CN103509169A - 一种厚涂低泡型单组份聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

一种厚涂低泡型单组份聚氨酯弹性体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种厚涂低气泡型单组份聚氨酯弹性体及其制备方法。该弹性体由单组份聚氨酯树脂、填料、中性化学消泡剂和其它助剂组成。制备方法采用先在反应釜中混合聚醚、填料、溶剂、增塑剂等原料，再向反应釜内加入二异氰酸酯和溶剂混合搅拌均匀，并升温至80～85℃反应2小时，最后加入催化剂反应30分钟，降温至60℃加入中性化学消泡剂，搅拌30分钟后出料。添加了中性化学消泡剂的单组份聚氨酯弹性体较没有添加中性化学消泡剂的弹性体气泡含量下降30～80％，可以一次性厚涂5mm～1cm，储存稳定性为3～6个月。

Description

一种厚涂低泡型单组份聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种添加了中性化学消泡剂的单组份聚氨酯弹性体的制备方法，该弹性体具有一次性厚涂可以达到5～10mm，可以应用于聚氨酯弹性体育场地，包括篮球场、网球场、羽毛球场地、塑胶跑道，以及聚氨酯弹性密封胶，聚氨酯弹性填缝剂，聚氨酯弹性热熔胶，聚氨酯弹性胶粘剂和涂层材料等领域。
背景技术
单组份聚氨酯弹性体是一种依靠聚氨酯预聚物上的异氰酸酯基团与环境中的潮气反应固化的弹性体。由于只有一个包装组分，不需要现场调配，不存在计量和混合均匀的问题，使用方便，广泛用在弹性体育场地，密封胶，填缝剂，热熔胶，弹性涂层材料和弹性胶粘剂等方面。
单组分聚氨酯潮气固化的机理是2摩尔异氰酸酯基团与1摩尔水反应生成脲基，同时放出1摩尔二氧化碳，因此单组份聚氨酯弹性体在潮气固化过程中必然会生成气体，气体聚集则会形成气泡。涂层较为薄时，部分气泡会从表面逃逸，或者被填料吸附，不生成可见的大气泡。当涂层较厚时，涂层表面先接触空气固化生成致密的膜，内部气泡无法通过表面的膜溢出，就会形成肉眼可见的大气泡。这些大气泡不仅影响产品的外观，还严重影响产品的使用性能，内部含有气泡一直是单组份聚氨酯普遍存在而且难以解决的问题。
目前单组份聚氨酯的消泡主要采用物理法，即使用炭黑、分子筛和PVC糊树脂等吸附剂吸附二氧化碳气体，或者采用化学法，即添加氧化钙、氧化镁等化学物，与二氧化碳反应从而固定二氧化碳。添加氧化钙和氧化镁等化合物消除气泡的效果较差，氧化钙和氧化镁颗粒比表面积较小，与二氧化碳的实际接触面很小，反应活性较低。物理吸附较化学法效果好，但是吸附量非常有限，由于添加分子筛等吸附剂影响产品的性能和外观，物理吸附剂的实际添加量受到一定的限制，在很多应用中无法完全消除气泡。
近期，化学工程师向单组份聚氨酯弹性体中添加潜固化剂来消除二氧化碳气体，这些潜固化剂分为亚胺型和噁唑烷型，它们优先与水发生反应，释放出伯胺或者醇胺基团，这些基团与异氰酸酯反应固化，从而阻止了二氧化碳的生成。但是由于潜固化剂均为碱性胺类化合物，可以引发异氰酸酯的自聚反应，本身对异氰酸酯的反应有催化加速作用，所以潜固化剂大大降低了单组份聚氨酯的储存稳定性，而且添加量越大储存稳定性越差。添加了潜固化剂的聚氨酯弹性体还伴有非常大的气味，颜色较重，本身有一定的毒性，这使得它们难以在工业应用中推广。
发明内容
本专利涉及一种厚涂低气泡型单组份聚氨酯弹性体及其制备方法。该弹性体由单组份聚氨酯树脂、填料、中性化学消泡剂和其它助剂组成。单组份聚氨酯树脂是由多异氰酸酯、多羟基聚合物和多元醇等反应生成，弹性体产品可以添加填料进行补强和改性。
中性化学消泡剂可以均匀的溶解在单组份聚氨酯弹性体中，与水反应生成多官能度的羟基，这个羟基化合物参与异氰酸酯的反应，从而起到部分或者全部消除二氧化碳的作用。中性化学消泡剂本身不含有碱性基团，完全不影响单组份聚氨酯的储存稳定性，可以自由的添加到聚氨酯体系中，而且中性化学消泡剂无毒无害，无色透明，不改变弹性体的色彩，对身体健康无害。
因此，本发明提供的这种添加了中性化学消泡剂的单组份聚氨酯弹性体比同类产品的气泡含量更少，密度更好，外观更均匀，强度更好，而且可以一次性厚涂和浇筑5～10mm，不需要多次涂覆。其特征在于，各组分按质量和百分比计如下：
3官能度聚醚10～35％
2官能度聚醚10～35％
小分子扩链剂0～5％
二异氰酸酯2～30％
填料0～60％
颜料0～10％
溶剂0～12％
增塑剂1~12％
催化剂0.05～1％
中性化学消泡剂1～10％
本发明所用的聚醚可以是聚环氧丙烷醚多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇或者两者的混合物；
本发明所用的小分子扩链剂为乙二醇、丁二醇、己二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇等低分子多元醇化合物中的一种或者一种以上的混合物；
本发明中的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)等芳香族、脂肪族或者脂环族二异氰酸酯中的一种或者其中一种以上的混合物；
本发明中的弹性体可以不添加填料也可以添加填料进行改性，所用的填料为重钙、滑石粉、高岭土、炭黑等无机粉料中的一种或者其中一种以上的混合物；
本发明使用的催化剂为有机锡类催化剂、胺类催化剂或者两者复合的催化剂；
本发明使用的中性化学消泡剂为硅氧烷化合物。
本发明中溶剂为甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、芳烃油等，可以是一种或者是一种以上的混合溶剂。
本发明中的增塑剂为氯化石蜡、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯等，可以是一种或者一种以上的混合物。
其具体制备方法为：先在反应釜中混合聚醚、填料、溶剂、增塑剂等原料，再向反应釜内加入二异氰酸酯和溶剂混合搅拌均匀，并升温至80～85℃反应2小时，最后加入催化剂反应30分钟，降温至60℃加入中性化学消泡剂，搅拌30分钟后出料。
本发明使用的聚醚和小分子扩链剂需要预先真空除水，真空度为-0.08MPa～-0.09MPa，温度控制在100～115℃；填料也需要预先烘干，干燥温度150～160℃。
本发明得到的单组份聚氨酯弹性体根据有无添加填料和颜料，可以制得透明的弹性体材料或者不透明的弹性体材料。单组份聚氨酯弹性体施工前为流动性较好的液态树脂，施工后7天缓慢固化成有一定强度的弹性体材料，一次性可以厚涂或者浇筑的厚度可以达到5mm～10mm，根据加入的中性消泡剂的量的多少，气泡含量较不加中性消泡剂可以降低30～80％。根据有无使用溶剂，可以制得无溶剂的弹性体和溶剂挥发固化型弹性体。
具体实施方式
实例1：
将预先真空干燥过的90公斤聚醚二元醇、130公斤聚醚三元醇、80公斤氯化石蜡、300公斤重钙和40公斤二甲苯在反应釜中混合，加入MDI40公斤，搅拌30分钟后，升温到90℃反应1.5小时，加入1.5公斤辛酸亚锡和20公斤二甲苯溶剂和1公斤油性绿色色浆，继续反应30分钟，降温后加入20公斤二甲苯溶剂和13公斤中性化学消泡剂，搅拌均匀后出料。该产品为不透明绿色单组份聚氨酯弹性体。
实例2.
将预先真空干燥过的聚醚二元醇(分子量4000)122公斤和聚醚三元醇(分子量4800)107公斤，丁二醇0.5公斤，增塑剂60公斤，重钙300公斤，滑石粉300公斤混合均匀，加入TDI23公斤和溶剂50公斤，搅拌30分钟后，升温到65℃反应1小时，加入1.3公斤二丁基二月桂酸锡和50公斤溶剂反应1小时，降温加入11公斤中性化学消泡剂后出料。该产品为一种增韧型的不透明弹性体，5mm厚涂层对折不开裂。
实例3：
将95公斤聚环氧丙烷醚二醇(分子量2000)和129公斤聚环氧丙烷三元醇(分子量3000)在反应釜中混合后真空-0.09MPa，110℃除水30分钟，冷却后加入TDI36公斤混合30分钟搅拌均匀，升温到80℃反应2小时，加入0.1％的二丁基二月桂酸锡，反应30min，冷却到50℃以下，加入20公斤的中性化学消泡剂，搅拌均匀后出料。该产品为透明型单组份聚氨酯弹性体。

Claims (9)

1.本专利涉及一种厚涂低气泡型单组份聚氨酯弹性体及其制备方法。该弹性体由单组份聚氨酯树脂、填料、中性化学消泡剂和其它助剂组成。单组份聚氨酯树脂是由多异氰酸酯、多羟基聚合物和多元醇等反应生成，弹性体产品可以添加填料进行补强和改性，中性化学消泡剂是一种专用于单组份聚氨酯材料的反应型消泡剂。其特征在于，各组分按质量和百分比计如下：
3官能度聚醚10～35％
2官能度聚醚10～35％
小分子扩链剂0～5％
二异氰酸酯2～30％
填料0～60％
颜料0～10％
溶剂0～12％
增塑剂1～12％
催化剂0.05～1％
中性化学消泡剂1～10％
其具体制备方法为：先在反应釜中混合聚醚、填料、溶剂、增塑剂等原料，再向反应釜内加入二异氰酸酯和溶剂混合搅拌均匀，并升温至65～90℃反应1-2小时，最后加入催化剂反应30-60分钟，降温加入中性化学消泡剂，搅拌30分钟后出料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于聚醚可以是聚环氧丙烷醚多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇或者两者的混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于小分子扩链剂为乙二醇、丁二醇、己二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇等低分子多元醇化合物中的一种或者一种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)等芳香族、脂肪族或者脂环族二异氰酸酯中的一种或者其中一种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于弹性体可以不添加填料也可以添加填料进行改性，所用的填料为重钙、滑石粉、高岭土、炭黑等无机粉料中的一种或者其中一种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于中性化学消泡剂为硅氧烷化合物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于聚醚和小分子扩链剂需要预先真空除水，真空度为-0.08MPa～-0.09MPa，温度控制在100～115℃；填料也需要预先烘干，干燥温度150～160℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于单组份聚氨酯弹性体根据有无添加填料和颜料，可以制得透明的弹性体材料或者不透明的弹性体材料。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于单组份聚氨酯弹性体施工后遇潮气缓慢固化成有一定强度的弹性体材料，一次性可以厚涂或者浇筑的厚度可以达到5mm～10mm，根据加入的中性消泡剂的量的多少，气泡含量较不加中性消泡剂可以降低30～80％。
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