CN103570902A - 高密度聚氨酯及原料组合物、组合聚醚、制备方法和用途 - Google Patents

高密度聚氨酯及原料组合物、组合聚醚、制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开组合聚醚、聚氨酯原料组合物、高密度聚氨酯及其用途。该组合聚醚包括如下重量份数的组分：山梨醇聚醚多元醇20-40份，蔗糖聚醚多元醇20-40份，聚醚多元醇DL-1000 15-25份，聚醚多元醇330N 15-25份，泡沫稳定剂2-3份，有机铋催化剂0.4-0.8份，以及水0.1-0.5份；山梨醇聚醚多元醇、蔗糖聚醚多元醇、聚醚多元醇DL-1000和聚醚多元醇330N的份数之和为100；山梨醇聚醚多元醇满足：羟值为480-520mgKOH/g，官能度为4.3-4.8，酸值≤0.15mgKOH/g，25℃下的粘度为5400-6200mPa·s；蔗糖聚醚多元醇满足：羟值为330-370mgKOH/g，官能度为4.0-4.5，酸值≤0.15mgKOH/g，25℃下的粘度为2000-4000mPa·s。本发明的高密度聚氨酯强度高、韧性高，通过喷涂成型，无需模具，尤其适合表面弯曲的各种材料的增强加固，其形成的聚氨酯加强层连续无接缝，与基材粘结效果好。

Description

高密度聚氨酯及原料组合物、组合聚醚、制备方法和用途
技术领域
本发明涉及聚氨酯领域，尤其涉及一种高密度聚氨酯及原料组合物、组合聚醚、制备方法和用途。
背景技术
目前作为增强加固材料主要分为金属和玻璃纤维增强树脂二类，金属增强与基材界面粘结效果较差。而玻璃纤维增强树脂过程中有时因树脂流动不良等导致成型表面有针孔或空隙的缺陷，同时成型工艺较复杂。
硬质聚氨酯泡沫塑料按照密度高低，可以分为普通硬泡以及高密度结构硬泡。高密度硬泡具有强度高、韧性好、结皮致密坚韧等优点，现有技术应用主要作为仿木材料，通过模塑成型，替代木材用作各类高档型材、板材、体育用品、装饰材料、家具等。
一般来说，喷涂发泡成型的优点是：不需要模具；无论水平面、垂直面、顶面、形状简单或复杂的表面都可通过喷涂方法形成材料泡沫层，劳动效率高，形成的泡沫连续无接缝，粘接效果好。
但是，现有高密度聚氨酯泡沫均为模具浇注成型，未见有喷涂发泡成型的高密度聚氨酯泡沫。此外，传统胺类催化剂的聚氨酯泡沫强度较低，且添加量较大，VOC值较高，现场使用时气味大；而铅、锡类催化剂毒性大，对环境污染严重，且对人体伤害较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服了现有的金属增强材料与基材界面粘结效果差，而玻璃纤维增强材料表面缺陷多，成型工艺复杂，以及传统的聚氨酯泡沫强度较低，且催化剂添加量较大，VOC值较高，现场使用时气味大，对环境污染严重的缺陷，提供一种高密度聚氨酯及原料组合物、组合聚醚、制备方法和用途。本发明的组合聚醚采用水作为发泡剂，绿色环保。本发明的高密度聚氨酯强度高、韧性高，通过喷涂成型，无需模具，尤其适合表面弯曲的各种材料的增强加固，其形成的聚氨酯加强层连续无接缝，与基材粘结效果好，强度优异，表面平整，颜色可调。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了一种组合聚醚，其包括下述重量份数的组分：山梨醇聚醚多元醇20-40份，蔗糖聚醚多元醇20-40份，聚醚多元醇DL-1000 15-25份，聚醚多元醇330N 15-25份，泡沫稳定剂2-3份，有机铋催化剂0.4-0.8份，以及水0.1-0.5份；其中，所述山梨醇聚醚多元醇、蔗糖聚醚多元醇、聚醚多元醇DL-1000和聚醚多元醇330N的份数之和为100；所述的山梨醇聚醚多元醇满足下述指标：羟值为480-520mgKOH/g，官能度为4.3-4.8，酸值≤0.15mgKOH/g，25℃下的粘度为5400-6200mPa·s；所述的蔗糖聚醚多元醇满足下述指标：羟值为330-370mgKOH/g，官能度为4.0-4.5，酸值≤0.15mgKOH/g，25℃下的粘度为2000-4000mPa·s。
其中，所述的山梨醇聚醚多元醇可为满足上述指标的任意山梨醇聚醚多元醇，较佳地为句容宁武新材料发展有限公司生产的聚醚多元醇6305C。
其中，所述的蔗糖聚醚多元醇可为满足上述指标的任意蔗糖聚醚多元醇，较佳地为句容宁武新材料发展有限公司生产的聚醚多元醇8307。
其中，所述的聚醚多元醇DL-1000为线性聚醚多元醇，羟值为90-110mgKOH/g，官能度为2，25℃下的粘度为130-190mPa·s，水份≤0.10%，购自于山东蓝星东大化工有限责任公司。
其中，所述的聚醚多元醇330N为高活性聚醚多元醇，羟值为32-36mgKOH/g，官能度为3，25℃下的粘度为800-1000mPa·s，水份≤0.10%，购自于山东蓝星东大化工有限责任公司。
其中，所述的泡沫稳定剂为本领域常规使用的泡沫稳定剂，较佳地为硅酮类泡沫稳定剂，更佳地为美国迈图高新材料集团公司生产的泡沫稳定剂L-6860。
其中，所述的有机铋催化剂为本领域常规使用的聚氨酯合成催化剂。所述的有机铋催化剂的铋含量较佳地为15-17wt%。所述的有机铋催化剂较佳地为美国领先化学有限公司生产的BiCAT 8118。
其中，所述的水可为本领域常规使用的水，较佳地为去离子水。
按本领域常识，本发明的组合聚醚中还可添加本领域此类组合聚醚中常规添加的其他添加剂，只要其对本发明的组合聚醚不产生负效果即可，如聚氨酯领域常用的磷氯系阻燃剂：磷酸三（2-氯丙基）酯、磷酸三（β-氯乙基）酯等；又如应用于聚氨酯领域的颜料等。
本发明的组合聚醚可根据本领域的常规方法进行制备。本发明较佳地将上述各组分按其重量份数在常温下搅拌混合，放料即得。其中，所述搅拌的转速较佳地为450-550rpm，更佳地为500rpm。所述搅拌的时间较佳地为0.5-1.5小时，更佳地为1小时。
本发明还提供了一种聚氨酯原料组合物，其包括所述的组合聚醚以及异氰酸酯。
其中，所述组合聚醚和异氰酸酯的质量比可根据本领域常规方法进行选择，较佳地为1:0.9-1:1.2，更佳地为1:1.0。
其中，所述的异氰酸酯可为本领域常规使用的异氰酸酯，较佳地为多苯基多亚甲基多异氰酸酯，又称聚合MDI。所述的异氰酸酯更佳地为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的异氰酸酯PM-200。
本发明的聚氨酯原料组合物在使用前，所述的组合聚醚以及所述的异氰酸酯始终不相接触，因此可以套装的形式出售和保存该原料组合物，使用时将所述的组合聚醚和所述的异氰酸酯混合，即可。
本发明还提供了一种高密度聚氨酯的制备方法，其包括下述步骤：所述的聚氨酯原料组合物按常规喷涂型聚氨酯的制备方法喷涂成型，即可。
其中，所述的喷涂成型一般通过喷涂机进行。
本发明还提供了一种由上述制备方法制得的高密度聚氨酯。
本发明还提供了所述的高密度聚氨酯作为增强材料的应用。
其中，所述增强材料的一般厚度为1-2cm，在所述增强材料中，所述高密度聚氨酯的每层厚度一般为0.2-0.5cm。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明的组合聚醚采用水为发泡剂安全环保；
2、本发明中的组合聚醚中，催化剂采用有机金属铋催化剂，替代传统胺类催化剂和铅、锡类催化剂，低VOC、低毒性、低污染；
3、将本发明的聚氨酯原料组合物混合后喷涂在需加强的物件表面，如卫浴浴缸、汽车构件、装饰石材等，形成厚度可控、表面光滑、强度优异、韧性良好、耐老化的聚氨酯增强层；
4、本发明的高密度聚氨酯可作为加固增强材料，强度高、韧性好、与基材粘结性好、施工工艺简单、耐候性好、化学稳定性高。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中，所用的原料份均为重量份，原料来源如下：
聚醚多元醇6305C购自于句容宁武新材料发展有限公司。
聚醚多元醇8307购自于句容宁武新材料发展有限公司。
聚醚多元醇DL-1000购自于山东蓝星东大化工有限责任公司。
聚醚多元醇330N购自于山东蓝星东大化工有限责任公司。
泡沫稳定剂L-6860购自于美国迈图高新材料集团公司。
催化剂BiCAT 8118购自于美国领先化学有限公司。
异氰酸酯为聚合MDI，牌号PM-200，购自于烟台万华聚氨酯股份有限公司。
下述实施例中，采用的机械性能检测依据标准为：
整体密度：GB/T 6343；
表面硬度：HG 2118/HG 2117；
拉伸强度：GB/T 7124；
压缩强度：GB/T 8813；
弯曲强度：HG/T 3844；
粘结强度：GB/T50404附录B；
冲击强度：GB/T 1843。
实施例1
（1）制备组合聚醚：
聚醚多元醇6305C 20份，聚醚多元醇8307 40份，聚醚多元醇DL-100015份，聚醚多元醇330N 25份，泡沫稳定剂L-6860 2份，去离子水0.1份，催化剂BiCAT 81180.8份。
按照以上配方将各种原料投入不锈钢反应釜中，常温下在转速500rpm的条件下搅拌1小时，制得组合聚醚。
（2）制备高密度聚氨酯：将实施例1中的组合聚醚与异氰酸酯PM-200按照质量比1:1.0混合均匀后，通过高压喷涂机喷涂至需要增强的挤塑ABS板表面，喷涂厚度为2cm。在25℃±2℃条件下恒温放置24小时后测试性能如下表1。
表1实施例1的高密度聚氨酯的性能参数
  性能种类   性能参数
  整体密度   ≥800kg/m3
  表面硬度   ≥80（邵D）
  拉伸强度   ≥50MPa
  压缩强度   ≥50MPa
  弯曲强度   ≥60MPa
  粘结强度   ≥10MPa
  冲击强度   ≥30KJ/m2
实施例2
（1）制备组合聚醚：
聚醚多元醇6305C 40份，聚醚多元醇8307 20份，聚醚多元醇DL-100025份，聚醚多元醇330N 15份，泡沫稳定剂L-6860 2份，去离子水0.3份，催化剂BiCAT 8118 0.6份。
按照以上配方将各种原料投入不锈钢反应釜中，常温下在转速500rpm的条件下搅拌1小时，制得组合聚醚。
（2）制备高密度聚氨酯：将实施例2中的组合聚醚与异氰酸酯PM-200按照质量比1:1.0混合均匀后，通过高压喷涂机喷涂至需要增强的PE板，喷涂厚度为2cm。在25℃±2℃条件下恒温放置24小时后测试性能如下表2。
表2实施例2的高密度聚氨酯的性能参数
  性能种类   性能参数
  整体密度   600±50kg/m3
  表面硬度   ≥60（邵D）
  拉伸强度   ≥30MPa
  压缩强度   ≥30MPa
  弯曲强度   ≥35MPa
  粘结强度   ≥8MPa
  冲击强度   ≥20KJ/m2
实施例3
（1）制备组合聚醚：
聚醚多元醇6305C 30份，聚醚多元醇8307 30份，聚醚多元醇DL-100020份，聚醚多元醇330N 20份，泡沫稳定剂L-6860 3份，去离子水0.5份，催化剂BiCAT8118 0.4份。
按照以上配方将各种原料投入不锈钢反应釜中，常温下在转速500rpm的条件下搅拌1小时，制得组合聚醚。
（2）制备高密度聚氨酯：将实施例3中的组合聚醚与异氰酸酯PM-200按照质量比1:1.0混合均匀后，通过高压喷涂机喷涂至需要增强的装饰石材表面，喷涂厚度为2cm。在25℃±2℃条件下恒温放置24小时后测试性能如下表3。
表3实施例3的高密度聚氨酯的性能参数
  性能种类   性能参数
  整体密度   400-450kg/m3
  表面硬度   ≥50（邵D）
  拉伸强度   ≥20MPa
  压缩强度   ≥20MPa
  弯曲强度   ≥25MPa
  粘结强度   ≥3MPa
  冲击强度   ≥14KJ/m2
由上述实施例1-3可以看出，利用高密度聚氨酯可以得到一层坚固、粘结力强的加固层，尤其在对异形面进行加工时，如卫浴、汽车挡风板等，施工工艺简单、无气味、无需模具。聚氨酯加固层的密度、强度、表面硬度等均可通过调节水的添加量进行调整，当聚氨酯密度改变时相应的强度、表面硬度等均会发生变化。聚氨酯密度高，强度大、表面硬度硬；聚氨酯密度低，强度小、表面硬度软。同时，还可以根据不同需求，喷涂成不同颜色的制品，大大满足了设计师的设计个性。高密度聚氨酯喷涂在异型材的增强加固上具有独到的优势。

Claims (10)

1.一种组合聚醚，其包括下述重量份数的组分：山梨醇聚醚多元醇20-40份，蔗糖聚醚多元醇20-40份，聚醚多元醇DL-1000 15-25份，聚醚多元醇330N 15-25份，泡沫稳定剂2-3份，有机铋催化剂0.4-0.8份，以及水0.1-0.5份；其中，所述山梨醇聚醚多元醇、蔗糖聚醚多元醇、聚醚多元醇DL-1000和聚醚多元醇330N的份数之和为100；所述的山梨醇聚醚多元醇满足下述指标：羟值为480-520mgKOH/g，官能度为4.3-4.8，酸值≤0.15mgKOH/g，25℃下的粘度为5400-6200mPa·s；所述的蔗糖聚醚多元醇满足下述指标：羟值为330-370mgKOH/g，官能度为4.0-4.5，酸值≤0.15mgKOH/g，25℃下的粘度为2000-4000mPa·s。
2.如权利要求1所述的组合聚醚，其特征在于，所述的山梨醇聚醚多元醇为聚醚多元醇6305C；和/或，所述的蔗糖聚醚多元醇为聚醚多元醇8307。
3.如权利要求1所述的组合聚醚，其特征在于，所述的泡沫稳定剂为硅酮类泡沫稳定剂；和/或，所述有机铋催化剂的铋含量为15-17wt%；和/或，所述的有机铋催化剂为BiCAT 8118；和/或，所述的水为去离子水。
4.如权利要求3所述的组合聚醚，其特征在于，所述的泡沫稳定剂为泡沫稳定剂L-6860。
5.一种聚氨酯原料组合物，其包括如权利要求1-4任一项所述的组合聚醚以及异氰酸酯。
6.如权利要求5所述的聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述组合聚醚和异氰酸酯的质量比为1:0.9-1:1.2。
7.如权利要求5或6所述的聚氨酯原料组合物，其特征在于，所述的异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯；和/或，所述的异氰酸酯为异氰酸酯PM-200。
8.一种高密度聚氨酯的制备方法，其包括下述步骤：将权利要求5-7任一项所述的聚氨酯原料组合物按常规喷涂型聚氨酯的制备方法喷涂成型，即可。
9.一种由权利要求8所述的制备方法制得的高密度聚氨酯。
10.如权利要求9所述的高密度聚氨酯作为增强材料的应用。
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