CN104387562A - 聚氨酯弹性体代木材料及其制备方法 - Google Patents

聚氨酯弹性体代木材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于聚氨酯弹性体领域，具体涉及一种聚氨酯弹性体代木材料及其制备方法。由聚合物组份和异氰酸根组份制成：聚合物组份由以下重量百分数的原料制成：聚环氧丙烷醚多元醇66％～87％、增塑剂12.95％-33.95％、催化剂0.03％～0.05％和消泡剂1％～2％；异氰酸根组份由以下重量百分数的原料制成：碳化二亚胺改性的液化MDI 50％～90％、粗MDI 10％～30％和增塑剂10％～20％。本发明得到的聚氨酯弹性体代木材料，具有木头的硬度，热变形小，易于机器加工，加工尺寸精度高等优点，产品环保、成本低，比较适合于做模具、检具、夹具、治具等精度较高的产品。本发明还提供其制备方法，工艺合理。

Description

聚氨酯弹性体代木材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯弹性体领域，具体涉及一种聚氨酯弹性体代木材料及其制备方法。
背景技术
天然木材因生长期长，而且受环保及绿化政策影响，禁伐木材也是未来趋势，因此其资源日趋减少，未来取得势必更加困难。一种能替换天然木材的人造木材应运而生，其产品应用范围广泛，对环保又能有所贡献，能减少市场对天然木材之依赖性。目前市面上的代木材料是由不饱和树脂、环氧树脂、聚氨树脂加入填充物混合后合成的高分子复合材料。既具有良好的强度、塑性和韧性，又具有易切削、易雕刻、不易变形等特点，可适用于CNC加工，能制成各式各样的模型，缩短加工周期，降低生产成本，但在韧性和热稳定性方面需继续加强。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种聚氨酯弹性体代木材料，具有木头的硬度，热变形小，易于机器加工，加工尺寸精度高，且产品环保、成本低；本发明还提供其制备方法。
本发明所述的聚氨酯弹性体代木材料，由聚合物组份和异氰酸根组份制成：
聚合物组份由以下重量百分数的原料制成：聚环氧丙烷醚多元醇66％～87％、增塑剂12.95％-33.95％、催化剂0.03％～0.05％和消泡剂1％～2％；
异氰酸根组份由以下重量百分数的原料制成：碳化二亚胺改性的液化MDI 50％～90％、粗MDI 10％～30％和增塑剂10％～20％。
其中：
聚环氧丙烷醚多元醇的数均分子量为300～5000，官能度为3或4。
聚环氧丙烷醚多元醇为PPG300、PPG400、PPG500、PPG450或PPG330N中的至少两种。
聚合物组份和异氰酸根组份中的增塑剂均为DOTP(对苯二甲酸二辛酯)或DOP(邻苯二甲酸二辛酯)中的一种或两种。
催化剂选自有机铋催化剂、有机锌催化剂或锆类催化剂中的一种或多种，均为常规市售产品，锆类催化剂为邮寄锆催化剂，有机铋催化剂优选铋含量为16％或18％的有机铋催化剂。
消泡剂为氟改性有机硅消泡剂，氟改性有机硅消泡剂优选氟改性有机硅消泡剂YSA-1600。
本发明所述的聚氨酯弹性体代木材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚合物组份的制备
将聚环氧丙烷醚多元醇、增塑剂、催化剂和消泡剂混合均匀后得到聚合物组份；
(2)异氰酸根组份的制备
将异氰酸根组份的所有原料常温下混合均匀即得到NCO％为25％～26.5％的含异氰酸根组分；
(3)使用时，分别在聚合物组份和异氰酸根组份中加入填料，搅拌均匀后，将聚合物组份和异氰酸根组份按质量比为100：100的比例混合，搅拌均匀后，脱除气泡，浇入模具中固化，脱模后熟化，得到聚氨酯弹性体代木材料。
其中：
固化温度为室温，固化时间为6-10分钟。
步骤(3)中熟化时间为7-9小时。
步骤(3)中填料为本领域常规填料，优选为滑石粉或珍珠粉。填料与聚合物组份的质量比为1:1，填料与异氰酸根组份的质量比为1:1。添加填料后的聚合物组份和添加填料后的异氰酸根组份按质量比为100：100的比例混合。
得到产品邵氏为80D～83D，热变形温度为56℃～68℃，热变形温度的测试方法是试样在1.82MPa压力下以5±0.5℃/6min的速率升温，待出现相对变形时试样的温度。
本发明制备的聚氨酯弹性体代木材料是一种代替木头用于制作模具的聚氨酯弹性体。
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明得到的聚氨酯弹性体代木材料，其生产的产品具有木头的硬度，热变形小，易于机器加工，加工尺寸精度高等优点，且产品环保、成本低，比较适合于做模具、检具、夹具、治具等精度比较高的产品。
(2)本发明得到的聚氨酯弹性体代木材料，比环氧树脂代木材料韧性更好，热稳定性更高，更环保。
(3)本发明还提供其制备方法，工艺合理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
以下实施例，未作特别说明，百分数均指质量百分数。
实施例中所有原料除特殊说明外，均为市购。
实施例所用材料:
PPG400      数均分子量400，聚环氧丙烷醚三元醇
PPG500     数均分子量500，聚环氧丙烷醚三元醇
PPG450     数均分子量450，聚环氧丙烷醚四元醇
PP G300     数均分子量300，聚环氧丙烷醚四元醇
PPG330N       数均分子量5000，伯羟基含量75％，聚环氧丙烷醚三元醇
液化MDI    碳化二亚胺改性的MDI
PM-200     粗MDI，多苯基多次甲基多异氰酸酯的一种。
DOTP        对苯二甲酸二辛酯
DOP        邻苯二甲酸二辛酯
消泡剂      氟改性的有机硅消泡剂。
实施例1
聚合物组份官能度3、分子量400的聚醚多元醇(PPG400)30％，官能度4、分子量500的聚醚多元醇(PPG500)55％，增塑剂DOTP 12.95％，有机铋锌复合催化剂(有机铋催化剂和有机锌催化剂按质量比为1:1混合)0.05％，氟改性的有机硅消泡剂2％，混合均匀后得到聚合物组份。
异氰酸根组份：将65％炭化二亚胺改性的液化MDI与20％ PM-200和15％增塑剂DOTP在常温下混合均匀后得到异氰酸根含量为26.5％的混合物。
将聚合物组份与预聚物组份的温度控制在30℃，在聚合物组份中加入同质量的玻璃微珠粉等填料，在预聚物组份中加入同质量的玻璃微珠粉等填料，然后将添加填料后的聚合物组份和添加填料后的异氰酸根组份按照质量比为100：100的比例混合，搅拌均匀后，脱除气泡，浇入模具中，室温固化，固化时间10分钟，25分钟脱模，继续熟化8小时，得到邵氏80D聚氨酯弹性体，热变形温度为64℃。热变形温度的测试方法是试样在1.82MPa压力下以5±0.5℃/6min的速率升温，待出现相对变形时试样的温度。
实施例2
聚合物组份：官能度4、分子量300的聚醚多元醇(PPG400)20％，官能度3、分子量500的聚醚多元醇(PPG500)50％，增塑剂DOTP 27.97％，有机铋催化剂0.03％，氟改性的有机硅消泡剂2％，混合均匀后得到聚合物组份。
含异氰酸根组份：将60％炭化二亚胺改性的液化MDI与20％PM200和20％增塑剂DOP在常温下混合均匀后得到异氰酸根含量为25％的混合物。
将聚合物组份与预聚物组份的温度控制在25℃，在聚合物组份中加入同质量的玻璃微珠粉等填料，在预聚物组份中加入同质量的玻璃微珠粉等填料，然后将添加填料后的聚合物组份和添加填料后的异氰酸根组份按照质量比为100：100的比例混合，搅拌均匀后，脱除气泡，浇入模具中，室温固化，固化时间7分钟，30分钟脱模，继续熟化9小时，得到邵氏80D聚氨酯弹性体，热变形温度为66℃。热变形温度的测试方法是试样在1.82MPa压力下以5±0.5℃/6min的速率升温，待出现相对变形时试样的温度。
实施例3
聚合物组份：官能度4、分子量300的聚醚多元醇(PPG300)25％，官能度3、分子量500的聚醚多元醇(PPG500)40％，增塑剂DOTP 33.95％，有机铋催化剂0.05％，氟改性的有机硅消泡剂1％，混合均匀后得到聚合物组份。
含异氰酸根组份：将55％炭化二亚胺改性的液化MDI与30％PM200和15％增塑剂DOTP在常温下混合均匀后得到异氰酸根含量为26.5％的混合物。
将聚合物组份与预聚物组份的温度控制在40℃，在聚合物组份中加入同质量的玻璃微珠粉等填料，在预聚物组份中加入同质量的玻璃微珠粉等填料，然后将添加填料后的聚合物组份和添加填料后的异氰酸根组份按照质量比为100：100的比例混合，搅拌均匀后，脱除气泡，浇入模具中，室温固化，固化时间6分钟，20分钟脱模，继续熟化7小时，得到邵氏83D聚氨酯弹性体，热变形温度为68℃。热变形温度的测试方法是试样在1.82MPa压力下以5±0.5℃/6min的速率升温，待出现相对变形时试样的温度。
对比例
聚合物组份：官能度3、分子量400的聚醚多元醇(PPG400)55％，官能度4、分子量500的聚醚多元醇(PPG500)20％，官能度3、分子量5000的聚醚多元醇(330N)22.95％，有机铋锌复合催化剂0.05％，吸水剂2％，混合均匀后得到聚合物组份。
预聚物组份：将90％炭化二亚胺改性的液化MDI与10％增塑剂DOTP在常温下混合均匀后得到异氰酸根含量为26％的混合物。
将聚合物组份与预聚物组份的温度控制在30℃，在聚合物组份中加入同质量的玻璃微珠粉等填料，在预聚物组份中加入同质量的玻璃微珠粉等填料，然后将添加填料后的聚合物组份和添加填料后的异氰酸根组份按照质量比为100：100的比例混合，搅拌均匀后，脱除气泡，浇入模具中，室温固化，固化时间10分钟，25分钟脱模，继续熟化八小时，得到邵氏81D聚氨酯弹性体，热变形温度为54℃。热变形温度的测试方法是试样在1.82MPa压力下以5±0.5℃/6min的速率升温，待出现相对变形时试样的温度。
对实施例1-3和对比例制备得到的产品进行性能测试，结果见表1。
表1  实施例1-3和对比例制备得到的产品的性能测试结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
硬度(邵D) 80D 80D 83D 81D
热变形温度(℃) 64 66 68 54
韧性 良好 良好 良好 良好

Claims (9)

1.一种聚氨酯弹性体代木材料，其特征在于：由聚合物组份和异氰酸根组份制成：
聚合物组份由以下重量百分数的原料制成：聚环氧丙烷醚多元醇66％～87％、增塑剂12.95％-33.95％、催化剂0.03％～0.05％和消泡剂1％～2％；
异氰酸根组份由以下重量百分数的原料制成：碳化二亚胺改性的液化MDI 50％～90％、粗MDI 10％～30％和增塑剂10％～20％。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体代木材料，其特征在于：聚环氧丙烷醚多元醇的数均分子量为300～5000，官能度为3或4。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯弹性体代木材料，其特征在于：聚环氧丙烷醚多元醇为PPG300、PPG400、PPG500、PPG450或PPG330N中的至少两种。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体代木材料，其特征在于：聚合物组份和异氰酸根组份中的增塑剂均为邻苯二甲酸二辛酯或对苯二甲酸二辛酯中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体代木材料，其特征在于：催化剂选自有机铋催化剂、有机锌催化剂或锆类催化剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体代木材料，其特征在于：增塑剂为DOTP或DOP中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体代木材料，其特征在于：消泡剂为氟改性有机硅消泡剂。
8.一种权利要求1-7任一所述的聚氨酯弹性体代木材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)聚合物组份的制备
将聚环氧丙烷醚多元醇、增塑剂、催化剂和消泡剂混合均匀后得到聚合物组份；
(2)异氰酸根组份的制备
将异氰酸根组份的所有原料常温下混合均匀即得到NCO％为25％～26.5％的含异氰酸根组分；
(3)使用时，分别在聚合物组份和异氰酸根组份中加入填料，搅拌均匀后，将聚合物组份和异氰酸根组份按质量比为100：100的比例混合，搅拌均匀后，脱除气泡，浇入模具中固化，脱模后熟化，得到聚氨酯弹性体代木材料。
9.根据权利要求8所述的聚氨酯弹性体代木材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中固化温度为室温，固化时间为6-10分钟。
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