入芳香族异氰酸酯，在65～90℃下反应0.2～1小时后加入环脂肪族异氰酸酯，在80～100℃下反应0.2～1小时；

第三步，在80～100℃下加入1，4－丁二醇和聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚，搅拌均匀后倒入模具，放入平板硫化机，在130～150℃下硫化0.2～0.5小时，放入80～100℃的烘箱硫化5～24小时。

实施例1：

以总重量为100克为例，先将50g聚ε－己内酯多元醇加入反应釜中，在温度为100℃，压力为-0.05MPa，搅拌速率为20转/分钟的条件下脱水1小时；降温至45℃后加入30g芳香族异氰酸酯（为二苯基甲烷二异氰酸酯），在65℃下反应0.2小时后加入10g环脂肪族异氰酸酯（为1.4-环己烷二异氰酸酯），在80℃下反应0.2小时；然后在80℃下加入5g的1，4－丁二醇和5g的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚，搅拌均匀后倒入模具，放入平板硫化机，在130℃下硫化0.2小时，放入80℃的烘箱硫化5小时即可。

实施例2：

以总重量为100克为例，先将45g聚ε－己内酯多元醇加入反应釜中，在温度为100℃，压力为-0.05MPa，搅拌速率为20转/分钟条件下脱水1小时；降温至45℃后加入30g芳香族异氰酸酯（为萘二异氰酸酯），在65℃下反应0.2小时后加入10g环脂肪族异氰酸酯（为环己烷二亚甲基二异氰酸酯），在80℃下反应0.2小时；然后在80℃下加入10g的1，4－丁二醇和5g的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚，搅拌均匀后倒入模具，放入平板硫化机，在130℃下硫化0.2小时，放入80℃的烘箱硫化5小时即可。

实施例3：

以总重量为100克为例，先将45g聚ε－己内酯多元醇加入反应釜中，在温度为100℃，压力为-0.05MPa，搅拌速率为20转/分钟条件下脱水1小时；降温至45℃后加入30g芳香族异氰酸酯（为对苯二异氰酸酯），在65℃下反应0.2小时后加入10g环脂肪族异氰酸酯（为降冰片烷二异氰酸酯），在80℃下反应0.2小时；然后在80℃下加入10g的1，4－丁二醇和5g的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚，搅拌均匀后倒入模具，放入平板硫化机在130℃下硫化0.2小时，放入80℃的烘箱硫化5小时即可。

实施例4：

以总重量为100克为例，先将20g聚ε－己内酯多元醇加入反应釜中，在温度为130℃，压力为-0.2MPa，搅拌速率为60转/分钟条件下脱水1小时；降温至60℃后加入40g芳香族异氰酸酯（为二苯基甲烷二异氰酸酯和萘二异氰酸，两者重量比例为3:1），在90℃下反应1小时后加入20g环脂肪族异氰酸酯（为1.4-环己烷二异氰酸酯和环己烷二亚甲基二异氰酸酯，两者重量比例为1:1），在100℃下反应1小时；然后在100℃下加入10g1，4－丁二醇和10g聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚，搅拌均匀后倒入模具，放入平板硫化机，在150℃下硫化0.5小时，放入100℃的烘箱硫化24小时即可。

实施例5：

以总重量为100克为例，先将20g聚ε－己内酯多元醇加入反应釜中，在温度为130℃，压力为-0.2MPa，搅拌速率为60转/分钟的条件下脱水1小时；降温至60℃后加入20g芳香族异氰酸酯（为二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯，三者重量比例为1:0.5:0.5），在90℃下反应1小时后加入40g环脂肪族异氰酸酯（为1.4-环己烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯，三者重量比例为1:0.5:0.5），在100℃下反应1小时；然后在100℃下加入10g1，4－丁二醇和10g聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚，搅拌均匀后倒入模具，放入平板硫化机，在150℃下硫化0.5小时，放入100℃的烘箱硫化24小时即可。

实施例6

以总重量为100克为例，先将35g聚ε－己内酯多元醇加入反应釜中，在温度为115℃，压力为-0.1MPa，搅拌速率为40转/分钟的条件下脱水0.75小时；降温至50℃后加入25g芳香族异氰酸酯（为二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯，三者重量比例为1:0.5:0.5），在80℃下反应0.6小时后加入25g环脂肪族异氰酸酯（为1.4-环己烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯，三者重量比例为1:0.5:0.5），在90℃下反应0.6小时；然后在90℃下加入7.5g1，4－丁二醇和7.5g聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚，搅拌均匀后倒入模具，放入平板硫化机在140℃下硫化0.4小时，放入90℃的烘箱硫化14小时即可。

上述实施例测试结果如下表：

通过测试表明，实施例1～6的各项指标均远远优于现有产品的指标，而且耐热老化性能也远远优于现有产品。

Claims (4)

1.一种大型装备用高性能聚氨酯密封材料，其特征在于：包括10～40%的芳香族异氰酸酯、10～40%的环脂肪族异氰酸酯、20～50%的聚ε-己内酯多元醇、5～10%的1，4－丁二醇、5～10%的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚；各组份为重量百分比。

2.根据权利要求1所述的大型装备用高性能聚氨酯密封材料，其特征在于：所述芳香族异氰酸酯是二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯三者中的一种或几种，其重量比为0.5～3:0～1:0～1。

3.根据权利要求1或2所述的大型装备用高性能聚氨酯密封材料，其特征在于：所述环脂肪族异氰酸酯是1，4-环己烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯三者中的一种或几种，其重量比为0.5～1:0～1:0～1。

4.一种权利要求1至3任一项所述的大型装备用高性能聚氨酯密封材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将聚ε－己内酯多元醇加入反应釜中，在温度为100～130℃，压力为-0.2～-0.05MPa，搅拌速率为20～60转/分钟的条件下脱水0.5～1小时；

第二步，降温至45～60℃后加入芳香族异氰酸酯，在65～90℃下反应0.2～1小时后加入环脂肪族异氰酸酯，在80～100℃下反应0.2～1小时；

第三步，在80～100℃下加入1，4－丁二醇和聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚，搅拌均匀后倒入模具，放入平板硫化机，在130～150℃下硫化0.2～0.5小时，放入80～100℃的烘箱硫化5～24小时。