CN103113549A - 聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工领域，具体涉及遇水膨胀橡胶及其制备方法。所述聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶，其原料按重量计包括下列组分：水溶性聚醚9～11份；扩链剂7~9份；增塑剂0.1～0.2份；固化剂0.1～0.2份；所述扩链剂为多异氰酸酯、二胺类扩链剂和二醇类扩链剂中的至少一种。本发明所提供遇水膨胀橡胶及其制备方法由于吸水材料在载体橡胶中靠化学交联固定，因此吸水膨胀后很难从橡胶的弹性网络中流失。长期浸水后会持续性稳定，膨胀倍率下降变化不大。

Description

聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工领域，具体而言，涉及遇水膨胀橡胶及其制备方法。
背景技术
相关技术提供了一种通过物理共混法制备遇水弹性橡胶的方法。该方法是把橡胶类聚合,亲水性物质(如高吸水性树脂),填料及助剂等按照一定比例在双辊混炼机上混匀后,再用平板硫化机或挤出机等成型硫化.物理共混法主要是采用物理方法通过在橡胶中填充高吸水物质来制备遇水膨胀橡胶。
由于高吸水性树脂与橡胶基材之间相容性差,树脂大分子与橡胶大分子之间很难形成化学键结合,遇水膨胀后析出物较多,膨胀后断面形状变化较大,长期反复浸泡后达不到预期的膨胀倍率,最后失去使用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶及其制备方法，以解决上述的问题。
在本发明的实施例中提供了一种聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶，其原料按重量计包括下列组分：水溶性聚醚9～11份；扩链剂7~9份；增塑剂0.1～0.2份；固化剂0.1～0.2份；
所述扩链剂为多异氰酸酯、二胺类扩链剂和二醇类扩链剂中的至少一种。
在本发明的实施例中还提供了一种聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶的制备方法，包括下列步骤：
将水溶性聚醚原材料在105~110℃、真空度133.3Pa~135.5Pa条件下脱水1.5h~1.6h；
将脱水处理后的水溶性聚醚和扩链剂搅拌均匀后升温到80~85℃；
保持温度直至反应到达反应终点制得预聚体；
将预聚体降温至60℃，加入增塑剂和固化剂，之后边升温边进行混合搅拌，待温度升至80℃后停止搅拌；
抽真空脱泡4～6min后制得聚氨酯弹性体的膏状物；
将聚氨酯弹性体的膏状物塑形、硫化，制得产品；
其中，所述扩链剂为多异氰酸酯、二胺类扩链剂和二醇类扩链剂中的至少一种；
所述水溶性聚醚的加入量为9～11份；所述扩链剂的加入量为7～9份；所述增塑剂的加入量为0.1～0.2份；固化剂的加入量为0.1～0.2份。
本发明上述实施例的预聚体和制备方法、预聚体制的遇水膨胀橡胶和制备方法由于吸水材料在载体橡胶中靠化学交联固定，因此吸水膨胀后很难从橡胶的弹性网络中流失。长期浸水后会持续性稳定，膨胀倍率下降变化不大。
附图说明
图1示出了本发明实施例所提供的遇水膨胀橡胶的制备方法。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
本发明的实施例提供了一种聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶，其原料按重量计包括下列组分：水溶性聚醚9～11份；扩链剂7～9份；增塑剂0.1～0.2份；固化剂0.1～0.2份。
其中，扩链剂为多异氰酸酯、二胺类扩链剂和二醇类扩链剂中的至少一种。
此外，水溶性聚醚可以为可以聚醚二醇、聚酯二醇和聚乙二醇中的至少一种，水溶性聚醚优选为10份；扩链剂优选为8份。
其原料按重量计还可包括1～2份填料和/或1～2份丁二醇。填料可以为炭黑、二氧化硅或者其二者混合。
通过由亲水性聚合物——聚醚、聚酯或聚烯烃等低聚物多元醇与多异氰酸酯及二醇或二胺类扩链剂逐步加成聚合而成。其中亲水性聚合物可以为聚醚二醇、聚酯二醇或聚乙二醇等，其结构可用“软段”和“硬段”来描述，聚醚、聚酯或聚烯烃等多元醇构成软段，多异氰酸酯、扩链剂构成硬段。由于软段和硬段之间的热力学不相容性，软段及硬段能够通过分散聚集形成独立的微区，具有微相分离结构。软段提供本发明实施例所述遇水膨胀橡胶的弹性、韧性及低温性能；硬段则提供本发明实施例所述遇水膨胀橡胶的硬度、强度和模量性能。它是一种介于一般橡胶与塑料之间的弹性材料，既具有橡胶的高弹性，又具有塑料的高强度，它的伸长率大，硬度范围广。它的耐磨性、生物相容性与血液相容性特别突出；同时，它还有优异的耐油、耐低温、耐辐射和负重、隔热、绝缘等性能。本发明实施例所述聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶的应用领域非常广泛。
该聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶由于亲水性基团通过化学键结合入高分子主链,与物理共混法相比化学接枝法克服了亲水性物质易迁移的缺点.具体表现在:
(1)吸水材料在载体橡胶中靠化学交联固定，因此吸水膨胀后很难从橡胶的弹性网络中流失。长期浸水后会持续性稳定，膨胀倍率下降变化不大。
(2)为达到膨胀性要求，其载体橡胶的交联密度很高。橡胶的交联密度越高，材料在长期压缩后的永久变形和应力松弛就越小。作为静态压缩密封使用的弹性体产品，压缩永久变形和应力松弛是导致密封成功或失败的主要原因。
(3)载体橡胶自身其交联密度不会随贮存或使用时间增加而变化，其硬度、回弹性、膨胀倍率变化不大。
(4)长期、反复浸泡析出物很少、性能保持稳定。
(5)遇水膨胀橡胶膨胀,方向可以控制既以材料自身向外围膨胀。
(6)在盐水中膨胀率没有明显变化,也可以根据不同的水质通过添加不同的添加剂生产不同性能的产品。
(7)遇水膨胀前的硬度和遇水膨胀后的硬度变化不是太明显。
(8)反复膨胀后所溶出的物质极少,对材料本身的体积没有明显影响。
(9)材料本身是闭孔式,自身具备和天然橡胶相同的止水功能.当遇到水压大时,水在高压下不会穿过材料本身。
(10)膨胀倍率可以控制,生产过程中可以准确控制材料本身的膨胀倍率。
除此之外，加入填料的目的是为了增加遇水膨胀橡胶的强度和性能,也可降低成本。加入增塑剂的目的是可以使其柔韧性增强。加入固化剂的目的是固化剂释放出的异氰酸酯基团与水溶性聚氨酯分子链上羟基、羧基、氨基等基团反应形成交联结构，可显著改善水溶性聚氨酯性能。丁二醇的主要作用是增强产品的性能，具体表现在能增加产品的亮度，强度，也有增塑剂的作用。
该聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶的制备方法如图1所示，包括：
S101：将水溶性聚醚原材料在105~110℃、真空度133.3Pa~135.5Pa条件下脱水1.5h~1.6h；
S102：将脱水处理后的水溶性聚醚和扩链剂搅拌均匀后升温到80~85℃；
S103：保持温度直至反应到达反应终点制得预聚体；
S104：将预聚体降温至60℃，加入增塑剂和固化剂，之后边升温边进行混合搅拌，待温度升至80℃后停止搅拌；
S105：抽真空脱泡4～6min后制得聚氨酯弹性体的膏状物；
S106：将聚氨酯弹性体的膏状物塑形、硫化，制得产品。
其中，S103可以具体通过下列步骤实现：
保持温度，每隔15min取样测定异氰酸基团质量分数，直到每两次测定值小于0.05%时即为反应终点。
填料以及丁二醇可以在S104中在加入增塑剂和固化剂的同时加入。
S106根据产品的需要可以通过下列两种方式实现：
方式一：
将聚氨酯弹性体的膏状物注入橡胶挤出机挤出；
将挤出后的膏状物通过脱泡机二次脱泡；
经过模具塑形；
加温硫化制得产品；
方式二：
将聚氨酯弹性体的膏状物以100：0.5的重量比与防老剂混合；
混合后通过橡胶压片机制得胶片；
将胶片放入模具中加压，加温硫化制得产品。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶，其特征在于，其原料按重量计包括下列组分：水溶性聚醚9～11份；扩链剂7~9份；增塑剂0.1～0.2份；固化剂0.1～0.2份；
所述扩链剂为多异氰酸酯、二胺类扩链剂和二醇类扩链剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶，其特征在于，所述水溶性聚醚为聚醚二醇、聚酯二醇和聚乙二醇中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶，其特征在于，其原料按重量计还包括1～2份填料。
4.根据权利要求3所述的聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶，其特征在于，所述填料为炭黑和/或二氧化硅。
5.根据权利要求1或2所述的聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶，其特征在于，其原料按重量计还包括1～2份丁二醇。
6.聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
将水溶性聚醚原材料在105~110℃、真空度133.3Pa~135.5Pa条件下脱水1.5h~1.6h；
将脱水处理后的水溶性聚醚和扩链剂搅拌均匀后升温到80~85℃；
保持温度直至反应到达反应终点制得预聚体；
将预聚体降温至60℃，加入增塑剂和固化剂，之后边升温边进行混合搅拌，待温度升至80℃后停止搅拌；
抽真空脱泡4～6min后制得聚氨酯弹性体的膏状物；
将聚氨酯弹性体的膏状物塑形、硫化，制得产品；
其中，所述扩链剂为多异氰酸酯、二胺类扩链剂和二醇类扩链剂中的至少一种；
所述水溶性聚醚的加入量为9～11份；所述扩链剂的加入量为7～9份；所述增塑剂的加入量为0.1～0.2份；固化剂的加入量为0.1～0.2份。
7.根据权利要求6所述的聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于，所述保持温度直至反应到达反应终点的步骤具体为：
保持温度，每隔15min取样测定异氰酸基团质量分数，直到每两次测定值小于0.05%时即为反应终点。
8.根据权利要求6或7所述的聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于，所述水溶性聚醚为聚醚二醇、聚酯二醇或聚乙二醇。
9.根据权利要求6或7所述的聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于，所述将预聚体降温至60℃，加入增塑剂和固化剂的步骤中，在加入增塑剂和固化剂的同时还加入填料；
其中，按重量计，所述填料的加入量为1～2份。
10.根据权利要求6或7所述的聚醚型聚氨酯预聚体遇水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于，
所述将预聚体降温至60℃，加入增塑剂和固化剂的步骤中，在加入增塑剂和固化剂的同时还加入丁二醇；
其中，按重量计，所述丁二醇的加入量为1～2份。
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