CN105440654A - 一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents
一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及聚氨酯弹性体制备技术领域，具体涉及一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法，一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，包括组分A和组分B组份按照质量百分比为70-80:30-20制备而成，其中，组分A聚己二酸、1,4-丁二醇酯1,4-丁二醇、二苯甲烷二异氰酸酯，组分B为低密度聚乙烯；将A组分于组分B混合好，最后进行弹性体的合成，其硬度为60A，拉伸强度大于40KN/m，拉伸强度大于38MPa，断裂伸长率大于700%，综合性能突出，能广泛应用于电梯扶手、传动带、同步带和密封条等特殊领域。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯弹性体制备技术领域，具体涉及一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。
背景技术
聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。聚氨酯材料，用途非常广，可以代替橡胶，塑料，尼龙等，用于机场，酒店，建材，汽车厂，煤矿厂，水泥厂，高级公寓，别墅，园林美化，彩石艺术，公园等。
聚氨酯介绍按照性能分类主要可分为七大类：（1）超耐磨、自润滑PU弹性体制品类；（2）超高回弹PU弹性体制品类；（3）高吸震性PU弹性体制品类；（4）慢回弹、吸音PU弹性体制品类；（5）耐高温130度-150度，燃烧无烟PU弹性体制品类；（6）超高硬度96D±2DPU弹性体制品类；（7）特抗静电PU弹性体制品类。由于目前聚氨酯的制备原料和方法都是相对成熟和单一，并且需要经过复杂的催化聚合反应合成，因此只能根据其单一的性能需求增加某种添加剂以得到该性能较为突出的产品。若需要在综合性能上都使聚氨酯材料得以提升，则根据现有的技术是难以达到的。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法，其硬度为60A，拉伸强度大于40KN/m，拉伸强度大于38MPa，断裂伸长率大于700%，综合性能突出，能广泛应用于电梯扶手、传动带、同步带和密封条等特殊领域。
本发明的另一目的在于提供一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，其工艺简单易行，生产成本低，得到的产品质量好。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，包括组分A和组分B组分按照质量百分比为70-80:30-20制备而成，其中：
组分A由以下质量份的原料制备而成：
聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇380-420份
1,4-丁二醇25-30份
二苯甲烷二异氰酸酯100-150份
组分B为低密度聚乙烯。
其中，所述组分A与组分B的质量百分比为70:30。
本发明得到的A组分为热塑性聚氨酯，本发明通过采用聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇、二苯甲烷二异氰酸酯和1,4-丁二醇体系，调节其软硬度段比例为26-30%，得到硬度为50A的聚氨酯弹性体，其具有生产成本低，耐压强度高，耐磨性能好、耐油性优异、水解稳定性能好的特点。但是组分A的力学强度不高，耐弯曲性能差，若进一步降低其硬度提高其拉伸强度，则会造成其耐磨性能不足，并且水解稳定性受到影响，无法用于实际生产需求。
本发明特定添加组分B，即低密度聚乙烯，其本身具有足够的力学强度，能与组分A形成良好的性能互补，与组分A组合得到的本发明弹性体，不但力学性能得以提高，并且整体提高了材料的柔韧性，耐反复弯曲性能优异，能广泛应用于电梯扶手、传动带、同步带和密封条等特殊领域。这是传统单一的聚氨酯弹性体无法达到的技术效果。而作为柔韧性突出的低密度聚乙烯，LDPE传统的主要用途是作薄膜产品，或者用于注塑制品，医疗器具，药品和食品包装材料，吹塑中空成型制品等，极少会应用于传送带、电梯扶手等具有较强的撕裂强度和硬度需求的产品领域。
其中，所述聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇以己二酸、1，4-丁二醇为主要原料、甲醇为辅助原料、二月桂酸二丁基锡为催化剂制备而成。现有的聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇一般是通过己二酸、1，4-丁二醇为主要原料作为主要合成原料，通过添加钛酸四正丁酯作为氧化剂，能够有效提高其酯化和缩聚反应。而二月桂酸二丁酯极少应用于聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇以己二酸的缩聚反应，本发明添加了甲醇作为辅助原料，本身不参与其合成反应，而是提供一个相对稳定的反应环境，能够有效提高产品的成本率和反应速率，这十分有利于工业化生产的需求，而作为小实验室，一般不采用本技术方案。所述聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇的制备采用本领域公知的制备方法即可，即将己二酸、1，4-丁二醇为主要原料、甲醇为辅助原料、二月桂酸二丁基锡为催化剂混合反应即可。
其中，所述己二酸与1,4-丁二醇的摩尔比为1:1.2，甲醇的添加量为己二酸摩尔质量的0.5%，所述催化剂的添加量为1,4-丁二醇的0.15%。根据本发明的实验表明，当己二酸与1,4-丁二醇的摩尔比为1:1.2，甲醇的添加量为己二酸摩尔质量的0.5%，所述催化剂的添加量为1,4-丁二醇的0.15%，本发明得到的聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇的纯度最佳，并且生产的成本也比现有技术大幅度降低，这对于工业生产尤其重要。并且得到的聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇的耐磨性和防腐蚀性特别强。
其中，所述聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇的平均分子量为2200，羟值为40mgKOH/g。一般选择的聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇的平均分子量为2200，但本发明发现，选择平均分子量为2200的聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇，制备得到的弹性体撕裂强度较高，与低密度聚乙烯的结合性能更强，得到的弹性体整体的稳定性更好。
其中，所述组分A的硬度为50A，所述组分B的硬度为70A。通过两者特定的比例组合，得到的弹性体的硬度为60A，并且拉伸强度大于40MPa，撕裂强度大于38MPa，断裂伸长率大于700%，综合性能优异。
一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下制备步骤：
A组分的制备：将聚己二酸1,4-丁二醇酯、1,4-丁二醇按质量比混合成第一物料，二苯甲烷二异氰酸酯与第一物料的进料比例为1:1混合反应制得A组分；具体的将聚己二酸1,4-丁二醇酯、1,4-丁二醇按质量比加入至浇注机的A料槽中，将二苯甲烷二异氰酸酯按质量比加入B料槽中，调整A料槽和B料槽的进料比例1:1混合，将混合后的料导入挤出机，挤出造粒；
弹性体的合成：将组分A与组分B按照混合比例共混，同时加入硅烷偶联剂，通过挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到硬度为60A的聚氨酯弹性体。
其中，所述A料槽温度60℃，B料槽温度65℃。
其中，所述硅烷偶联剂的添加量为总原料的0.03％。
其中，所述A组分制备阶段造粒的挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃得到组分A；所述弹性体合成的造粒挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃。
本发明的有益效果在于：本发明使用聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇、1,4-丁二醇和二苯甲烷二异氰酸酯体系合成得到组分A，硬度为50A，再与硬度为70A的低密度聚乙烯聚合得到硬度为60A的聚氨酯弹性体，原料成本低，材料的性能特异，拉伸强度大于40MPa，撕裂强度大于38MPa，断裂伸长率大于700%，尤其适合电梯扶手、传动带、同步带和密封条等特殊的技术领域。
本发明的另一有益效果在于：制备工艺简单、易操作，制备成本低，得到的聚氨酯弹性体满足拉伸强度大于40MPa，撕裂强度大于38MPa，断裂伸长率大于700%，尤其适合电梯扶手、传动带、同步带和密封条等特殊的技术领域。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，包括组分A和组分B组分按照质量百分比为70:30制备而成，其中组分B为低密度聚乙烯，组分A由以下质量份的原料制备而成：
聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇400份
1,4-丁二醇27份
二苯甲烷二异氰酸酯125份。
制备方法：
A组分的制备：将聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇、1,4-丁二醇按质量比加入至浇注机的A料槽中，将二苯甲烷二异氰酸酯按质量比加入B料槽中，A料槽温度60℃，B料槽温度65℃。调整A料槽和B料槽的进料比例为1:1混合；将混合后的料导入挤出机，挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到组分A得到组分A。
弹性体的合成：将组分A与组分B按照混合比例共混，同时加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂添加量为0.03％，通过挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到硬度为60A的聚氨酯弹性体。
实施例2
一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，包括组分A和组分B组分按照质量百分比为75:25制备而成，其中组分B为低密度聚乙烯，组分A由以下质量份的原料制备而成：
聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇380份
1,4-丁二醇28份
二苯甲烷二异氰酸酯110份。
制备方法：
A组分的制备：将聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇、1,4-丁二醇按质量比加入至浇注机的A料槽中，将二苯甲烷二异氰酸酯按质量比加入B料槽中，A料槽温度60℃，B料槽温度65℃。调整A料槽和B料槽的进料比例为1:1混合；将混合后的料导入挤出机，挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到组分A。
弹性体的合成：将组分A与组分B按照混合比例共混，同时加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂添加量为0.03％，通过挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到硬度为60A的聚氨酯弹性体。。
实施例3
一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，包括组分A和组分B组分按照质量百分比为80:20制备而成，其中组分B为低密度聚乙烯，组分A由以下质量份的原料制备而成：
聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇420份
1,4-丁二醇25份
二苯甲烷二异氰酸酯145份。
制备方法：
A组分的制备：将聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇、1,4-丁二醇按质量比加入至浇注机的A料槽中，将二苯甲烷二异氰酸酯按质量比加入B料槽中，A料槽温度60℃，B料槽温度65℃。调整A料槽和B料槽的进料比例为1:1混合；将混合后的料导入挤出机，挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到组分A。
弹性体的合成：将组分A与组分B按照混合比例共混，同时加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂添加量为0.03％，通过挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到硬度为60A的聚氨酯弹性体。
实施例4
一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，包括组分A和组分B组分按照质量百分比为72:28制备而成，其中组分B为低密度聚乙烯，组分A由以下质量份的原料制备而成：
聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇410份
1,4-丁二醇27份
二苯甲烷二异氰酸酯150份。
制备方法：
A组分的制备：将聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇、1,4-丁二醇按质量比加入至浇注机的A料槽中，将二苯甲烷二异氰酸酯按质量比加入B料槽中，A料槽温度60℃，B料槽温度65℃。调整A料槽和B料槽的进料比例为1:1混合；将混合后的料导入挤出机，挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到组分A。
弹性体的合成：将组分A与组分B按照混合比例共混，同时加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂添加量为0.03％，通过挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到硬度为60A的聚氨酯弹性体。
对比例1
A组分的制备：将聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇、1,4-丁二醇按质量比加入至浇注机的A料槽中，将二苯甲烷二异氰酸酯按质量比加入B料槽中，调整A料槽和B料槽的进料比例为1:1混合；将混合后的料导入挤出机，挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到组分A。直接测定组分A的力学性能参数。
对比例2
一种热塑性聚氨酯弹性体，包括组分A和组分B组分按照质量百分比为100:10制备而成，其中组分B为低密度聚乙烯，组分A由以下质量份的原料制备而成：
聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇400份
1,4-丁二醇27份
二苯甲烷二异氰酸酯125份。
制备方法：
A组分的制备：将聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇、1,4-丁二醇按质量比加入至浇注机的A料槽中，将二苯甲烷二异氰酸酯按质量比加入B料槽中，调整A料槽和B料槽的进料比例为1:1混合；将混合后的料导入挤出机，挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到组分A。
弹性体的合成：将组分A与组分B按照混合比例共混，同时加入硅烷偶联剂，通过挤出机共混挤出造粒，得到聚氨酯弹性体。
对比例3
一种热塑性聚氨酯弹性体，包括组分A和组分B组分按照质量百分比为60:40制备而成，其中组分B为低密度聚乙烯，组分A由以下质量份的原料制备而成：
聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇400份
1,4-丁二醇27份
二苯甲烷二异氰酸酯125份。
制备方法：
A组分的制备：将聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇、1,4-丁二醇按质量比加入至浇注机的A料槽中，将二苯甲烷二异氰酸酯按质量比加入B料槽中，调整A料槽和B料槽的进料比例为1:1混合；将混合后的料导入挤出机，挤出造粒；得到组分A。
弹性体的合成：将组分A与组分B按照混合比例共混，同时加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂添加量为0.03％，通过挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到硬度为60A的聚氨酯弹性体。
性能测试：
对上述4个实施例及3个对比例的材料进行综合力学性能的测试，具体操作及结果如下：
表1：力学性能对比
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |
| 邵氏硬度/A | 60 | 60 | 60 | 60 | 50 | 52 | 65 |
| 撕裂强度/Mpa | 45 | 40 | 38 | 42 | 9 | 12 | 40 |
| 拉伸强度/Mpa | 50 | 43 | 45 | 40 | 10 | 12 | 50 |
| 伸长率/% | 750 | 700 | 800 | 740 | 1200 | 900 | 500 |
从上表可以看出，本发明得到的聚氨酯弹性体的硬度能保持在60A，这对于有特殊硬度需求的产品领域有十分重要的意义，能保证产品的质量稳定。当单纯使用组分A时，其硬度无法达到预设的需求；当组分B的组合量过大，则硬度过高。另外，在撕裂强度方面，组分B的添加量对整体的影响较大，拉伸强度也是一样的，在伸长率方面，组分B的添加量过高会降低材料的伸长率，也是无法达到良好的实际应用性能。表明本发明所得到的聚氨酯弹性体的综合性能优异。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：包括组分A和组分B组分按照质量百分比为70-80:30-20制备而成，其中：
组分A由以下质量份的原料制备而成：
聚己二酸1,4-丁二醇酯380-420份
1,4-丁二醇25-30份
二苯甲烷二异氰酸酯100-150份；
组分B为低密度聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述组分A与组分B的质量百分比为70:30。
3.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述聚己二酸1,4-丁二醇酯以己二酸、1，4-丁二醇为主要原料、甲醇为辅助原料、二月桂酸二丁基锡为催化剂制备而成。
4.根据权利要求3所述的一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述己二酸与1,4-丁二醇的摩尔比为1:1.2，甲醇的添加量为己二酸摩尔质量的0.5%，所述催化剂的添加量为1,4-丁二醇摩尔质量的0.15%。
5.根据权利要求4所述的一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述聚己二酸1,4-丁二醇酯的平均分子量为2200，羟值为40mgKOH/g。
6.根据权利要求1所述的一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述组分A的硬度为50A，所述组分B的硬度为70A。
7.权利要求1至6任一项所述的一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
A组分的制备：将聚己二酸1,4-丁二醇酯、1,4-丁二醇按质量比混合成第一物料，二苯甲烷二异氰酸酯与第一物料的进料比例为1:1混合制得A组分；
弹性体的合成：将组分A与组分B按照混合比例共混，同时加入硅烷偶联剂作为助剂，通过挤出造粒，挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃，得到硬度为60A的聚氨酯弹性体。
8.根据权利要求7所述的一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：所述A料槽温度60℃，B料槽温度65℃。
9.根据权利要求7所述的一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂的添加量为总原料质量的0.03％。
10.根据权利要求7所述的一种低硬度高强度的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：所述A组分制备阶段造粒的挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃得到组分A；所述弹性体合成的造粒挤出机温度分为七段，一段温度150℃，二段温度155℃，三段温度160℃，四段温度165℃，五段温度165℃，六段温度160℃，七段温度155℃。
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2015
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