CN107325261A - 一种1,5‑萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种1,5‑萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种1,5‑萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体及其制备方法和应用，包括组分A和组分B，所述组分A和组分B以质量比100:21.5‑22.5构成；所述组分A包括聚己内酯多元醇和多异氰酸酯，以重量份数计，其中聚己内酯多元醇100‑105份，多异氰酸酯26‑28份，所述的聚己内酯多元醇的异氰酸酯基的含量为6%（质量分数），羟值为109~115mg KOH/g，所述的多异氰酸酯为1，5‑萘二异氰酸酯；所述组分B包括羟值为109~115mg KOH/g聚己内酯多元醇、1,4‑丁二醇和有机锡催化剂，以重量份数计，其中聚己内酯多元醇60~65份，1,4‑丁二醇35~40份，有机锡催化剂2份；通过本方案制备的脚轮，能够用于高动态载荷和连续高速运转以及耐热场合，作为重型高端叉车的驱动轮和承载轮，效果尤为显著。

Description

一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体及其制备方法和应用。
背景技术
聚氨酯弹性体，又称聚氨酯橡胶，是一类在分子链中含有较多的氨基甲酸酯（-NHCOO-）特性基团的弹性聚合物材料。它们通常由多异氰酸酯和低聚物多元醇以及多元醇或芳香族二胺等制备。聚氨酯弹性体的性能范围很宽，是介于从橡胶到塑料的一类高分子材料。应用上来讲，聚氨酯作为一种具有高强度、抗撕裂、耐磨等特性的高分子材料，在日常生活、工农业生产、医学等领域广泛应用，具体来说，聚氨酯弹性体可以用作滚筒、传送带、软管、汽车零件、鞋底、合成皮革、电线电缆和医用人工脏器等。但是聚氨酯也具有如下缺点：1、内生热大，耐高温性能一般。正常使用温度范围是-40~120℃使用。2、不耐强极性溶剂和强酸碱介质。在一定温度下，醇、酸、酮会使聚氨酯弹性体溶胀和降解，氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶剂在常温下就会使聚氨酯弹性体溶胀。为此，如何对聚氨酯制品性能可调范围变宽、增强其适应性，满足市场的多样化要求，是现有技术中本领域技术人员需要解决的。
发明内容
本发明的第一个目的，是提供一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体，对纯聚氨酯弹性体进行改性，从而使其制品能够适应多种特殊环境的要求。
本发明的第二个目的，是提供一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的制备方法。
本发明的第三个目的，是提供一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的应用。
为了解决本发明第一个目的，提出如下技术方案：一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体，包括组分A和组分B，其特征在于：所述组分A和组分B以质量比100:21.5-22.5构成；所述组分A包括聚己内酯多元醇和多异氰酸酯，以重量份数计，其中聚己内酯多元醇100-105份，多异氰酸酯26-28份，所述的聚己内酯多元醇的异氰酸酯基的含量为6%（质量分数），羟值为109~115mg KOH/g，所述的多异氰酸酯为1，5-萘二异氰酸酯；所述组分B包括羟值为109~115mg KOH/g聚己内酯多元醇、1,4-丁二醇和有机锡催化剂，以重量份数计，其中聚己内酯多元醇60~65份，1,4-丁二醇35~40份，有机锡催化剂2份。
优选地，所述有机锡催化剂为辛酸亚锡。
为了解决本发明第二个目的，提出如下技术方案：一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
1）预聚体合成：按重量份数取100~105份 羟值为109~115mgKOH/g的聚己内酯多元醇加入反应釜中升温至110~130℃真空下脱水2~4h后，按重量份数取26~28份1，5-萘二异氰酸酯以片状或粉末状加入到的脱水后的聚己内酯多元醇中，控制温度为125~135℃，待1，5-萘二异氰酸酯完全溶解后，反应10~15分钟后真空脱气，即制得预聚体；
2）扩链反应：将步骤1）合成好的预聚体加入到浇注机A料罐中，控制温度为100~110℃；再按重量份数取60~65份羟值为109~115mgKOH/g的聚己内酯多元醇、35~40份1，4-丁二醇和2份有机锡催化剂混合加入到浇注机B料罐中，升温至110~120℃脱水2小时；脱水后温度控制在55-65℃；再将A料罐和B料罐中物质以质量比100:21.5-22.5的比例，通过机头搅拌装置直接浇注到模具中；在常压下进行固化，硫化温度控制在105-115℃，制品于30~45分钟后从模具中取出；
3）后硫化：将步骤2）制得的制品卸模后进行后硫化，后硫化温度为110℃，后硫化时间为24小时。
进一步地，对于壁厚在10mm以上的厚壁制品，在所述步骤3）中，先于110℃在烘箱中硫化24小时，再于室温下放置96小时，最后于110℃烘箱中硫化12小时。
为了解决本发明第三个目的，提出如下技术方案：一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的应用，其特征在于：所述1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体用于高动态载荷和连续高速运转以及耐热场合的脚轮。
优选的应用为重型高端叉车的驱动轮和承载轮。
与其他现有的聚氨酯相比，例如4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯型聚氨酯（MDI型）和甲苯-2,4-二异氰酸酯型聚氨酯（TDI型），1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯（NDI型）熔点较高，分子的刚性、规整性和对称性高，可从根本上提高聚氨酯的相分离程度，使得NDI型聚氨酯获得更为优异的机械性能和物理性能。其制品具有高耐磨、高耐热、高强度、回弹性极高、内生热少、动态性能优异、阻尼小、耐油、耐腐蚀、耐辐射、寿命长等特性。而通过本方案制备的脚轮，能够用于高动态载荷和连续高速运转以及耐热场合，作为重型高端叉车的驱动轮和承载轮，效果尤为显著。
具体实施方式
实施例1。本实施例中的1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体包括组分A和组分B，所述组分A和组分B以质量比100:21.5构成；所述组分A包括聚己内酯多元醇和多异氰酸酯，以重量份数计，其中异氰酸酯基的含量为6%（质量分数），羟值为109mg KOH/g的聚己内酯多元醇100份，1，5-萘二异氰酸酯26份；所述组分B包括聚己内酯多元醇、1,4-丁二醇和辛酸亚锡，以重量份数计，其中聚己内酯多元醇60份，1,4-丁二醇35份，辛酸亚锡2份。
上述1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的制备是按照以下步骤进行：
1）预聚体合成：按重量份数取100份 羟值为109mgKOH/g的聚己内酯多元醇加入反应釜中升温至110℃真空下脱水2h后，按重量份数取26份1，5-萘二异氰酸酯以片状或细小粉末状加入到125℃的聚己内酯多元醇中，待1，5-萘二异氰酸酯完全溶解后，反应10分钟后真空脱气，即制得预聚体；
2）扩链反应：将步骤1）合成好的预聚体加入到浇注机A料罐中，控制温度为100℃；再按重量份数取60份羟值为109mgKOH/g的聚己内酯多元醇、35份1，4-丁二醇和2份辛酸亚锡混合加入到浇注机B料罐中，升温至110℃脱水2小时；脱水后温度控制在55℃；再将A料罐和B料罐中物质以质量比100:21.5的比例，通过机头搅拌装置直接浇注到模具中；在常压下进行固化，硫化温度控制在105℃，制品于30~45分钟后从模具中取出；
3）后硫化：将步骤2）制得的制品卸模后进行后硫化，后硫化温度为110℃，后硫化时间为24小时。
实施例2。本实施例中的1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体包括组分A和组分B，所述组分A和组分B以质量比100:22构成；所述组分A包括聚己内酯多元醇和多异氰酸酯，以重量份数计，其中异氰酸酯基的含量为6%（质量分数），羟值为112mg KOH/g的聚己内酯多元醇103份，1，5-萘二异氰酸酯27份；所述组分B包括聚己内酯多元醇、1,4-丁二醇和辛酸亚锡，以重量份数计，其中聚己内酯多元醇63份，1,4-丁二醇38份，辛酸亚锡2份。
上述1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的制备是按照以下步骤进行：
1）预聚体合成：按重量份数取103份 羟值为112mgKOH/g的聚己内酯多元醇加入反应釜中升温至120℃真空下脱水2.5h后，按重量份数取27份1，5-萘二异氰酸酯以片状或细小粉末状加入到130℃的聚己内酯多元醇中，待1，5-萘二异氰酸酯完全溶解后，反应13分钟后真空脱气，即制得预聚体；
2）扩链反应：将步骤1）合成好的预聚体加入到浇注机A料罐中，控制温度为105℃；再按重量份数取63份羟值为112mgKOH/g的聚己内酯多元醇、38份1，4-丁二醇和2份辛酸亚锡混合加入到浇注机B料罐中，升温至115℃脱水2小时；脱水后温度控制在60℃；再将A料罐和B料罐中物质以质量比100:22的比例，通过机头搅拌装置直接浇注到模具中；在常压下进行固化，硫化温度控制在110℃，制品于40分钟后从模具中取出；
3）后硫化：将步骤2）制得的制品卸模后进行后硫化，后硫化温度为110℃，后硫化时间为24小时。
实施例3。本实施例中的1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体包括组分A和组分B，所述组分A和组分B以质量比100: 22.5构成；所述组分A包括聚己内酯多元醇和多异氰酸酯，以重量份数计，其中异氰酸酯基的含量为6%（质量分数），羟值为115mg KOH/g的聚己内酯多元醇105份，1，5-萘二异氰酸酯28份；所述组分B包括聚己内酯多元醇、1,4-丁二醇和辛酸亚锡，以重量份数计，其中聚己内酯多元醇65份，1,4-丁二醇40份，辛酸亚锡2份。
上述1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的制备是按照以下步骤进行：
1）预聚体合成：按重量份数取105份 羟值为115mgKOH/g的聚己内酯多元醇加入反应釜中升温至130℃真空下脱水4h后，按重量份数取28份1，5-萘二异氰酸酯以片状或细小粉末状加入到135℃的聚己内酯多元醇组分中，待1，5-萘二异氰酸酯完全溶解后，反应15分钟后真空脱气，即制得预聚体；
2）扩链反应：将步骤1）合成好的预聚体加入到浇注机A料罐中，控制温度为110℃；再按重量份数取65份羟值为115mgKOH/g的聚己内酯多元醇、40份1，4-丁二醇和2份辛酸亚锡混合加入到浇注机B料罐中，升温至120℃脱水2小时；脱水后温度控制在65℃；再将A料罐和B料罐中物质以质量比100:22.5的比例，通过机头搅拌装置直接浇注到模具中；在常压下进行固化，硫化温度控制在115℃，制品于45分钟后从模具中取出；
3）后硫化：将步骤2）制得的制品卸模后进行后硫化，后硫化温度为110℃，后硫化时间为24小时。
实施例4。本实施例与实施例1-3不同之处在于，对于壁厚在10mm以上的厚壁制品，在所述步骤3）中，先于110℃在烘箱中硫化24小时，再于室温下放置96小时，最后于110℃烘箱中硫化12小时，以保证制品性能达到最佳。
实施例5。通过上述实施例1-4制得的1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体，可用于高动态载荷和连续高速运转以及耐热场合的脚轮，尤其是可以应用在重型高端叉车的驱动轮和承载轮。

Claims (6)

1.一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体，包括组分A和组分B，其特征在于：所述组分A和组分B以质量比100:21.5-22.5构成；所述组分A包括聚己内酯多元醇和多异氰酸酯，以重量份数计，其中聚己内酯多元醇100-105份，多异氰酸酯26-28份，所述的聚己内酯多元醇的异氰酸酯基的含量为6%（质量分数），羟值为109~115mg KOH/g，所述的多异氰酸酯为1，5-萘二异氰酸酯；所述组分B包括羟值为109~115mg KOH/g聚己内酯多元醇、1,4-丁二醇和有机锡催化剂，以重量份数计，其中聚己内酯多元醇60~65份，1,4-丁二醇35~40份，有机锡催化剂2份。
2.按照权利要求1所述的一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体，其特征在于：所述有机锡催化剂为辛酸亚锡。
3.一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
1）预聚体合成：按重量份数取100~105份 羟值为109~115mgKOH/g的聚己内酯多元醇加入反应釜中升温至110~130℃真空下脱水2~4h后，按重量份数取26~28份1，5-萘二异氰酸酯以片状或粉末状加入到的脱水后的聚己内酯多元醇中，控制温度为125~135℃，待1，5-萘二异氰酸酯完全溶解后，反应10~15分钟后真空脱气，即制得预聚体；
2）扩链反应：将步骤1）合成好的预聚体加入到浇注机A料罐中，控制温度为100~110℃；再按重量份数取60~65份羟值为109~115mgKOH/g的聚己内酯多元醇、35~40份1，4-丁二醇和2份有机锡催化剂混合加入到浇注机B料罐中，升温至110~120℃脱水2小时；脱水后温度控制在55-65℃；再将A料罐和B料罐中物质以质量比100:21.5-22.5的比例，通过机头搅拌装置直接浇注到模具中；在常压下进行固化，硫化温度控制在105-115℃，制品于30~45分钟后从模具中取出；
3）后硫化：将步骤2）制得的制品卸模后进行后硫化，后硫化温度为110℃，后硫化时间为24小时。
4.按照权利要求1所述的一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：对于壁厚在10mm以上的厚壁制品，在所述步骤3）中，先于110℃在烘箱中硫化24小时，再于室温下放置96小时，最后于110℃烘箱中硫化12小时。
5.一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的应用，其特征在于：所述1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体用于高动态载荷和连续高速运转以及耐热场合的脚轮。
6.按照权利要求5所述的一种1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：所述1,5-萘二异氰酸酯型聚氨酯弹性体用于重型高端叉车的驱动轮和承载轮。
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