CN106751734A - 一种聚氨酯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于精细化工领域，具体涉及一种聚氨酯材料及其制备方法。本发明所提供的聚氨酯材料主要由有机硅烷改性聚氨酯预聚体作为原料制备而成，游离异氢氰酸含量低，绿色环保，而且力学强度高，产品热稳定性好，施工成型后不起泡，粘结力强，可作为一种性能优良的球场塑胶材料。该聚氨酯预聚体的制备过程中所使用的聚碳酸亚丙酯多元醇是以二氧化碳为原料，成本低廉，规模生产后对环境保护、节能减排均具有重要意义，可广泛应用于传统胶黏剂、密封胶、涂料、弹性体的生产等诸多领域。

Description

一种聚氨酯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于精细化工领域，具体涉及一种聚氨酯材料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯为主链含-NHCOO-重复结构单元的一类聚合物，主要由异氰酸酯与羟基化合物聚合而成。由于聚氨酯含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性基团，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性，可制得具有较宽温度范围的材料，如弹性体、热塑性树脂和热固性树脂等。聚氨酯作为一种具有较高性价比的有机高分子材料，目前被广泛应用于实际生活中的各个领域，其产量及消费量也逐年攀升。有数据显示，2014年，中国聚氨酯消费量达到960万吨，2008-2014年中国聚氨酯消费量年增长超过10％。
然而，在很多产品如涂料、胶黏剂和密封胶等产品在制备过程中都大量使用端异氰酸酯聚氨酯预聚体，其中包含大量的游离异氰酸酯。在施工和材料固化过程中，部分游离异氰酸酯挥发出来，尤其是甲苯二异氰酸酯等物质，对人体造成健康危害。由于聚氨酯大量的使用，带来的严重环境污染，对人身体健康产生较大危害，这引起了人们的广泛关注，同时伴随着我国经济的发展，人们对环保型高性能材料的需求越来越高。因此，研发一种环保型聚氨酯材料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种环保型聚氨酯预聚体及其制备方法，用于克服现有端异氰酸酯聚氨酯预聚体中游离异氰酸酯含量高的问题。
本发明的具体技术方案如下：
本发明提供了一种聚氨酯材料，主要由以下重量份的原料制成：
优选的，所述有机硅烷改性聚氨酯预聚体为端硅氧烷基聚氨酯预聚体，其制备方法包括以下步骤：
a)将聚碳酸亚丙酯多元醇脱水后和异氰酸酯、阻聚剂以及催化剂混合，在60～100℃下反应1～5h，得到反应中间体；
b)待所述反应中间体降温至10～60℃，加入有机硅烷反应0.5-2h，得到所述环保型聚氨酯预聚体。
更有选的，所述聚碳酸亚丙酯多元醇的分子量为1500-4000，羟基官能度为2-3，分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.3-0.4；
所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种；
所述有机硅烷选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的一种或多种；
所述阻聚剂选自磷酸或苯甲酰氯；
所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、异辛酸亚锡和异辛酸亚锌中的一种或多种。
优选的，所述填料选自滑石粉、碳酸钙、氧化镁和高岭土中的一种或多种。
优选的，所述颜料选自钛白粉、酞青绿、铁绿、铁红和铁黄中的一种或多种。
优选的，所述增塑剂选自氯化石蜡、氯代棕榈油甲酯和环氧大豆油中的一种或多种。
优选的，所述抗老化剂选自2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和/或四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
优选的，所述紫外线吸收剂选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和/或2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮。
优选的，所述稀释剂为碳酸二甲酯。
优选的，所述催化剂选自辛酸亚锡和/或二月桂酸二丁基锡。
本发明还提供了上述聚氨酯材料的制备方法，包括：将有机硅烷改性聚氨酯预聚体、增塑剂、填料、颜料、抗老化剂，紫外线吸收剂、稀释剂和催化剂进行混合搅拌，得到所述聚氨酯材料。。
本发明提供了一种聚氨酯材料，主要由有机硅烷改性聚氨酯预聚体作为原料制备而成，游离异氢氰酸含量低，绿色环保，而且力学强度高，产品热稳定性好，施工成型后不起泡，粘结力强，可作为一种性能优良的球场塑胶材料。该聚氨酯预聚体的制备过程中所使用的聚碳酸亚丙酯多元醇是以二氧化碳为原料，成本低廉，规模生产后对环境保护、节能减排均具有重要意义，可广泛应用于传统胶黏剂、密封胶、涂料、弹性体的生产等诸多领域。
具体实施方式
在本发明的前期研究过程中曾经以聚碳酸亚丙酯多元醇(PPC)为原料制备了单组份聚氨酯胶黏剂，发现该胶黏剂形成胶膜的强度和聚氨酯相近，而且尤高于传统聚醚型聚氨酯，然而由于异氰酸酯用量较大，在潮湿情况下使用时容易出现起泡的缺点。为克服该问题，发明人经过潜心研究，发现使用PPC制备聚氨酯预聚体后，通过加入硅烷偶联剂进行改性，可以得到游离异氰酸酯含量低、产品热稳定性好、施工时不易起泡、粘结力强、耐水解的环保型聚氨酯预聚体。该产品可以用于体育球场、建筑施工、家装等领域，具有广阔的市场前景。
通过本发明技术方案所得到以端硅氧烷基聚氨酯预聚体作为原料的聚氨酯材料，对环境、生产和使用人员的健康无危害，是一款绿色环保型产品，可作为一种性能优良的球场塑胶材料。
下面将结合本发明具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解，对本发明的具体实施例进行修改或者对部分技术特征进行同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明保护的范围中。
实施例1
称取100份聚碳酸亚丙酯二元醇，加入带抽真空装置的玻璃反应釜中，100℃抽真空脱水2小时，加入磷酸0.04份，辛酸亚锡0.04份，碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯(液化MDI)70份，80℃反应2小时，降温至10℃，加入KH540 5份，反应1小时，得到有机硅烷改性聚氨酯预聚体。
取上述有机硅烷改性聚氨酯预聚体30份，加入经预脱水的填料65份、颜料1份、增塑剂10份、抗老化剂1份、紫外线吸收剂1份、稀释剂20份和催化剂0.01份，然后在20℃下在反应釜中搅拌均匀，得到聚氨酯球场材料。
实施例2
称取100份聚碳酸亚丙酯二元醇，加入带抽真空装置的玻璃反应釜中，100℃抽真空脱水2小时，加入磷酸0.04份，辛酸亚锡0.04份，液化MDI 70份，80℃反应3小时，降温至40℃，加入KH550 10份，反应1小时，得到有机硅烷改性聚氨酯预聚体。
取上述有机硅烷改性聚氨酯预聚体40份，加入经预脱水的填料25份、颜料1份、增塑剂5份、抗老化剂1份、紫外线吸收剂1份、稀释剂1份和催化剂0.01份，然后在30℃下在反应釜中搅拌均匀，得到聚氨酯球场材料。
实施例3
称取100份聚碳酸亚丙酯二元醇，加入带抽真空装置的玻璃反应釜中，100℃抽真空脱水2小时，加入磷酸0.01份，辛酸亚锡0.1份，液化MDI 70份，60℃反应5小时，降温至40℃，加入KH550 15份，反应1小时，得到有机硅烷改性聚氨酯预聚体。
取上述有机硅烷改性聚氨酯预聚体20份，加入经预脱水的填料25份、颜料1份、增塑剂5份、抗老化剂0.5份、紫外线吸收剂0.5份、稀释剂5份和催化剂0.01份，然后在25℃下在反应釜中搅拌均匀，得到聚氨酯球场材料。
实施例4
称取100份聚碳酸亚丙酯二元醇，加入带抽真空装置的玻璃反应釜中，100℃抽真空脱水2小时，加入磷酸0.01份，辛酸亚锡0.1份，液化MDI 42份，80℃反应3小时，降温至40℃，加入KH550 8份，反应1小时，得到有机硅烷改性聚氨酯预聚体。
取上述有机硅烷改性聚氨酯预聚体40份，加入经预脱水的填料55份、颜料1份、增塑剂15份、抗老化剂0.5份、紫外线吸收剂0.5份、稀释剂2份和催化剂0.02份，在23℃下在反应釜中搅拌均匀，得到聚氨酯球场材料。
实施例5
称取100份聚碳酸亚丙酯二元醇，加入带抽真空装置的玻璃反应釜中，100℃抽真空脱水2小时，加入磷酸0.1份，辛酸亚锡0.01份，液化MDI 50份，100℃反应1.5小时，降温至40℃，加入KH550 8份，反应1小时，得到有机硅烷改性聚氨酯预聚体。
取上述有机硅烷改性聚氨酯预聚体40份，加入经预脱水的填料55份、颜料1份、增塑剂5份、抗老化剂0.5份、紫外线吸收剂0.5份、稀释剂10份和催化剂0.02份，在27℃下在反应釜中搅拌均匀，得到聚氨酯球场材料。
对比例1
称取100份聚碳酸亚丙酯二元醇，加入带抽真空装置的玻璃反应釜中，100℃抽真空脱水2小时，加入磷酸0.1份，辛酸亚锡0.01份，液化MDI 50份，100℃反应1.5小时，降温至40℃，得到聚氨酯预聚体。
取上述聚氨酯预聚体40份，加入经预脱水的填料55份、颜料1份、增塑剂5份、抗老化剂0.5份、紫外线吸收剂0.5份、稀释剂10份和催化剂0.02份，在24℃下在反应釜中搅拌均匀，得到聚氨酯球场材料。
对比例2
称取100份聚醚二元醇，加入带抽真空装置的玻璃反应釜中，100℃抽真空脱水2小时，加入磷酸0.1份，辛酸亚锡0.01份，液化MDI 50份，100℃反应1.5小时，降温至40℃，加入KH550 8份，反应1小时，得到有机硅烷改性聚氨酯预聚体。
取上述有机硅烷改性聚氨酯预聚体40份，加入经预脱水的填料55份、颜料1份、增塑剂5份、抗老化剂0.5份、紫外线吸收剂0.5份、稀释剂10份和催化剂0.02份，在25℃下在反应釜中搅拌均匀，得到聚氨酯球场材料。
实施例6性能测试
按照相应的国家标准方法对实施例1-5和对比例1-2得到的聚氨酯球场材料进行性能测试，具体的测试结果如表1所示：
表1
例子 拉伸强度MPa 断裂伸长率％ 起泡情况
实施例1 2.15 601 不起泡
实施例2 2.25 580 不起泡
实施例3 2.90 397 不起泡
实施例4 1.95 451 不起泡
实施例5 2.11 612 不起泡
对比例1 2.56 436 起泡
对比例2 1.3 724 不起泡

Claims (10)

1.一种聚氨酯材料，其特征在于，其主要由以下重量份的原料制成：
2.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述有机硅烷改性聚氨酯预聚体为端硅氧烷基聚氨酯预聚体，其制备方法包括以下步骤：
a)将聚碳酸亚丙酯多元醇脱水后和异氰酸酯、阻聚剂以及催化剂混合，在60～100℃下反应1～5h，得到反应中间体；
b)待所述反应中间体降温至10～60℃，加入有机硅烷反应0.5-2h，得到所述环保型聚氨酯预聚体。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述聚碳酸亚丙酯多元醇的分子量为1500-4000，羟基官能度为2-3，分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.3-0.4；
所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种；
所述有机硅烷选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的一种或多种；
所述阻聚剂选自磷酸或苯甲酰氯；
所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、异辛酸亚锡和异辛酸亚锌中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述填料选自滑石粉、碳酸钙、氧化镁和高岭土中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述颜料选自钛白粉、酞青绿、铁绿、铁红和铁黄中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述增塑剂选自氯化石蜡、氯代棕榈油甲酯和环氧大豆油中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述抗老化剂选自2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和/或四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
8.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述紫外线吸收剂选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和/或2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮。
9.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述稀释剂为碳酸二甲酯；
所述催化剂选自辛酸亚锡和/或二月桂酸二丁基锡。
10.权利要求1至9任意一项所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括：
将有机硅烷改性聚氨酯预聚体、增塑剂、填料、颜料、抗老化剂，紫外线吸收剂、稀释剂和催化剂进行混合搅拌，得到所述聚氨酯材料。
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