CN105801812A - 一种聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种聚氨酯弹性体及其制备方法，聚氨酯弹性体，按重量份计包括以下组分：二元醇100份；二异氰酸酯5~60份；扩链剂5~30份；催化剂0.01~0.5份；抗氧化剂0.01~2份；其他辅助剂0.01~5份。本发明聚氨酯弹性体具有极佳的耐高温性能和动态稳定性，可以用于承载动态疲劳的高承载领域以及高温工作环境领域，比如冶金、密封圈、滚轮、汽车、飞机等。

Description

一种聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种聚氨酯弹性体及其制备方法。
背景技术
聚氨酯弹性体因其具有硬度范围宽，良好的机械性能、回彈性能以及耐磨、耐油、耐老化等性能，被广泛用于机械液压传动系統、气动系統中的密封件以及汽車用密封件。而在一些特殊領域，而在一些特殊领域则有更严格的要求：如较高的机械强度，较高的耐高温、耐油和耐磨性能，良好的动态力学性能等。4,4′二苄基二异氰酸酯(DBDI)分子由于完美的结构对称性以及自旋性，可以形成最完美的相分离，使得聚氨酯弹性体达到最好的耐高温性能和机械强度，使得材料兼具刚性和柔性，刚柔并济，使其弹性体具有优异的耐热、耐油、耐水解、耐磨和动态力学性能。
4,4′-联苄基二异氰酸酯(DBDI)兼具二苯基甲烷二异氰酸酯(PPDI)的刚性和二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)的柔性，所制成的弹性体耐高温性能优于PPDI，柔性高于TODI，目前全世界没有DBDI制成的聚氨酯弹性体工业制品，DBDI的出现，必然会促进世界工业的进步。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有极佳的耐高温性能和动态稳定性的高性能聚氨酯弹性体及其制备方法。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：
一种聚氨酯弹性体，按重量份计包括以下组分：
优选地，二元醇选自聚酯二元醇(己二酸与二醇反应生成的聚酯二元醇及其他二酸与二醇反应生成的聚酯二元醇)、聚-ε-己内酯二元醇(PCL)、聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种或多种，所述二元醇的分子量在500～3000之间。
进一步优选地，二元醇的分子量在1000～2000之间。
优选地，二异氰酸酯为4,4′-二苄基二异氰酸酯，分子结构如下：
优选地，扩链剂选自二乙醇、二乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、己二醇、戊二醇、三羟甲基乙烷、甘油、三羟甲基丙烷、聚己内酯三醇、3,3′-二氯-4,4′-二苯基甲烷二胺(MOCA)、3,5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、3,5-二乙基甲苯二胺(DETDA)、4,4′-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基)苯胺(MCDEA)、乙二胺(DA)、N,N-二羟基(二异丙基)苯胺(HPA)、氢醌-二(β-羟乙基)醚(HQEE)。
优选地，催化剂选自有机铋催化剂及有机锡催化剂中的一种或多种。
优选地，其他辅助剂包括抗紫外线添加剂、稀释剂、阻燃剂及填料中的一种或几种。
一种上述聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
a、将配方量的二元醇在100℃～120℃下加入配方量的催化剂、抗氧化剂及其他辅助剂，搅拌均匀，再加入二异氰酸酯，抽真空脱泡1～2小时，制得预聚体；
b、将脱水后的配方量的扩链剂加入步骤a的预聚体中，將混合物高速搅拌均匀，然后注入110～130℃的模具中，30～60分钟后脱模，经过110～130℃温度下后硫化16～24小时后破碎造粒，即得聚氨酯弹性体，其中，预聚体中NCO基团与扩链剂中OH基团的摩尔比为0.95～1.10：1。
优选地，预聚体中NCO基团与扩链剂中OH基团的摩尔比为0.98～1.05：1。
优选地，步骤a中预聚体中NCO的含量为2～16wt.％。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明聚氨酯弹性体具有极佳的耐高温性能和动态稳定性，可以用于承载动态疲劳的高承载领域以及高温工作环境领域，比如冶金、密封圈、滚轮、汽车、飞机等。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1
在一号反应釜中加入1000g的2000分子量的聚己二酸丁二醇酯，缓慢升温至100℃，然后加入15g抗氧化剂1330，2g稀释剂，3g阻燃剂，2g催化剂，然后进行15分钟的高速搅拌均匀，然后缓慢升温至110℃，加入520g的4,4′二苄基二异氰酸酯，在-0.5～-0.2Mpa下脱泡2小时，制得预聚体。
在二号反应釜中加入165g的1,4-丁二醇，加热到100℃，在-0.5～-0.2Mpa下脱水2小时，然后将两个反应釜内的原料在135℃条件下混合倒入涂有脱模剂的不锈钢钢盘，再放入120℃的鼓风烘箱中固化50分钟脱模，继续放入烘箱20小时后取出破碎造粒，即可制得高回弹性热塑性聚氨酯弹性体材料。
实施例2
在一号反应釜中加入1000g的2000分子量的聚己内酯，缓慢升温至110℃，然后加入15g抗氧化剂1330，2g稀释剂，3g填料，2g催化剂，然后进行15分钟的高速搅拌均匀，然后缓慢升温至110℃，加入480g的4,4′二苄基二异氰酸酯，在-0.5～-0.2Mpa下脱水2小时，制得预聚体。
在二号反应釜中加入148g的1,6-己二醇，加热到100℃，在-0.5～-0.2Mpa下脱水2小时，然后将两个反应釜内的原料在135℃条件下混合倒入涂有脱模剂的不锈钢钢盘，再放入110℃的鼓风烘箱中固化1小时候脱模，继续放入烘箱20小时后取出破碎造粒，即可制得高回弹性热塑性聚氨酯弹性体材料。
实施例3
在一号反应釜中加入1000g的3000分子量的聚己内酯，缓慢升温至100℃，然后加入15g抗氧化剂1330，2g稀释剂，5g抗紫外线添加剂，2g催化剂，然后进行15分钟的高速搅拌，然后缓慢升温至110℃，加入535g的4,4′二苄基二异氰酸酯，在-0.5～-0.2Mpa下脱水2小时，制得预聚体。
在二号反应釜中加入176g的1,6-己二醇，加热到100℃，在-0.5～-0.2Mpa下脱水2小时，然后将两个反应釜内的原料在135℃条件下混合倒入涂有脱模剂的不锈钢钢盘，再放入130℃的鼓风烘箱中固化40分钟后脱模，继续放入烘箱20小时后取出破碎造粒，即可制得高回弹性热塑性聚氨酯弹性体材料。
实施例4
在一号反应釜中加入1000g的3000分子量的聚碳酸酯，缓慢升温至120℃，然后加入15g抗氧化剂1330，3g稀释剂，2g阻燃剂，1g填料，2g催化剂，然后进行15分钟的高速搅拌均匀，然后缓慢升温至130℃，加入535g的4,4′二苄基二异氰酸酯，在-0.5～-0.2Mpa下脱水2小时，制得预聚体。
在二号反应釜中加入176g的1,6-己二醇，加热到100℃，在-0.5～-0.2Mpa下脱水2小时，然后将两个反应釜内的原料在135℃条件下混合倒入涂有脱模剂的不锈钢钢盘，再放入120℃的鼓风烘箱中固化40分钟后脱模，继续放入烘箱20小时后取出破碎造粒，即可制得高回弹性热塑性聚氨酯弹性体材料。
实施例5
在一号反应釜中加入1000g的3000分子量的聚碳酸酯，缓慢升温至120℃，然后加入15g抗氧化剂1330，2g稀释剂，1g抗紫外线添加剂、1g阻燃剂，1g填料，2g催化剂，然后进行15分钟的高速搅拌，然后缓慢升温至130℃，加入535g的4,4′二苄基二异氰酸酯，在-0.5～-0.2Mpa下脱水1小时，制得预聚体。
在二号反应釜中加入176g的1,6-己二醇，加热到100℃，在-0.5～-0.2Mpa下脱水1小时，然后将两个反应釜内的原料在135℃条件下混合倒入涂有脱模剂的不锈钢钢盘，再放入130℃的鼓风烘箱中固化2小时候脱模，继续放入烘箱20小时后取出破碎造粒，即可制得高回弹性热塑性聚氨酯弹性体材料。
对上述实施例1至实施例5中的聚氨酯弹性体材料进行性能测试，所述测试材料都是在注塑机上注塑试片后经过140℃/48小时后测试性能。
表1实施例1至实施例5的性能测试结果
从表1中的结果表明，本发明聚氨酯弹性体具有极佳的耐高温性能和动态稳定性，可以用于承载动态疲劳的高承载领域以及高温工作环境领域。
以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚氨酯弹性体，其特征在于：按重量份计包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体，其特征在于：所述二元醇选自聚酯二元醇、聚-ε-己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种或多种，所述二元醇的分子量在500～3000之间。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯弹性体，其特征在于：所述二元醇的分子量在1000～2000之间。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体，其特征在于：所述二异氰酸酯为4,4′-二苄基二异氰酸酯，分子结构如下：
5.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体，其特征在于：所述扩链剂选自二乙醇、二乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、己二醇、戊二醇、三羟甲基乙烷、甘油、三羟甲基丙烷、聚己内酯三醇、3,3′-二氯-4,4′-二苯基甲烷二胺、3,5-二甲硫基甲苯二胺、3,5-二乙基甲苯二胺、4,4′-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基)苯胺、乙二胺、N,N-二羟基(二异丙基)苯胺、氢醌-二(β-羟乙基)醚。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体，其特征在于：所述催化剂选自有机铋催化剂及有机锡催化剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体，其特征在于：所述其他辅助剂包括抗紫外线添加剂、稀释剂、阻燃剂及填料中的一种或几种。
8.一种权利要求1～7中任一项权利要求所述的聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、将配方量的二元醇在100℃～120℃下加入配方量的催化剂、抗氧化剂及其他辅助剂，搅拌均匀，再加入二异氰酸酯，抽真空脱泡1～2小时，制得预聚体；
b、将脱水后的配方量的扩链剂加入步骤a的预聚体中，將混合物高速搅拌均匀，然后注入110～130℃的模具中，30～60分钟后脱模，经过110～130℃温度下后硫化16～24小时后破碎造粒，即得聚氨酯弹性体，其中，预聚体中NCO基团与扩链剂中OH基团的摩尔比为0.95～1.10：1。
9.根据权利要求8所述的聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：预聚体中NCO基团与扩链剂中OH基团的摩尔比为0.98～1.05：1。
10.根据权利要求8所述的聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：步骤a中预聚体中NCO的含量为2～16wt.％。
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