CN106674480B - Ndi改性mdi基聚氨酯微孔弹性体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，步骤包括：1)聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇与NDI反应，制备多元醇封端NDI聚合物；2)过量MDI与聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇及多元醇封端NDI聚合物反应，制备预聚体；3)配制多元醇扩链剂组合物；4)预聚体与多元醇扩链剂组合物混合反应后，注入模具内，熟化后脱模。本发明采用相容性极好的聚酯(醚)多元醇封端NDI聚合物和聚酯(醚)多元醇与MDI反应制备NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体，在保持材料良好力学性能的基础上，提高了材料的耐动态疲劳性能，同时降低了材料的成本，延长了材料的使用寿命。

Description

NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，特别是涉及聚氨酯微孔弹性体材料，具体的说，是涉及NDI(1,5-萘二异氰酸酯)改性MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)基聚氨酯微孔弹性体的制备方法。
背景技术
聚氨酯微孔弹性体是将液体反应混合物浇注到模腔中而成型的化学体系，所用的化学原料主要有异氰酸酯、多元醇、扩链剂、发泡剂、催化剂、泡沫均衡剂等；制备工艺中主要包括如下化学反应：多元醇与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯的凝胶反应，异氰酸酯与水反应生成脲和C02的发泡反应。
申请人一直致力于聚氨酯微孔弹性体材料的研究。众所周知，MDI基聚氨酯微孔弹性体材料具有优异的力学性能，但耐动态疲劳方面明显不如NDI基聚氨酯微孔弹性体材料；而NDI基聚氨酯微孔弹性体材料的力学性能相对而言较差，而且NDI的生产技术由Bayer等几家国际大公司所垄断，造成其价格非常昂贵，是MDI价格的近20倍。鉴于此，申请人在专利号为ZL200710094616.X的中国发明专利中提出了一种NDI/MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，包括如下步骤：(1)预聚体的制备：过量的MDI与聚醚多元醇或聚酯多元醇或含羟基的聚碳酸酯在70-90℃下反应2小时，形成端-NCO基含量≤10.0wt％的MDI预聚体；过量的NDI与聚醚多元醇或聚酯多元醇或含羟基的聚碳酸酯在100-140℃下反应0.5小时，形成端-NCO基含量≤10.0wt％的NDI预聚体；(2)预聚体的混合：将MDI预聚体和NDI预聚体按重量比1:1-6:1混合形成均匀的混合物；(3)浇注：将混合物与交联剂组分按重量比100:(8-15)混合后，注入温度为80-95℃的模具中，预熟化后脱模；(4)后熟化：脱模后的制品于110℃下后熟化13-16小时，制得MDI/NDI基聚氨酯微孔弹性体。该方法采用MDI基与NDI基混合体系，成功地解决了单纯MDI基聚氨酯微孔弹性体材料动态疲劳形变值高的技术问题。但是，由于MDI基预聚体和NDI基预聚体的相容性不佳，该方法对工艺、设备的要求很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，它可以提高MDI基聚氨酯弹性体材料的耐动态疲劳性能。
为解决上述技术问题，本发明的NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，步骤包括：
1)将数均分子量为500～2000的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇与NDI按摩尔比(2～2.05):1的比例在126℃～130℃下反应5～30分钟，制得多元醇封端NDI聚合物；
2)将过量的MDI与数均分子量为1000～6000的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇及所述多元醇封端NDI聚合物在60℃～100℃下反应1.5～3小时，形成端-NCO基质量百分含量不高于10％的预聚体；
3)将小分子多元醇扩链剂、水发泡剂、表面活性剂和延迟性催化剂混合，配制成多元醇扩链剂组合物；
4)将所述预聚体与所述多元醇扩链剂组合物按异氰酸酯指数为95％～105％的比例混合反应后，注入温度为50℃～90℃的模具内，熟化后脱模，制得NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体。
上述步骤1)中的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇的数均分子量优选为800～1200。
上述步骤2)中的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇的数均分子量优选为1500～5000，进一步优选为2000～3000。多元醇封端NDI聚合物与聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇的质量比为1:10～60:1，优选为1:5～2:1。制备预聚体的反应温度优选为70℃～90℃。
上述步骤1)和2)中的聚酯多元醇可以使用聚己内酯二元醇或聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇，聚醚多元醇可以使用聚四亚甲基醚二醇，聚醚酯多元醇可以使用聚醚酯二元醇。
上述步骤3)中的小分子多元醇扩链剂可以使用乙二醇、二乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇或1，6-己二醇。
上述步骤4)中，预聚体与多元醇扩链剂组合物混合反应的异氰酸酯指数优选为98％～102％。
本发明采用相容性极好的聚酯(醚)多元醇封端NDI聚合物和聚酯(醚)多元醇与MDI反应制备NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体，在保有MDI基聚氨酯微孔弹性体力学性能的基础上，以较低的成本实现了与NDI基聚氨酯微孔弹性体相近的耐动态疲劳性能，同时还大大延长了MDI基聚氨酯微孔弹性体的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的技术方案作进一步详细的说明。以下各实施例中的水发泡剂、表面活性剂和延迟性催化剂无特别要求，可以采用本领域常见的水发泡剂、表面活性剂和延迟性催化剂。实施例中聚氨酯微孔弹性体产品的密度、拉伸强度、动态疲劳性能和压缩永久变形等物性指标的测定均采用本领域的常规测定方法。
实施例1
本实施例的NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将数均分子量为1000的聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇与NDI按摩尔比2:1的比例在128℃下反应25分钟，制备得到聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇封端NDI聚合物。
步骤2，将过量的MDI与5质量份的数均分子量为2000的聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇及1质量份的数均分子量为1000的聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇封端NDI聚合物在85℃下反应2小时，形成端-NCO基含量为9.5％(wt％)的预聚体。
步骤3，将1,4-丁二醇、水发泡剂、表面活性剂和延迟性催化剂混合，配制成多元醇扩链剂组合物。
步骤4，使用低压发泡机将预聚体与多元醇扩链剂组合物按异氰酸酯指数为102％的比例混合反应后，注入温度为90℃模具内，熟化后脱模，制得NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体。
该聚氨酯微孔弹性体的物性参数测定结果参见表1所示。
实施例2
本实施例的NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，与实施例1的不同之处在于：步骤2，用数均分子量为2000的聚己内酯二元醇取代数均分子量为2000的聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇。其他步骤同实施例1。
本实施例制备的聚氨酯微孔弹性体的物性参数的测定结果参见表1所示。
实施例3
本实施例的NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，和实施例2的不同之处在于：步骤2，制备的预聚体的-NCO基含量为8.5％(wt％)。其他步骤同实施例2。
本实施例制备的聚氨酯微孔弹性体的物性参数的测定结果参见表1所示。
实施例4
本实施例的NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，和实施例2的不同之处在于：步骤3，用二乙二醇代替1,4-丁二醇。其他步骤同实施例2。
本实施例制备的聚氨酯微孔弹性体的物性参数的测定结果参见表1所示。
实施例5
本实施例的NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，和实施例1的不同之处在于：步骤2，将数均分子量为2000的聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇和数均分子量为1000的聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇封端NDI聚合物的质量份数之比改为1:2。其他步骤同实施例1。
本实施例制备的聚氨酯微孔弹性体的物性参数的测定结果参见表1所示。
实施例6
本实施例的NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，和实施例1的不同之处在于：步骤2，用数均分子量为2000的聚四亚甲基醚二醇取代数均分子量为2000的聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇。其他步骤同实施例1。
本实施例制备的聚氨酯微孔弹性体的物性参数的测定结果参见表1所示。
实施例7
本实施例的NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，和实施例1的不同之处在于：步骤2，用数均分子量为2000的聚醚酯二元醇取代数均分子量为2000的聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇。其他步骤同实施例1。
本实施例制备的聚氨酯微孔弹性体的物性参数的测定结果参见表1所示。
实施例8(对比实施例)
本对比实施例的MDI基聚氨酯微孔弹性体，其制备工艺步骤包括：
步骤1，数均分子量为2000的聚己内酯二元醇和过量的MDI在85℃下反应2小时，得到-NCO基含量为16wt％的端异氰酸酯预聚体。
步骤2，将上述的聚己内酯二元醇与1,4-丁二醇、水、延迟性催化剂、表面活性剂混合，配制成扩链剂组合物。
步骤3，采用低压发泡机，将端异氰酸酯预聚体和扩链剂组合物按异氰酸酯指数为102％的比例混合反应后，将反应料液注入65℃模具中，熟化后脱模，制得聚氨酯微孔弹性体。
该聚氨酯微孔弹性体的物性参数测定结果参见表1所示。
实施例9(对比实施例)
本对比实施例的NDI基聚氨酯微孔弹性体，其制备工艺步骤包括：
步骤1，数均分子量为2000的聚己内酯二元醇和过量的NDI在128℃下反应0.5小时，得到-NCO基含量为5.6wt％的端异氰酸酯预聚体。
步骤2，将1,4-丁二醇、水、延迟性催化剂、表面活性剂混合，配制成扩链剂组合物。
步骤3，采用低压发泡机，将端异氰酸酯预聚体和扩链剂组合物按异氰酸酯指数为102％的比例混合反应后，将反应料液注入90℃模具中，熟化后脱模，制得聚氨酯微孔弹性体。
该聚氨酯微孔弹性体的物性参数测定结果参见表1所示。
表1实施例1～9制备的聚氨酯微孔弹性体的物性参数测定结果
Figure BDA0000843089610000051
由表1可以看到，经NDI改性后的MDI基聚氨酯微孔弹性体(实施例(1～7)融合了MDI基聚氨酯微孔弹性体(实施例8)和NDI基聚氨酯微孔弹性体(实施例9)两种材料的优点，不仅具有良好的力学性能，而且具有优异的耐动态疲劳性能和压缩永久变形率。

Claims (8)

1.NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体的制备方法，其特征在于，步骤包括：
1)将数均分子量为500～2000的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇与NDI按摩尔比(2～2.05):1的比例在126℃～130℃下反应5～30分钟，制得多元醇封端NDI聚合物；
2)将过量的MDI与数均分子量为1000～6000的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇及所述多元醇封端NDI聚合物在60℃～100℃下反应1.5～3小时，形成端-NCO基质量百分含量不高于10％的预聚体；所述多元醇封端NDI聚合物与聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇的质量比为1:5～2:1；
3)将小分子多元醇扩链剂、水发泡剂、表面活性剂和延迟性催化剂混合，配制成多元醇扩链剂组合物；
4)将所述预聚体与所述多元醇扩链剂组合物按异氰酸酯指数为95％～105％的比例混合反应后，注入温度为50℃～90℃的模具内，熟化后脱模，制得NDI改性MDI基聚氨酯微孔弹性体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇的数均分子量为800～1200。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇的数均分子量为1500～5000。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)中的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇的数均分子量为2000～3000。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)的反应温度为70℃～90℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)和2)，所述聚酯多元醇包括：聚己内酯二元醇、聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇；所述聚醚多元醇包括：聚四亚甲基醚二醇；所述聚醚酯多元醇包括：聚醚酯二元醇。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)，所述小分子多元醇扩链剂包括：乙二醇、二乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇或1，6-己二醇。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)，预聚体与多元醇扩链剂组合物混合反应的异氰酸酯指数为98％～102％。
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