CN103709359A - 一种聚氨酯材料耐水性的改善方法 - Google Patents

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Abstract

一种聚氨酯材料耐水性的改善方法，属于材料改性方法技术领域。该方法为每100重量份的聚氨酯材料中添加5～40重量份的聚四氟乙烯微粉。本发明在聚氨酯材料体系中添加聚四氟乙烯微粉，既能保留聚氨酯力学性能，又能提高聚氨酯材料耐水解能力，以拓宽聚氨酯材料的应用领域。

Description

一种聚氨酯材料耐水性的改善方法
技术领域
本发明属于材料改性方法技术领域，具体涉及一种聚氨酯材料耐水性的改善方法。
背景技术
聚氨酯是一种性能优异的合成材料，相对于其他弹性体而言具有极高的力学性能，比如极高的拉伸强度（最高可达50MPa以上），高硬度下的高弹性、高伸长率，远高于通用橡胶的耐磨性，这些性能使聚氨酯适宜应用于工程弹性体，如造纸、轧钢胶辊覆层，实心轮胎，耐磨衬里，造纸靴压套及高压密封领域。
由于聚氨酯弹性体中含有醚键、酯键、异氰酸酯键、羟基、羧基等易于水解的化学键及基团，使得聚氨酯的耐水解性能较差，这对于需在水环境或高湿环境中使用时，显然是不适宜的。多年来，化学家和工程师们竭力寻求一种既能保留聚氨酯力学性能，又能提高聚氨酯材料耐水解能力的方法，以拓宽聚氨酯材料的应用领域。
对于聚氨酯材料的耐水解改性，主要集中在以下四个方面
一、合成新的聚酯聚醚，提高聚氨酯材料的耐水解性
德国拜耳公司和日本旭化成公司合成了聚碳酸酯多元醇，大大提高了聚氨酯材料的耐水解能力；美国亨斯曼公司合成了端胺基聚醚，使扩链并交联的聚氨酯形成聚脲基团，提高了水解稳定性。
二、通过嵌段、接枝、IPN互贯网络技术、侧基取代等反应进行化学改性
美国SARTOMER公司通过聚氨酯与甲基丙烯酸酯共聚形成IPN互贯网络改善聚氨酯的耐水解性。
美国STOWEWOODWARD公司申请的专利“castable polyurethane elastomers for industrial rollers”，采用聚醚多元醇与端羟基聚丁二烯共聚，并用二胺或二醇扩链，浇注制得胶辊覆层，聚合物具有良好的耐水解性和耐热性。
南昌大学邓锋杰等通过对聚氨酯表面分子重新进行设计，在PU表面接枝形成自由的NCO基团，再通过该基团与3-氨丙基甲氧基硅烷反应，在PU表面生成硅氧硅网络，在PU表面形成一层网状致密的耐水解膜，从而达到隔绝与水发生作用之目的。
三、通过加入耐水解剂提高耐水解能力
通过加入聚碳化亚二胺等耐水解剂提高聚氨酯的耐水解能力，这是通常采用的方法。
四、填料改性和共混改性
北京化工大学骆永标等研究了经偶联剂处理的无机颗粒填料硫酸钡、二硫化钼、石墨等对聚氨酯的耐水解能力的影响，研究指出颗粒填料的种类和用量对聚氨酯耐水解性能及其他性能的影响是不同的，适量加入硫酸钡和石墨，可以提高聚氨酯弹性体Desmopan 7683的拉伸强度，加入二硫化钼可以提高Desmopan588E的耐水解能力，当Desmopan 7683与硫酸钡的添加比例为100：1时，聚氨酯有最佳的耐水解能力。
第一和第二种方法虽能从根本上解决聚氨酯的耐水解能力，但由于需从聚合反应入手，所需设备、技术及资金要求较高，不是一般应用厂家所能够解决的。
第三种方法应用方便，但单用效果较差。
第四种方法是目前研究的热点，因为它不仅应用方便，而且可以根据产品的使用环境，利用现有聚氨酯原料系统，通过添加具有特殊功能的填料，在提高耐水解性能的同时，并赋予聚氨酯材料特殊的性能和用途。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种聚氨酯材料耐水性的改善方法的技术方案。
所述的一种聚氨酯材料耐水性的改善方法，其特征在于：每100重量份的聚氨酯材料中添加5～40重量份的聚四氟乙烯微粉。
所述的一种聚氨酯材料耐水性的改善方法，其特征在于：每100重量份的聚氨酯材料中添加10～30重量份的聚四氟乙烯微粉。
所述的一种聚氨酯材料耐水性的改善方法，其特征在于：每100重量份的聚氨酯材料中添加15～25重量份的聚四氟乙烯微粉。
所述的一种聚氨酯材料耐水性的改善方法，其特征在于：所述的聚四氟乙烯微粉的粒径为1～10微米。
本发明将聚四氟乙烯微粉添加于聚氨酯材料体系中，在一定的添加量下，他的高疏水性可以起到两种作用：一是部分屏蔽聚氨酯的亲水活性基团，阻止水分子向亲水基团进攻；二是提高材料表面的疏水性能，使水分子对材料内部的渗透能力降低，从而提高材料的耐水解性能。
利用聚四氟乙烯的疏水性和不粘性，添加于聚氨酯材料体系中，可以制得性能优越的造纸胶辊覆面，覆面较高的疏水性可以使辊面盲孔和沟纹内的水分通过离心力快速甩出，提高压榨效率；覆面不粘性可以提高辊面自清洁能力，辊面不易粘附纸浆、施胶剂等其他杂物，防止杂物通过压区压坏或压花辊面。
利用聚四氟乙烯的自润滑性，添加于聚氨酯体系中，可以制得具有宝贵性能的弹性体，比如造纸靴压套，靴压套使用时，外侧与水接触，内侧与靴型块通过油膜进行高速滑动摩擦，在油膜不足时，材料体系自润滑性可以保护靴压套不会因剧烈摩擦而损坏。
聚四氟乙烯微粉用量有一适当范围，用量太多，聚氨酯材料体系力学性能下降较多，特别是拉伸强度会大幅下降，太少则达不到应用效果。
本发明中聚四氟乙烯微粉添加方式有三种，一是添加于采用预聚体法生产聚氨酯材料的经熔融的预聚体中；二是添加于采用一步法生产聚氨酯材料的经熔融的聚酯或聚醚材料中；三是添加于采用固体聚氨酯生胶生产的聚氨酯材料中，该加入方式与通用橡胶的混炼程序完全相同。
由于聚四氟乙烯微粉易聚集，为达到良好的分散效果，加入液相组份时应进行强力搅拌约30分钟；加入生胶时，应先加入生胶进行至少20次薄通塑炼。
由于聚四氟乙烯微粉具有良好的流动性，在添加范围内对材料体系的粘度影响甚微，加入聚四氟乙烯微粉的组分后续加工工艺，如浇注（包括模内浇注、离心浇铸、旋转浇注）、喷涂、刷涂、浸渍和预固化及后固化工艺与不加微粉的聚氨酯加工基本一致。
综上所述，本发明在聚氨酯材料体系中添加聚四氟乙烯微粉，既能保留聚氨酯力学性能，又能提高聚氨酯材料耐水解能力，以拓宽聚氨酯材料的应用领域。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步说明本发明。
实施列1：采用预聚体法生产聚氨酯制品
配料：
组分 聚氨酯预聚体 PTFE微粉 聚碳化亚二胺 液体MOCA
重量份数 100 25 1 12
其中PTFE微粉粒径为1～10微米。
方法：
先将聚氨酯预聚体加热至80℃，加入PTFE微粉强烈搅拌30分钟，加入聚碳化亚二胺搅拌均匀并脱气10分钟，加入液体MOCA搅拌均匀立即进行浇注，经预固化、后固化制得成品。
样品性能：
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 95 38 325
不加PTFE 94 42 350
浸水后性能（常温70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 94 37 310
不加PTFE 92 36 330
浸水后性能（50℃×70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 92 34 275
不加PTFE 85 28 210
浸水后性能（70℃×70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 80 15 120
不加PTFE   8  
实施列2：采用预聚体法生产聚氨酯制品
配料：
组分 聚氨酯预聚体 PTFE微粉 聚碳化亚二胺 液体MOCA
重量份数 100 5 1 12
其中PTFE微粉粒径为1～10微米。
方法：
先将聚氨酯预聚体加热至80℃，加入PTFE微粉强烈搅拌30分钟，加入聚碳化亚二胺搅拌均匀并脱气10分钟，加入液体MOCA搅拌均匀立即进行浇注，经预固化、后固化制得成品。
样品性能：
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 95 40 345
不加PTFE 94 42 350
浸水后性能（常温70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 94 35 320
不加PTFE 92 36 330
浸水后性能（50℃×70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 92 29 225
不加PTFE 85 28 210
浸水后性能（70℃×70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 80 9  
不加PTFE   8  
实施列3：采用预聚体法生产聚氨酯制品
配料：
组分 聚氨酯预聚体 PTFE微粉 聚碳化亚二胺 液体MOCA
重量份数 100 40 1 12
其中PTFE微粉粒径为1～10微米。
方法：
先将聚氨酯预聚体加热至80℃，加入PTFE微粉强烈搅拌30分钟，加入聚碳化亚二胺搅拌均匀并脱气10分钟，加入液体MOCA搅拌均匀立即进行浇注，经预固化、后固化制得成品。
样品性能：
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 97 32 285
不加PTFE 94 42 350
浸水后性能（常温70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 96 31 240
不加PTFE 92 36 330
浸水后性能（50℃×70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 93 28 210
不加PTFE 85 28 210
浸水后性能（70℃×70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 87 19 194
不加PTFE   8  
实施例4：采用聚氨酯固体生胶生产聚氨酯制品
配料：
组分 聚氨酯生胶 PTFE微粉 聚碳化亚二胺 白炭黑 SR350 DCP
重量份数 100 20 1 20 20 2
其中PTFE微粉粒径为1～10微米。
方法：
加入方式与通用橡胶的混炼程序完全相同，不再赘述。
样品性能：
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 94 22 170
不加PTFE 93 24 175
浸水后性能（常温70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 94 22 168
不加PTFE 92 23 170
浸水后性能（50℃×70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 92 20 152
不加PTFE 89 19 148
浸水后性能（70℃×70小时）
项目 硬度(SHA) 拉伸强度MPa 拉断伸长率%
加PTFE 87 18 145
不加PTFE 85 14 138

Claims (4)

1.一种聚氨酯材料耐水性的改善方法，其特征在于：每100重量份的聚氨酯材料中添加5～40重量份的聚四氟乙烯微粉。
2.如权利要求1所述的一种聚氨酯材料耐水性的改善方法，其特征在于：每100重量份的聚氨酯材料中添加10～30重量份的聚四氟乙烯微粉。
3.如权利要求1所述的一种聚氨酯材料耐水性的改善方法，其特征在于：每100重量份的聚氨酯材料中添加15～25重量份的聚四氟乙烯微粉。
4.如权利要求1或2或3或4所述的一种聚氨酯材料耐水性的改善方法，其特征在于：所述的聚四氟乙烯微粉的粒径为1～10微米。
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