CN104558496A - 一种热塑性聚氨酯微孔弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以可膨胀微球作发泡剂的热塑性聚氨酯微孔弹性体及其制备方法。在采用一步法合成热塑性聚氨酯弹性体的过程中添加可膨胀微球，混合均匀后置于可膨胀微球的膨胀温度窗口之间反应一定时间即制得热塑性聚氨酯微孔弹性体。通过发明制备的热塑性聚氨酯弹性体密度低、表面质量和力学性能优异，易于回收利用，可以用作汽车保险杠、缓冲垫片、缓冲块和运动鞋底等领域。

Description

一种热塑性聚氨酯微孔弹性体及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物制备技术领域，公开了一种添加可膨胀微球的热塑性聚氨酯微孔弹性体及其制备方法。
背景技术
聚氨酯为世界具有发展前途的合成材料之一，具有耐磨、耐折、耐油、耐化学品、较高的拉伸强度和撕裂强度等优点，被用于许多终端用途，例如汽车、高铁、制鞋工业等领域。
随着人们环保意识的增强，材料的可回收性日益得到重视，热塑性聚氨酯(TPU)由于具有良好的加工性能和优异的机械性能，并且易于回收利用，应用领域越来越广泛。近年来由于轻质微孔材料的需求日益增长，开发低密度的热塑性聚氨酯微孔弹性体已成为目前的一个研究热点。
至今通过TPU发泡来减少重量的方法一直无法提供令人满意的产品。使用化学发泡剂如偶氮二甲酰胺或碳酸氢钠使TPU发泡的模塑方法无法成功地制备密度小于0.8g/cm3的模制品。专利CN200480015783公开了一种可发泡热塑性弹性体的生产方法，通过混合可膨胀微球和TPU颗粒，然后进行热塑加工得到发泡制品。专利CN00803101在TPU热塑加工的同时加入可膨胀微球和化学发泡剂也得到较低密度的发泡TPU制品。然而以上两篇专利所提到的方法需要先制备TPU粒料，在TPU热塑加工前需要把发泡剂和TPU混合在一起，由于TPU熔体粘度较大，发泡剂和TPU熔体很难混合均匀。该方法增加了制备热塑性聚氨酯微孔弹性体的步骤，浪费能源，因此需要探索新的TPU微孔弹性体的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于缓冲减震方面的热塑性聚氨酯微孔弹性体及其制备方法。通过在合成热塑性聚氨酯弹性体的过程中添加可膨胀微球，混合均匀后置于可膨胀微球的膨胀温度窗口之内，一边反应一边发泡，一步法制备热塑性聚氨酯微孔弹性体。
本发明的目的可通过多元醇（B）组分和二异氰酸酯（A）组分反应而实现，关键在于在于体系反应温度与可膨胀微球膨胀温度的匹配及反应速度与可膨胀微球膨胀速度的匹配。本发明所用原料的水含量均须低于0.1%，NCO基团与OH基团的摩尔比为0.95~1.05。一种热塑性聚氨酯微孔弹性体的制备方法为：按比例称取低聚物二醇、扩链剂、抗氧剂、消泡剂、紫外光吸收剂、光稳定剂、催化剂、可膨胀微球。将称量好的原料置于预热至60~80oC的反应釜中，搅拌5~30min，使原料混合均匀即得B组分。称取预热至60~80oC的A组分，加入反应釜中高速混合0.5~5min，真空脱除气泡，然后注入预热至90~190oC的密闭模具中反应5~40min，冷却脱模得到半成品，将半成品放入80~130oC的烘箱熟化10~24小时，即得制品。
有益效果
本发明通过在B组分添加可膨胀微球，控制温度与催化剂用量，使反应温度与可膨胀微球的膨胀温度及反应速度与可膨胀微球的膨胀速度相匹配，一步法制备热塑性聚氨酯微孔弹性体。本方法工艺简便易行，步骤较少，所制备的热塑性聚氨酯微孔弹性体泡孔均匀、密度较低，并且具有优异的表面质量和力学性能，可以用于制作汽车保险杠、缓冲垫片、缓冲块和运动鞋底等产品，并且还具有热塑性聚氨酯易于回收利用的特点。
具体实施方式 ：
实施例 1
各组分的质量份数见表1，制备方法如下：
按比例称取聚己内酯二醇、扩链剂1,4-丁二醇、抗氧剂、消泡剂、紫外光吸收剂、光稳定剂、催化剂、可膨胀微球。将称量好的原料置于预热至60~80oC的反应釜中，搅拌10~30min。称取预热至60~80oC的二苯基甲烷二异氰酸酯，置于反应釜中高速混合0.5~5min，真空脱除气泡，然后注入预热至170oC的密闭模具中反应15min，冷却脱模得到半成品，将半成品放入100±5oC的烘箱熟化10~24小时，即得制品。
所得制品外观光滑平整，泡孔分布均匀，其主要性能指标见表2。
实施例 2
各组分的质量份数见表1，制备方法如下：
按比例称取聚己内酯二醇、扩链剂1,4-丁二醇、抗氧剂、消泡剂、紫外光吸收剂、光稳定剂、催化剂、可膨胀微球。将称量好的原料置于预热至60~80oC的反应釜中，搅拌10~30min。称取预热至60~80oC的二苯基甲烷二异氰酸酯，置于反应釜中高速混合0.5~5min，真空脱除气泡，然后注入预热至160oC的密闭模具中反应30min，冷却脱模得到半成品，将半成品放入100±5oC的烘箱熟化10~24小时，即得制品。
所得制品外观光滑平整，泡孔分布均匀，其主要性能指标见表2。
实施例 3
各组分的质量份数见表1，制备方法如下同实施例1。.所得制品外观光滑平整，泡孔分布均匀，其主要性能指标见表2。
实施例 4
各组分的质量份数见表1，制备方法如下同实施例1。 所得制品外观光滑平整，泡孔分布均匀，其主要性能指标见表2。
实施例 5
各组分的质量份数见表1，制备方法如下同实施例1. 所得制品外观光滑平整，泡孔分布均匀，其主要性能指标见表2。
实施例 6
各组分的质量份数见表1，制备方法如下同实施例1。 所得制品外观光滑平整，泡孔分布均匀，其主要性能指标见表2。
表1 实施例1-6的组成
表2 实施例1-6制备样品的力学性能
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
硬度/邵A 61±1 61±2 63±1 57±2 57±1 52±2
密度/(g/cm3) 0.59 0.59 0.66 0.44 0.60 0.53
拉伸强度/MPa 7.3 6.6 8.8 4.5 7.3 5.5
断裂伸长率/% 420 450 500 400 500 450
撕裂强度/(N/mm) 36 32 42 26 31 28

Claims (8)

1.一种热塑性聚氨酯微孔弹性体，其特征在于由A组分和B组分反应得到，其中A组分为二异氰酸酯，以重量份计：A组分/B组分为10~40/100。
2.根据权利要求1所述的二异氰酸酯酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、1,5-萘二异氰酸酯（NDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、3,3’-二甲基-4,4’-联苯二异氰酸酯（TODI）、对苯二异氰酸酯（PPDI）、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯（H12MDI）中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的B组分为，以重量份计：
低聚物二元醇：70~95；扩链剂：2~20；消泡剂：0.05~0.3；催化剂：0.001~0.1；抗氧剂：0.05~1；紫外光吸收剂：0.2~1；光稳定剂： 0.2~2；可膨胀微球：0.5~10。
4.根据权利要求3所述的低聚物二元醇为聚酯二元醇、聚醚二元醇、聚己内酯二元醇、聚烯烃二元醇中的一种或多种的混合物，其数均分子量为800~6000；所述的扩链剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、对苯二酚双(β-羟乙基)醚中的一种或几种的混合物；所述的消泡剂为聚醚改性有机硅表面活性剂；所述的催化剂为二甲基乙醇胺、三亚乙基二胺、三乙胺、四甲基丁二胺、N, N-甲基二环己基胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、辛酸锌、油酸钾，环烷酸锌，乙酰丙酮铁中的一种或多种的混合物；所述的抗氧剂选自受阻酚、硫酯和亚磷酸酯中的一种或多种的混合物，紫外光吸收剂选自苯并三唑类化合物，光稳定剂选自受阻胺类化合物；所述可膨胀微球为加热可以膨胀的微胶囊，由气体阻隔性良好的聚合物外壳和由其包裹的发泡剂组成。
5.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯微孔弹性体，其特征在于：所述的热塑性聚氨酯微孔弹性体的异氰酸酯数（R）为0.98~1.05。
6.根据权利要求1，5所述的热塑性聚氨酯微孔弹性体，其特征在于：所述的热塑性聚氨酯微孔弹性体的成型密度在0.2~0.9g/cm3。
7.根据权利要求3，4所述的可膨胀微球，其特征在于：所述的可膨胀微球初始粒径在5~40μm，最大膨胀温度为90oC~210oC。
8.根据权利要求1，5，6所述的热塑性聚氨酯微孔弹性体的制备方法，其特征在于：将低聚物二元醇、扩链剂、消泡剂、催化剂、抗氧剂、紫外光吸收剂、光稳定剂、可膨胀微球置于带有搅拌的容器中，加热至50~80 oC，搅拌5~30min，加入计量的二异氰酸酯， NCO基团与OH基团的摩尔比为0.95:1至1.05:1，高速混合0.5~5min形成组成均一的混合物，迅速将反应物真空脱泡，然后倒入预热至90~190 oC的密闭模具中，反应5~40分钟后脱模，将脱模后的半成品放入80~130 oC烘箱中后熟化10~24小时，即得成品。
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