CN104231222A - 一种高耐磨聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨聚氨酯弹性体及其制备方法，由预聚体组分和扩链剂组分组成，其中预聚体先由聚酯或聚醚多元醇与MDI合成羟基封端的MDI改性多元醇，MDI改性多元醇再与TDI反应制得；扩链剂组分为4，4’-二氨基-3，3’-二氯二苯甲烷(MOCA)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)或二乙基甲苯二胺(DETDA)等一种或几种的混合物。本发明通过改变预聚体中异氰酸酯组成和分步合成，并且扩链剂不使用甲基-双(3-氯-2，6-二乙基-苯胺)(MCDEA)，提高了材料耐磨性能，也改善了物料的操作工艺。本发明产品可用于制备聚氨酯筛板、筛网、传送带等选矿设备领域的产品。

Description

一种高耐磨聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯弹性体及其制备方法，特别涉及具有优异的耐磨性能和力学性能的聚氨酯产品。
背景技术
聚氨酯筛板和筛网是矿石筛分的工作面，在运行过程中，物料对筛板和筛网产生滑动摩擦、滚动摩擦、冲击、磨损和腐蚀等作用，工作环境恶劣，筛板和筛网的耐磨性能是影响其使用寿命的重要因素。
CN103923457A公开了一种高耐磨聚氨酯弹性体及其制备方法，采用气相白炭黑和有机减磨剂共同使用，扩链剂由甲基-双(3-氯-2，6-二乙基-苯胺)(MCDEA)和其他二胺类扩链剂混合物组成，改善了有机类助剂在物料中的分散均匀性，整体提高了材料的耐磨性能。所得高耐磨聚氨酯弹性体磨耗最低为24mm3。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种高耐磨聚氨酯弹性体，该弹性体的耐磨性能进一步提高。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种高耐磨聚氨酯弹性体材料的制备方法。
本发明的高耐磨聚氨酯弹性体材料，由预聚体组分(A组分)和扩链剂组分(B组分)组成，其中预聚体先由聚酯或聚醚多元醇与MDI合成羟基封端的MDI改性多元醇，MDI改性多元醇再与TDI反应制得，按质量份计包括：
(1)A组分
(2)B组分为二胺类扩链剂，可选用4，4’-二氨基-3，3’-二氯二苯甲烷(MOCA)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)或二乙基甲苯二胺(DETDA)等一种或几种的混合物。
A/B摩尔比为0.9～0.95。
A组分中，MDI可以为MDI-100、MDI-50以及改性MDI等，MDI和TDI的摩尔比为1/4～2/1较好。
其中聚酯或聚醚多元醇优选聚酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇(PTMG)、聚碳酸酯二元醇(PCD)或其组合。聚酯二元醇优选数均分子量为1000-3000的聚己二酸系聚酯二元醇、聚己内酯二元醇(PCL)。聚四氢呋喃二元醇(PTMG)优选数均分子量1000-3000。
软化剂为邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二甲氧基乙酯(DMEP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)、二乙二醇二苯甲酸酯(DEG)、二丙二醇二苯甲酸酯(DPG)等中的一种或几种掺混。
有机减磨剂为有机硅、有机氟或有机蜡类的一种或几种混合物，例如有甲基硅油、氟碳乳液或液体石蜡等。气相白炭黑比表面积为150～380m2/g较好，例如EVONIK的A200、A380等。
制备本发明高耐磨聚氨酯弹性体材料的方法，包括以下步骤：
(1)A组分的制备：将聚酯或聚醚多元醇、软化剂、有机减磨剂和气相白炭黑，按计量加入反应器搅拌，混合0.5～1h，通过球磨机进行二次混合分散后，加入反应器，料温升至120～130℃，真空脱水2～3h，降温后加入定量的MDI，反应温度控制在70～85℃，反应时间为1～1.5h，合成羟基封端的改性多元醇，然后加入定量的TDI，反应温度控制在75～90℃，反应时间为1～1.5h，合成NCO基团封端的预聚体，真空脱气，降温出料，密封保存。A组分粘度一般1500～3500Pa·s。
(2)B组分的制备：将胺类扩链剂加热融化后备用；
(3)弹性体的制备：物料浇注可采用手工浇注或机器浇注，扩链系数为0.9～0.95，A组分温度70～90℃，B组分温度100～130℃，模具温度100～120℃，凝胶时间4～8min，脱模时间20～40min，后硫化温度为100～120℃，硫化时间12～16h。
本发明方法所得弹性体性能见表1。
表1 物料及弹性体性能
凝胶时间/min 4～8
脱模时间/min 20～40
硬度/邵A 92～97
拉伸强度/MPa 45～60
撕裂强度/N/mm 100～120
伸长率/％ 350～450
磨耗/mm3 ＜20
本发明通过改变预聚体中异氰酸酯组成和分步合成，并且扩链剂不使用甲基-双(3-氯-2，6-二乙基-苯胺)(MCDEA)，提高了材料耐磨性能。采用先合成羟基封端的MDI改性多元醇，改性多元醇再与TDI反应合成预聚体的工艺，提高材料耐磨性能的同时，也改善了物料的操作工艺。本发明产品可用于制备聚氨酯筛板、筛网、传送带等选矿设备领域的产品。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，不限于本发明。
聚酯多元醇LM2456为黎明化工研究院生产的己二酸乙二醇丁二醇酯聚酯多元醇，分子量2000；聚酯多元醇LM2856为黎明化工研究院生产的己二酸乙二醇丙二醇酯聚酯多元醇，分子量2000；PTMG-1000为聚四氢呋喃，分子量为1000。
实施例1
A组分的合成：先将1000g聚酯多元醇LM2456、100gDEP、10g甲基硅油和30g白炭黑混合后，加入球磨机进行二次混合分散，然后取585g加入反应器，加热至125℃，真空下脱水2h后，将料温降至70℃，加入60gMDI-100，在75℃、氮气保护下反应1h，然后加入130gTDI，在75℃、氮气保护下反应1.5h。
B组分为MOCA。
弹性体的制备：将A、B组分按照0.93的扩链系数混合脱泡后，浇入100℃2mm模具，40min脱模，125℃后硫化12h，室温放置7天后测性能。物料及制品性能见表2。
实施例2
A组分的合成：先将1000gPTMG-1000、20g氟碳乳液和60g白炭黑混合后，加入球磨机进行二次混合分散，然后取510g加入反应器，加热至120℃，真空下脱水2h后，将料温降至70℃，加入285gMDI-50，在80℃、氮气保护下反应1.5h，然后加入100gTDI，在90℃、氮气保护下反应1h。
B组分为MOCA。
弹性体的制备：将A、B组分按照0.9的扩链系数混合脱泡后，浇入120℃2mm模具，20min脱模，100℃后硫化16h，室温放置7天后测性能。物料及制品性能见表2。
对比例1
A组分的合成：先将1000g聚酯多元醇LM2456、100gDEP、10g甲基硅油和30g白炭黑混合后，加入球磨机进行二次混合分散，然后取585g加入反应器，加热至125℃，真空下脱水2h后，将料温降至70℃，加入190gTDI，在80℃、氮气保护下反应3h使反应完全。
B组分为MOCA。
弹性体的制备：将A、B组分按照0.93的扩链系数混合脱泡后，浇入100℃2mm模具，40min脱模，100℃后硫化16h，室温放置7天后测性能。物料及制品性能见表2。
表2 实施例材料性能
测试项目 实施例1 实施例2 对比例1
A组分粘度Pa·s 1500 3400 1350
凝胶时间/min 7 4 8
脱模时间/h 30 20 35
硬度/邵A 92 97 91
拉伸强度/MPa 49 60 45
撕裂强度/N/mm 109 120 105
伸长率/％ 440 350 450
磨耗/mm3 16 13 32

Claims (10)

1.一种高耐磨聚氨酯弹性体，由预聚体组分(A组分)和扩链剂组分(B组分)组成，其中预聚体先由聚酯或聚醚多元醇与MDI合成羟基封端的MDI改性多元醇，MDI改性多元醇再与TDI反应制得，按质量份计包括：
(1)A组分
(2)B组分为二胺类扩链剂，选用4，4’-二氨基-3，3’-二氯二苯甲烷(MOCA)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)或二乙基甲苯二胺(DETDA)中一种或几种的混合物；
A/B摩尔比为0.9～0.95。
2.根据权利要求1所述的高耐磨聚氨酯弹性体，MDI为MDI-100、MDI-50以及改性MDI。
3.根据权利要求2所述的高耐磨聚氨酯弹性体，MDI和TDI的摩尔比为1/4～2/1。
4.根据权利要求1所述的高耐磨聚氨酯弹性体，聚酯或聚醚多元醇是指聚酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇(PTMG)、聚碳酸酯二元醇(PCD)或其组合。
5.根据权利要求4所述的高耐磨聚氨酯弹性体，聚酯二元醇为数均分子量1000-3000的聚己二酸系聚酯二元醇、聚己内酯二元醇(PCL)；聚四氢呋喃二元醇(PTMG)数均分子量1000-3000。
6.根据权利要求1所述的高耐磨聚氨酯弹性体，软化剂为邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二甲氧基乙酯(DMEP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)、二乙二醇二苯甲酸酯(DEG)、二丙二醇二苯甲酸酯(DPG)中的一种或几种掺混。
7.根据权利要求1所述的高耐磨聚氨酯弹性体，有机减磨剂为有机硅、有机氟或有机蜡类的一种或几种混合物。
8.根据权利要求7所述的高耐磨聚氨酯弹性体，有机减磨剂为有甲基硅油、氟碳乳液或液体石蜡。
9.根据权利要求1所述的高耐磨聚氨酯弹性体，气相白炭黑比表面积为150～380m2/g。
10.一种制备权利要求1～9之一所述的高耐磨聚氨酯弹性体的方法，包括以下步骤：
(1)A组分的制备：将聚酯或聚醚多元醇、软化剂、有机减磨剂和气相白炭黑，按计量加入反应器搅拌，混合0.5～1h，通过球磨机进行二次混合分散后，加入反应器，料温升至120～130℃，真空脱水2～3h，降温后加入定量的MDI，反应温度控制在70～85℃，反应时间为1～1.5h，合成羟基封端的改性多元醇，然后加入定量的TDI，反应温度控制在75～90℃，反应时间为1～1.5h，合成NCO基团封端的预聚体，真空脱气，降温出料，密封保存；
(2)B组分的制备：将胺类扩链剂加热融化后备用；
(3)弹性体的制备：物料浇注可采用手工浇注或机器浇注，扩链系数为0.9～0.95，A组分温度70～90℃，B组分温度100～130℃，模具温度100～120℃，凝胶时间4～8min，脱模时间20～40min，后硫化温度为100～120℃，硫化时间12～16h。
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