CN105399918B - 胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料及其制备方法，所述胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料的原料组成以重量份计，包括：聚氨酯预聚体100份，硅烷封端剂1～10份，交联剂1～5份，抗静电剂1～10份，催化剂0.01～0.1份；其中所述聚氨酯预聚体由二苯基甲烷二异氰酸酯和官能度为2～3的聚环氧丙烷醚多元醇合成。本发明所得胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，耐磨性能优异，使用寿命长，节省了材料损耗。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料及其制备方法。
背景技术
目前市场上生产的胶辊，常见的有天然橡胶胶辊、合成橡胶胶辊、聚合材料胶辊等。天然橡胶胶辊和合成橡胶胶辊生产需要采用高温混炼技术和真空脱泡技术，对设备的要求严格，而且能耗高，逐渐被高性能、多功能、节能环保、寿命长、适用范围广的聚氨酯胶辊取代。聚氨酯胶辊具有优异的物理性能和化学性能，胶体材料和芯轴黏接牢固，适应不同的温度和湿度条件；胶体具有足够的表面黏度，可保证胶辊在印刷过程中有良好的传墨及着墨性能；适合各种类型的油墨及印刷方法。对各类油墨、润版液、清洗剂中的溶剂成分有特殊的耐抗性；长期使用胶辊保持良好的物理弹性，而且耐撕裂性能、回弹性能良好，耐磨性能极佳；因此使用寿命长，易保存，长期存放不影响使用效果；能够承受高压力、高转速、高湿的生产环境。文献资料数据显示，聚氨酯胶辊的抗张强度、耐磨性是天然橡胶胶辊的3倍和5倍；压缩永久变形、回弹性较好；聚氨酯胶辊使用寿命为一般胶辊的3倍以上。
由于聚氨酯预聚体粘度难以控制，预聚体容易发生自聚反应而引起粘度大幅度上升，导致抗静电剂难以添加；且可操作时间变短，浇注后真空排泡难度大。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料及其制备方法。本发明胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料粘度稳定，不会发生自聚凝胶，而且可操时间延长，降低了浇注后真空排泡难度；同时，本发明提高了材料的耐热稳定性和耐磨性，延长了使用寿命。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，其原料组成以重量份计，包括：聚氨酯预聚体100份，硅烷封端剂1～10份，交联剂1～5份，抗静电剂1～10份，催化剂0.01～0.1份；其中所述聚氨酯预聚体由二苯基甲烷二异氰酸酯和官能度为2～3的聚环氧丙烷醚多元醇合成。
在其中一些实施例中，其原料组成以重量份计，包括：聚氨酯预聚体100份，硅烷封端剂1～5份，交联剂1～3份，抗静电剂5～10份，催化剂0.01～0.05份。上述硅烷封端剂进一步优选为3～5份。
在其中一些实施例中，所述二苯基甲烷二异氰酸酯和所述官能度为2～3的聚环氧丙烷醚多元醇的质量比为10:1～1.5。
在其中一些实施例中，所述硅烷封端剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种。
在其中一些实施例中，所述聚氨酯预聚体的NCO基团含量为3～5wt％，粘度为80000～100000cp。
在其中一些实施例中，所述交联剂为丙三醇、三羟甲基乙烷、山梨醇中的一种。
在其中一些实施例中，所述抗静电剂为导电炭黑，粒径为2～4mm。
在其中一些实施例中，所述催化剂为乙二胺或三乙胺。
本发明还提供上述胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述聚氨酯预聚体与所述硅烷封端剂搅拌脱泡进行封端反应，得硅烷封端聚氨酯预聚体；
(2)在步骤(1)所得硅烷封端聚氨酯预聚体中依次加入所述交联剂、所述抗静电剂、所述催化剂，搅拌均匀，趁热浇入模具中，真空排泡，固化，脱模后熟化，冷却后粗磨精磨，即得。
在其中一些实施例中，所述胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述聚氨酯预聚体与所述硅烷封端剂在真空度为-0.08～-0.10MPa条件下搅拌脱泡0.4～0.6h，通氮气保护升温至80℃～85℃反应0.9～1.1h，得硅烷封端聚氨酯预聚体；
(2)在步骤(1)所得硅烷封端聚氨酯预聚体中依次加入所述交联剂、所述抗静电剂、所述催化剂，在-0.090～-0.100MPa的真空保护条件下搅拌均匀，趁热浇入模具中，真空排泡1.8～2.2min，于95～105℃烘箱中固化1.9～2.1h，脱模后于115～125℃的硫化设备中熟化9～11h，冷却后粗磨精磨，即得。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用硅烷封端技术对聚氨酯预聚体进行封端处理，保护聚氨酯预聚体两端的NCO基团，防止预聚体发生自聚反应而引起聚合物粘度增大；同时降低聚合物粘度，并且保证添加交联剂、抗静电剂、催化剂的过程中粘度增幅较小，使胶辊生产浇注排泡过程变得容易，制备工艺过程操作简易。
(2)本发明提高了聚氨酯弹性材料的耐热稳定性和耐磨性，延长了使用寿命，所得胶辊制品耐磨性能优异，硬度在35A～60A，压缩永久变形小于10％，回弹性大于80％。
具体实施方式
以下将结合具体的实施例对本发明做进一步说明。
本发明实施例所采用的原料除了聚氨酯预聚体自制外，其它均为市售常规原料。
下列实施例中所使用的聚氨酯预聚体为自制，制作工艺如下：
向反应釜中投入质量比1:1的2，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯混合物10kg，再投入平均官能度为2.6、粘度为5000cp的聚环氧丙烷醚多元醇1.2kg，常温搅拌真空脱泡0.5h。通氮气，温度升至55～65℃，搅拌反应2～3h，冷却后得到NCO％为3wt％，粘度为100000cp的聚氨酯预聚体。
实施例1
一种胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，其原料组成为：
上述胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料的制备方法，其步骤如下：
(1)反应釜中加入聚氨酯预聚体和乙烯基三甲氧基硅烷，真空-0.09MPa条件下搅拌脱泡0.5h，通氮气保护，温度升至85℃，反应搅拌1h，使反应完全，得硅烷封端聚氨酯预聚体；
(2)在步骤(1)所得硅烷封端聚氨酯预聚体中依次添加丙三醇、导电炭黑、乙二胺，真空-0.095MPa条件下搅拌0.5h，趁热把物料浇入模具且真空排泡2min，于100℃烘箱中固化2h，脱模后于120℃的硫化设备中熟化10h，冷却后经过粗磨精磨后得到制品。
实施例2
一种胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，其原料组成为：
上述胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料的制备方法，其步骤如下：
(1)反应釜中加入聚氨酯预聚体和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，真空-0.09MPa条件下搅拌脱泡0.5h，通氮气保护，温度升至85℃，反应搅拌1h，使反应完全，得硅烷封端聚氨酯预聚体；
(2)在步骤(1)所得硅烷封端聚氨酯预聚体中依次添加丙三醇、导电炭黑、乙二胺，真空-0.095MPa条件下搅拌0.5h，趁热把物料浇入模具且真空排泡2min，于100℃烘箱中固化2h，脱模后于120℃的硫化设备中熟化10h，冷却后经过粗磨精磨后得到制品。
实施例3
一种胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，其原料组成为：
上述胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料的制备方法，其步骤如下：
(1)在反应釜中加入聚氨酯预聚体和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，真空-0.09MPa条件下搅拌脱泡0.5h，通氮气保护，温度升至85℃，反应搅拌1h，使反应完全，得硅烷封端聚氨酯预聚体；
(2)在步骤(1)所得硅烷封端聚氨酯预聚体中依次添加丙三醇、导电炭黑、乙二胺，真空-0.095MPa条件下搅拌0.5h，趁热把物料浇入模具且真空排泡2min，于100℃烘箱中固化2h，脱模后于120℃的硫化设备中熟化10h，冷却后经过粗磨精磨后得到制品。
对比例1
一种胶辊用聚氨酯弹性材料，其原料组成为：
上述胶辊用聚氨酯弹性材料的制备方法，其步骤如下：
反应釜中加入聚氨酯预聚体，真空-0.09MPa条件下搅拌脱泡0.5h，然后依次添加丙三醇、导电炭黑、乙二胺，真空-0.095MPa条件下搅拌0.5h，趁热把物料浇入模具且真空排泡10min，于100℃烘箱中固化2h，脱模后于120℃的硫化设备中熟化10h，冷却后经过粗磨精磨后得到制品。
本发明各实施例所制备胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料以及对比例所得聚氨酯弹性材料的物化性能指标如下表1所示。
表1 本发明各实施例以及对比例所制备聚氨酯弹性材料成品的物化性能指标
从表1可知，本发明提高了聚氨酯弹性材料的耐热稳定性和耐磨性，延长了使用寿命，所得胶辊制品耐磨性能优异，硬度在35A～60A，压缩永久变形小于10％，回弹性大于80％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，其特征在于，其原料组成以重量份计，包括：聚氨酯预聚体100份，硅烷封端剂1～10份，交联剂1～5份，抗静电剂1～10份，催化剂0.01～0.1份；其中所述聚氨酯预聚体由二苯基甲烷二异氰酸酯和官能度为2～3的聚环氧丙烷醚多元醇合成；
所述硅烷封端剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种；
所述聚氨酯预聚体的NCO基团含量为3～5wt％，粘度为80000～100000cp；
所述胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述聚氨酯预聚体与所述硅烷封端剂搅拌脱泡进行封端反应，得硅烷封端聚氨酯预聚体；
(2)在步骤(1)所得硅烷封端聚氨酯预聚体中依次加入所述交联剂、所述抗静电剂、所述催化剂，搅拌均匀，趁热浇入模具中，真空排泡，固化，脱模后熟化，冷却后粗磨精磨，即得。
2.根据权利要求1所述的胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，其特征在于，其原料组成以重量份计，包括：聚氨酯预聚体100份，硅烷封端剂1～5份，交联剂1～3份，抗静电剂5～10份，催化剂0.01～0.05份。
3.根据权利要求1或2所述的胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，其特征在于，所述二苯基甲烷二异氰酸酯和所述官能度为2～3的聚环氧丙烷醚多元醇的质量比为10:1～1.5。
4.根据权利要求1或2所述的胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，其特征在于，所述交联剂为丙三醇、三羟甲基乙烷、山梨醇中的一种。
5.根据权利要求1或2所述的胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，其特征在于，所述抗静电剂为导电炭黑，粒径为2～4mm。
6.根据权利要求1或2所述的胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料，其特征在于，所述催化剂为乙二胺或三乙胺。
7.一种权利要求1～6任一项所述胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述聚氨酯预聚体与所述硅烷封端剂搅拌脱泡进行封端反应，得硅烷封端聚氨酯预聚体；
(2)在步骤(1)所得硅烷封端聚氨酯预聚体中依次加入所述交联剂、所述抗静电剂、所述催化剂，搅拌均匀，趁热浇入模具中，真空排泡，固化，脱模后熟化，冷却后粗磨精磨，即得。
8.根据权利要求7所述胶辊用硅烷改性聚氨酯弹性材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述聚氨酯预聚体与所述硅烷封端剂在真空度为-0.08～-0.10MPa条件下搅拌脱泡0.4～0.6h，通氮气保护升温至80℃～85℃反应0.9～1.1h，得硅烷封端聚氨酯预聚体；
(2)在步骤(1)所得硅烷封端聚氨酯预聚体中依次加入所述交联剂、所述抗静电剂、所述催化剂，在-0.090～-0.100MPa的真空保护条件下搅拌均匀，趁热浇入模具中，真空排泡1.8～2.2min，于95～105℃烘箱中固化1.9～2.1h，脱模后于115～125℃的硫化设备中熟化9～11h，冷却后粗磨精磨，即得。
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