CN104479091A - 低密度高硬度聚氨酯鞋底材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料及其制备方法,包括A组分和B组分,A组分的组成成分和质量比为:聚酯多元醇∶扩链剂∶发泡剂∶催化剂A∶匀泡剂=100∶(5~30)∶(0.3~3.0)∶(0.3~3.0)∶(0.3~2.5);B组分是由异氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇在副反应阻止剂存在下进行预聚反应制得,原料的质量比为:异氰酸酯∶聚酯多元醇∶聚醚多元醇=100∶(20~50)∶(5~30)。用其制得的鞋底制品密度低,鞋材不收缩,不扭曲,尺寸稳定,硬度较高;A组分与B组分混合物料的混合比宽容度好、混合料流动性好,制品脱模时间短、表面质量好,和鞋的其它独立元件如内嵌物、鞋帮、外底的粘接性好。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯材料领域,具体涉及到一种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展,人民的生活水平日益提高,人们追求更加舒适的生活品质,传统的材料已不能满足人们的要求。聚氨酯作为新型多功能高分子材料,属于高科技、高性能、高附加值的产品,在材料工业中占有重要地位,已发展成为世界六大合成材料之一。聚氨酯鞋底呈微孔结构,具有强度高、耐磨、韧性好、耐折、穿着轻便舒适的特点,同时由于聚氨酯材料的摩擦系数大,耐油、耐化学样品性能好,且易于加工成型和改变品种型号,故可以制成各种不同用途、不同花色品种的鞋,满足人们不同的需求。降低密度是聚氨酯鞋材供应商通常的要求之一,只有这样才能降低成本,与低密度EVA及某些PVC等传统非聚氨酯鞋材竞争,但在降低密度的同时鞋底材料不可避免的会降低其性能,密度过低会造成产品硬度下降、鞋底收缩变形、表面容易脱皮等一系列问题,如市面上出售的一般普通聚氨酯鞋底液,鞋底制成品密度一般在0.5~0.6g/cm3左右,硬度为50~70邵氏A,它们通过添加多种物理或化学发泡剂,也能降低一定的密度,但降低至0.4~0.5g/cm3时,不可避免会出现硬度下降、鞋底收缩变形、表面容易脱皮等一系列质量问题。因此,如何制备低密度高硬度聚氨酯鞋底材料是本行业正在探索的一个课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料及其制备方法,用这种聚氨酯鞋底材料可制成低密度高硬度的鞋底,尺寸稳定,性能令人满意,达到制品的应用要求。
这种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料包括A组分和B组分,所述的A组分为聚酯多元醇、扩链剂、发泡剂、催化剂A、匀泡剂的混合物,其组成成分的质量比为:聚酯多元醇∶扩链剂∶发泡剂∶催化剂A∶匀泡剂=100∶(5~30)∶(0.3~3.0)∶(0.3~3.0)∶(0.3~2.5);所述的B组分是由异氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇在副反应阻止剂存在下进行预聚反应制得,进行预聚反应的异氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇的加入量以质量计为:异氰酸酯∶聚酯多元醇∶聚醚多元醇=100∶(20~50)∶(5~30)。
将A组分与B组分充分混合后,注入模具反应成型,脱模,熟化,即可得到制品。制得的鞋底制品密度低,聚氨酯鞋材的成型密度可在0.2~0.50g/cm3内调节;鞋材不收缩,不扭曲,尺寸稳定;聚氨酯鞋材的硬度较高,为70~85邵氏A;A组分与B组分混合物料的混合比宽容度好、混合料流动性好,制品脱模时间短、表面质量好,和鞋的其它独立元件如内嵌物、鞋帮、外底的粘接性好。
具体实施方式
这种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料包括A组分和B组分,所述的A组分为聚酯多元 醇、扩链剂、发泡剂、催化剂A、匀泡剂的混合物,其组成成分的质量比为:聚酯多元醇∶扩链剂∶发泡剂∶催化剂A∶匀泡剂=100∶(5~30)∶(0.3~3.0)∶(0.3~3.0)∶(0.3~2.5);所述的B组分是由异氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇在副反应阻止剂存在下进行预聚反应制得,进行预聚反应的异氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇的加入量以质量计为:异氰酸酯∶聚酯多元醇∶聚醚多元醇=100∶(20~50)∶(5~30)。
用这种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料制作鞋底时,控制A组分和B组分的温度为40~50℃,调整A组分和B组分的用量,按A组分的活泼氢摩尔数与B组分的-NCO的摩尔数之比为100∶100将两组分充分混合,注入模具,反应成型,脱模,熟化,得到制品。成型反应在3~6min内完成,制得的鞋底制品密度低,聚氨酯鞋材的成型密度可在0.2~0.50g/cm3内调节;鞋材的硬度,由A、B料具体配方及加入的扩链剂决定。
这种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料中,所述A组分或B组分的原料中的聚酯多元醇可由二元酸和多元醇在催化剂B的作用下制得;上述制备过程中的二元酸和多元醇的质量比为1∶(0.5~2);上述制备过程中的催化剂B为钛酸四异丙酯,它的用量以质量计与二元酸和多元醇的总质量的比例为1∶(120~250);所制得的聚酯多元醇的官能度可控制在2~2.7;上述制备过程中的二元酸可为己二酸(AA)和对苯二甲酸(PTA)以质量比1∶(0.2~1)相混合的混合物,上述制备过程中的多元醇可为乙二醇(EG)和一缩二乙二醇(DEG)和三羟甲基丙烷(TMP)以质量比1∶(0.5~3)∶(0.01~0.05)相混合的混合物。
这种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料中,所述的A组分中的扩链剂可以为1,4-丁二醇(1,4-BG)、乙二醇(EG)、一缩二乙二醇(DEG)中的一种或两种以上以任意比例的混合物;所述的A组分中的催化剂A可以为二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、四甲基二亚乙基三胺中的一种或者多种混合物;所述的A组分中的匀泡剂可以为有机硅匀泡剂DC-193、DC-3042或DC-3043中的一种或两种以上以任意比例的混合物;所述的A组分中的发泡剂可以为水、氯氟烃中的一种或两种以任意比例的混合物。
这种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料中,所述的B组分的原料中的聚醚多元醇可以为聚氧化丙烯多元醇、聚氧化乙烯共聚醚多元醇和聚四氢呋喃多元醇中一种或几种;所述的B组分的原料中的异氰酸酯可以为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、碳化二亚胺改性MDI、多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)的一种或两种以上以任意比例的混合物;所述的B组分的原料中的副反应阻止剂可以为无机酸、有机酸、或苯甲酰氯。
这种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料的制备方法包括以下步骤:
(1)聚酯多元醇的制备:将二元酸和多元醇在催化剂B的作用下,在氮气保护下于140℃~250℃进行聚酯化反应,反应至酸值降为1mgKOH/g以下,羟值为30~200mgKOH/g时停止反应,制得聚酯多元醇,聚酯多元醇的官能度控制在2~2.7;
(2)A组份的制备:将聚酯多元醇与扩链剂、发泡剂、催化剂A、匀泡剂加入反应釜,升温到50~80℃混合均匀,再冷却至35~40℃出料,获得A组份。最终产物在40~50℃时为液态,粘度约为200~600CPs。
(3)B组份的制备:将聚酯多元醇、聚醚多元醇和异氰酸酯在副反应终止剂存在下于70~80℃条件下反应2~3h,获得B组份。最终产物在40~50℃时为液态,粘度约为100~300CPs。
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围并不限于此。实施例1~5为聚酯多元醇的制备,其中实施例4和实施例5各重复4次;实施例6~12为低密度高硬度聚氨酯鞋底材料的制备。
各实施例中所用的原料中,聚醚多元醇选用购自天津第三石油化工厂的聚醚二醇产品,牌号为ZS-T280,分子量为4000;有机硅匀泡剂选用购自美国气体化工产品公司产品,牌号为DC-3043;其余材料均为自制。
实施例1:
制备聚酯多元醇1:将565gAA、141gPTA、220gEG、220gDEG、40gTMP和5g催化剂钛酸四异丁酯混合,氮气保护下加热至230℃进行聚酯化反应,反应18Hr,酸值为0.3mgKOH/g、羟值为147mgKOH/g时停止反应,制得聚酯多元醇960g。
实施例2:
制备聚酯多元醇2:将488gAA、209gPTA、200gEG、200gDEG、67gTMP和5g催化剂钛酸四异丁酯混合,氮气保护下加热至240℃进行聚酯化反应,反应20 Hr,酸值为0.3mgKOH/g、羟值为160mgKOH/g时停止反应,制得聚酯多元醇960g。
实施例3:
制备聚酯多元醇3:将543gAA、135gPTA、135gEG、310gDEG、45gTMP和5g催化剂钛酸四异丁酯混合,氮气保护下加热至230℃进行聚酯化反应,反应18Hr,酸值0.3mgKOH/g、羟值为112mgKOH/g时停止反应,制得960g聚酯多元醇。
实施例4:
制备聚酯多元醇4:将707gAA、142gEG、330gDEG和5g催化剂钛酸四异丁酯混合,氮气保护下加热至220℃进行聚酯化反应,反应16Hr,酸值0.4mgKOH/g、羟值为56mgKOH/g时停止反应,制得聚酯多元醇961g。
实施例5:
制备聚酯多元醇5:将696gAA、145gEG、335gDEG和5g催化剂钛酸四异丁酯混合,氮气保护下加热至220℃进行聚酯化反应,反应16,酸值0.3mgKOH/g、羟值为74mgKOH/g时停止反应,制得聚酯多元醇961g。
实施例6:
1、A组分原料:
聚酯多元醇1 300g
聚酯多元醇4 500g
聚酯多元醇5 200g
扩链剂(EG) 150g
有机硅匀泡剂 6.5g
水 4.5g
催化剂(三乙烯二胺) 18g
2、B组分原料:
4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯 638g
碳化二亚胺改性MDI 90g
聚酯多元醇1 62g
聚醚多元醇ZS-T280 210g
磷酸 0.06g
3、制备过程:
将A组分的原料投入反应釜中,升温至60℃混合均匀3小时,再冷却至40℃后出料,密封保存;
将B组分的原料置于反应釜中,在氮气保护下升温至75℃,反应2.5小时,降温至45℃,取样分析游离-NCO含量为23%,密封保存。
实施例7:
1、A组分原料:
聚酯多元醇2 400g
聚酯多元醇4 100g
聚酯多元醇5 500g
扩链剂(EG) 100g
扩链剂(1,4BG) 50g
有机硅匀泡剂 7g
水 5.5g
催化剂(三乙烯二胺) 2.2g
2、B组分原料:
3、制备过程:
将A组分的原料投入反应釜中,升温至60℃混合均匀2小时,再冷却至40℃后出料,密封保存;
将B组分的原料置于反应釜中,在氮气保护下升温至75℃,反应2.5小时,降温至45℃,取样分析游离-NCO含量为23.3%,密封保存。
实施例8:
1、A组分原料:
聚酯多元醇1 100g
聚酯多元醇3 100g
聚酯多元醇4 300g
聚酯多元醇5 500g
扩链剂(EG) 100g
扩链剂(1,4BG) 20g
有机硅匀泡剂 6.3g
水 5.3g
催化剂(三乙烯二胺) 20g
2、B组分原料:
4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯 534g
碳化二亚胺改性MDI 65g
多苯基多亚甲基多异氰酸酯 93g
聚酯多元醇3 62g
聚酯多元醇4 201g
聚醚多元醇 ZS-T280 45g
磷酸 0.06g
3、制备过程:
将A组分的原料投入反应釜中,升温至60℃混合均匀3小时,再冷却至40℃后出料,密封保存;
将B组分的原料置于反应釜中,在氮气保护下升温至75℃,反应2.5小时,降温至45℃,取样分析游离-NCO含量为23.2%,密封保存。
实施例9:
1、A组分原料:
聚酯多元醇2 100g
聚酯多元醇3 200g
聚酯多元醇4 200g
聚酯多元醇5 500g
扩链剂(EG) 150g
扩链剂(1,4BG) 50g
有机硅匀泡剂 5g
水 6g
催化剂(三乙烯二胺) 16g
2、B组分原料:
4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯 652g
碳化二亚胺改性MDI 59g
聚酯多元醇1 52g
聚酯多元醇2 250g
聚酯多元醇5 144g
聚醚多元醇ZS-T280 43g
磷酸 0.07g
3、制备过程:
将A组分的原料投入反应釜中,升温至60℃混合均匀2小时,再冷却至40℃后出料,密封保存;
将B组分的原料置于反应釜中,在氮气保护下升温至75℃,反应3小时,降温至40℃,取样分析游离-NCO含量为23.5%,密封保存。
实施例10:
1、A组分原料:
聚酯多元醇1 200g
聚酯多元醇4 500g
聚酯多元醇5 300g
扩链剂(EG) 200g
有机硅匀泡剂 6.6g
水 6.5g
催化剂(三乙烯二胺) 18g
2、B组分原料:
4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯 558g
碳化二亚胺改性MDI 73g
多苯基多亚甲基多异氰酸酯 75g
聚酯多元醇4 145g
聚酯多元醇5 103g
聚醚多元醇ZS-T280 46g
磷酸 0.065g
3、制备过程:
将A组分的原料投入反应釜中,升温至60℃混合均匀2.5小时,再冷却至40℃后出料,密封保存;
将B组分的原料置于反应釜中,在氮气保护下升温至75℃,反应2.5小时,降温至45℃,取样分析游离-NCO含量为23.3%,密封保存。
实施例11:
1、A组分原料:
聚酯多元醇1 100g
聚酯多元醇4 600g
聚酯多元醇5 300g
扩链剂(EG) 200g
扩链剂(1,4BG) 50g
有机硅匀泡剂 7g
水 6.2g
催化剂(三乙烯二胺) 20g
2、B组分原料:
4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯 544g
碳化二亚胺改性MDI 103g
聚酯多元醇4 154g
聚酯多元醇5 92g
聚醚多元醇ZS-T280 50g
磷酸 0.07g
3、制备过程:
将A组分的原料投入反应釜中,升温至60℃混合均匀3小时,再冷却至40℃后出料,密封保存;
将B组分的原料置于反应釜中,在氮气保护下升温至75℃,反应2.5小时,降温至45℃,取样分析游离-NCO含量为23.5%,密封保存。
实施例12:
1、A组分原料:
聚酯多元醇2 100g
聚酯多元醇4 500g
聚酯多元醇5 400g
扩链剂(EG) 250g
有机硅匀泡剂 6.5g
水 20g
催化剂(三乙烯二胺) 20g
2、B组分原料:
4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯 603g
碳化二亚胺改性MDI 55g
多苯基多亚甲基多异氰酸酯 63g
聚酯多元醇4 100g
聚酯多元醇5 129g
聚醚多元醇ZS-T280 5g
磷酸 0.06g
3、制备过程:
将A组分的原料投入反应釜中,升温至60℃混合均匀2.5小时,再冷却至40℃后出料,密封保存;
将B组分的原料置于反应釜中,在氮气保护下升温至75℃,反应2.5小时,降温至45℃,取样分析游离-NCO含量为23.3%,密封保存。
将实施例6~12所制得的低密度高硬度聚氨酯鞋底材料分别制成鞋底试样,方法为:控制A组分和B组分的温度为40~50℃,调整A组分和B组分的用量,使A组分的活泼氢摩尔数与B组分的-NCO的摩尔数之比为100:100,将两组分充分混合,注入模具反应成型,脱模,熟化,得到制品。结果如下表:
实施例12的结果比较差,其原因是水份有点高,使密度稍有下降,表面变差,性能下降。
Claims (5)
1.一种低密度高硬度聚氨酯鞋底材料,其特征在于此种聚氨酯鞋底材料包括A组分和B组分,所述的A组分为聚酯多元醇、扩链剂、发泡剂、催化剂A、匀泡剂的混合物,其组成成分的质量比为:聚酯多元醇∶扩链剂∶发泡剂∶催化剂A∶匀泡剂=100∶(5~30)∶(0.3~3.0)∶(0.3~3.0)∶(0.3~2.5);所述的B组分是由异氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇在副反应阻止剂存在下进行预聚反应制得,进行预聚反应的异氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇的加入量以质量计为:异氰酸酯∶聚酯多元醇∶聚醚多元醇=100∶(20~50)∶(5~30)。
2.如权利要求1所述的低密度高硬度聚氨酯鞋底材料,其特征在于所述A组分或B组分的原料中的聚酯多元醇由二元酸和多元醇在催化剂B的作用下制得;上述制备过程中的二元酸和多元醇的质量比为1:(0.5~2);上述制备过程中的催化剂B为钛酸四异丙酯;所制得的聚酯多元醇的官能度控制在2~2.7;上述制备过程中的二元酸为己二酸和对苯二甲酸以质量比1:(0.2~1)相混合的混合物,上述制备过程中的多元醇为乙二醇和一缩二乙二醇和三羟甲基丙烷以质量比1:(0.5~3):(0.01~0.05)相混合的混合物。
3.如权利要求2所述的低密度高硬度聚氨酯鞋底材料,其特征在于所述的A组分中的扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇中的一种或两种以上以任意比例的混合物;所述的A组分中的催化剂A为二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、四甲基二亚乙基三胺中的一种或者多种的混合物;所述的A组分中的匀泡剂为DC-193、DC-3042或DC-3043中的一种或两种以上以任意比例的混合物;所述的A组分中的发泡剂为水、氯氟烃中的一种或两种以任意比例的混合物。
4.如权利要求3所述的低密度高硬度聚氨酯鞋底材料,其特征在于所述的B组分的原料中的聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇、聚氧化乙烯共聚醚多元醇和聚四氢呋喃多元醇中一种或几种;所述的B组分的原料中的异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性MDI、多苯基多亚甲基多异氰酸酯的一种或两种以上以任意比例的混合物;所述的B组分的原料中的副反应阻止剂为无机酸、有机酸、或苯甲酰氯。
5.权利要求2~4所述的低密度高硬度聚氨酯鞋底材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)聚酯多元醇的制备:将二元酸和多元醇在催化剂B的作用下,在氮气保护下于140℃~250℃进行聚酯化反应,反应至酸值降为1mgKOH/g以下,羟值为30~200mgKOH/g时停止反应,制得聚酯多元醇,聚酯多元醇的官能度控制在2~2.7;
(2)A组份的制备:将聚酯多元醇与扩链剂、发泡剂、催化剂A、匀泡剂加入反应釜,升温到50~80℃混合均匀,再冷却至35~40℃出料,获得A组份;
(3)B组份的制备:将聚酯多元醇、聚醚多元醇和异氰酸酯在副反应终止剂存在下于70~80℃条件下反应2~3h,获得B组份。
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