CN110283290B - 一种耐水解聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐水解聚氨酯弹性体及其制备方法，其步骤包括：1)将一定量的基于环氧丁烷的聚醚多元醇和耐老化剂加入烧瓶中，搅拌后脱水，冷却至室温，得到中间混合体；2)在所述中间混合体中加入一定量的催化剂和异氰酸酯，搅拌后倾倒在平底容器内，固化得到聚氨酯弹性体。本发明提供的聚氨酯弹性体采用环氧丁烷为原料，与环氧乙烷或环氧丙烷开环加成后合成的基于环氧丁烷的聚醚多元醇作为原料，利用环氧丁烷的长侧碳链的疏水性，达到提高最终制品耐水解性的目的。

Description

一种耐水解聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯材料领域，具体涉及一种耐水解聚氨酯弹性体及其制备方法。
背景技术
聚氨酯弹性体广泛应用于汽车零部件、胶黏剂、采矿、电子产品、涂料等等诸多领域，因其良好的物理性能：耐磨、耐腐蚀、工作温度宽、耐候性好等，受到广泛的关注。聚氨酯弹性体由多羟基化合物(常用聚醚多元醇或聚酯多元醇)和异氰酸酯反应得到，密度从200到1100kg/m3不等，应用于不同的领域。聚氨酯弹性体的应用场合有些比较恶劣，如矿山筛板、洗矿管道法兰件、汽车发动机舱内零部件、强酸储罐的内涂层等等，多是一些潮湿、高温或者强酸的环境，对于聚氨酯弹性体的耐老化性能有很高的要求。
聚酯多元醇制备的弹性体，由于酯键大量存在，导致材料的耐水解性能很差。相比之下，聚醚型聚氨酯弹性体的耐水解性能比聚酯型优异，但是仍然无法满足一些极端环境，如强酸、高热高湿度等环境下的耐老化性能，这限制了弹性体在一些高附加值产品上的应用。
因此，亟需一种在强酸、高热、高湿度环境下性能优异的聚氨酯弹性体。
发明内容
为此，本发明的所要解决的技术问题是现有聚氨酯弹性体在强酸、高热和高湿环境下性能不佳的缺陷，进而提供了一种耐水解聚氨酯弹性体及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种耐水解聚氨酯弹性体，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002080968180000021
优选地，所述的基于环氧丁烷的聚醚多元醇为环氧丁烷与环氧乙烷和/ 或环氧丙烷，在氮气条件下通过氢氧化钾催化，于100-130℃下发生开环反应而共同聚合而成的产物，其中环氧丁烷在环氧丁烷、环氧乙烷和环氧丙烷中所占的摩尔比为40％-95％；优选地，所述环氧丁烷、环氧乙烷和环氧丙烷的摩尔比为1:0:0.5-1.25。
优选地，所述基于环氧丁烷的聚醚多元醇的官能度2-3；分子量 200-12000；羟值10-900mgKOH/g；粘度50-10000mPa/s；含水量＜0.1％；酸值<0.1％mgKOH/g。
优选地，所述的异氰酸酯包括并不限于甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯中的至少一种。
优选地，所述的催化剂包括并不限于有机锡类，有机铋类和有机锌类中的至少一种。
优选地，所述的耐老化剂包括并不限于酚羟基类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；优选地，所述酚羟基类抗氧剂包括并不限于1076(β- (3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯)、1010(四[β-(3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、1098(N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺)中的一种或几种；所述亚磷酸酯类抗氧剂包括并不限于626(双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯)、168 (三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)中的一种或几种。
优选地，还包括0-10重量份的扩链剂，所述的扩链剂为小分子多元醇。
优选地，所述小分子多元醇包括并不限于乙二醇、丙二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇、季戊四醇、新戊二醇及其同分异构体中的至少一种。
本发明还提供上述聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
1)将基于环氧丁烷的聚醚多元醇、耐老化剂和扩链剂按所述重量份数混合，并抽真空搅拌脱水，冷却至室温，得到中间混合体；
2)向所述中间混合体中加入所述重量份数的催化剂和异氰酸酯，搅拌后倾倒在平底容器内，固化得到聚氨酯弹性体。
优选地，步骤1)中，所述搅拌的温度为20-40℃，搅拌速率为50-600r/min；
步骤1)中，所述脱水为真空脱水，脱水温度110-130℃，脱水时间1-2 小时，真空度为负0.08-负0.1MPa；
步骤2)中，所述搅拌温度为20-90℃，搅拌速率为100-300r/min，搅拌时间为5-15分钟，固化温度为室温。
本发明具有以下优点：
(1)本发明所提供的耐水解聚氨酯弹性体，采用异氰酸酯、基于环氧丁烷的聚醚多元醇、催化剂和耐老化剂四者在特定比例下配合，特别是采用基于环氧丁烷的聚醚多元醇，利用其中环氧丁烷的长侧碳链的疏水性，达到提高最终制品耐水解性的目的，同时，在一定程度上改善了聚氨酯弹性体在强酸、高热环境下的性能。
(2)本发明所提供的耐水解聚氨酯弹性体，基于环氧丁烷的聚醚多元醇采用环氧丁烷为原料，与环氧乙烷或环氧丙烷开环加成后合成，并优化基于环氧丁烷的聚醚多元醇的性能指标，相比于传统聚氨酯弹性体，在高酸和高湿度的情况下，可以长时间保持性能，适合于此类苛刻的工作环境。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过采购获得的常规试剂产品。
实施例1-5中的基于环氧丁烷的聚醚多元醇为环氧丁烷与环氧乙烷和/ 或环氧丙烷，在氮气条件下通过氢氧化钾催化，于100-130℃下发生开环反应而共同聚合而成的产物，其中环氧丁烷在环氧丁烷、环氧乙烷和环氧丙烷中所占的质量比为50％-95％。
实施例1
本实施例提供一种聚氨酯弹性体的制备方法，所用材料为：
基于环氧丁烷的聚醚多元醇：100g聚醚多元醇D215B，由佳化化学生产，官能度2，分子量为1500，羟值78.7mgKOH/g，粘度270mPa*s，含水量＜0.1％；酸值<0.1％mgKOH/g，其中环氧丁烷与环氧乙烷、环氧丙烷的摩尔比为1：0：1.2。
耐老化剂：0.5g 1076,由中国台湾双键化工生产；
催化剂：0.13g二月桂酸二丁基锡；
异氰酸酯：19.5g聚合二苯甲烷二异氰酸酯。
具体步骤包括：
1)将聚醚多元醇D215B和耐老化剂1076加入烧瓶中搅拌，在搅拌温度为25℃，搅拌速率为150r/min，搅拌后在120℃，真空度为负 0.1MPa的条件下真空脱水2小时，冷却至室温，得到中间混合体；
2)在所述中间混合体中加入催化剂二月桂酸二丁基锡和聚合二苯甲烷二异氰酸酯，在60℃下以搅拌速率为200r/min的速度搅拌10分钟后倾倒在平底容器内，室温固化得到聚氨酯弹性体。
实施例2
本实施例提供一种聚氨酯弹性体的制备方法，所用材料为：
基于环氧丁烷的聚醚多元醇：100g聚醚多元醇F330B，由佳化化学生产，官能度3，分子量为3000，羟值58.2mgKOH/g，粘度560mPa*s，含水量＜ 0.1％；酸值<0.1％mgKOH/g，其中环氧丁烷与环氧乙烷、环氧丙烷的摩尔比为1：0：1.25。
耐老化剂：0.5g 1076，由中国台湾双键化工生产；
催化剂：0.04g二月桂酸二丁基锡；
异氰酸酯：19.5g聚合二苯甲烷二异氰酸酯。
具体步骤包括：
1)将聚醚多元醇F330B和耐老化剂1076加入烧瓶中搅拌，在搅拌温度为40℃，搅拌速率为600r/min，搅拌后在120℃，真空度为负0.08MPa的条件下真空脱水2小时，冷却至室温，得到中间混合体；
2)在所述中间混合体中加入催化剂二月桂酸二丁基锡和聚合二苯甲烷二异氰酸酯，在90℃下以搅拌速率为100r/min的速度搅拌15分钟后倾倒在平底容器内，室温固化得到聚氨酯弹性体。
实施例3
本实施例提供一种聚氨酯弹性体的制备方法，所用材料为：
基于环氧丁烷的聚醚多元醇：100g聚醚多元醇D220B，由佳化化学生产，官能度2，分子量为2000，羟值56.3mgKOH/g，粘度430mPa*s，含水量＜ 0.1％；酸值<0.1％mgKOH/g，其中环氧丁烷与环氧乙烷、环氧丙烷的摩尔比为1.9：0：1；
耐老化剂：0.1g 1076，由中国台湾双键化工生产；
催化剂：0.2g二月桂酸二丁基锡；
异氰酸酯：50g聚合二苯甲烷二异氰酸酯。
具体步骤包括：
1)将聚醚多元醇D220B和耐老化剂1076加入烧瓶中搅拌，搅拌温度为 20℃，搅拌速率为500r/min，搅拌后在130℃，真空度为负0.1MPa的条件下真空脱水2小时，冷却至室温，得到中间混合体；
2)在所述中间混合体中加入催化剂二月桂酸二丁基锡和聚合二苯甲烷二异氰酸酯，在60℃下以搅拌速率为250r/min的速度搅拌15分钟后倾倒在平底容器内，室温固化得到聚氨酯弹性体。
实施例4
本实施例提供一种聚氨酯弹性体的制备方法，所用材料为：
基于环氧丁烷的聚醚多元醇：50g聚醚多元醇D215B，官能度2，分子量为，羟值78.7mgKOH/g，粘度270mPa*s，含水量＜0.1％；酸值<0.1％mgKOH/g，其中环氧丁烷与环氧乙烷、环氧丙烷的摩尔比为1：0：1.2；
耐老化剂：0.2g UAO-76，由中国台湾员合生产；
催化剂：0.005gDY-20，由赢创德固赛生产；
异氰酸酯：10g六亚甲基二异氰酸酯。
具体步骤包括：
1)将聚醚多元醇D215B和耐老化剂UAO-76加入烧瓶中搅拌，在搅拌温度为30℃，搅拌速率为300r/min，搅拌后在110℃，的条件下真空脱水2 小时，冷却至室温，得到中间混合体；
2)在所述中间混合体中加入催化剂DY-20和六亚甲基二异氰酸酯，在 20℃下以搅拌速率为300r/min的速度搅拌5分钟后倾倒在平底容器内，室温固化得到聚氨酯弹性体。
实施例5
本实施例提供一种聚氨酯弹性体的制备方法，所用材料为：
基于环氧丁烷的聚醚多元醇：180g聚醚多元醇F330B，官能度3，分子量为，羟值58.2mgKOH/g，粘度560mPa*s，含水量＜0.1％；酸值<0.1％mgKOH/g，其中环氧丁烷与环氧乙烷、环氧丙烷的摩尔比为1：0：1.25；
耐老化剂：0.3gUAO-76，由中国台湾员合生产；
催化剂：0.08g异辛酸锌；
异氰酸酯：20g六亚甲基二异氰酸酯；
扩链剂：10g乙二醇。
具体步骤包括：
1)将聚醚多元醇F330B、耐老化剂UAO-76和扩链剂乙二醇加入烧瓶中搅拌，在搅拌温度为25℃，搅拌速率为400r/min，搅拌后在120℃，真空度为负0.1MPa的条件下真空脱水1小时，冷却至室温，得到中间混合体；
2)在所述中间混合体中加入催化剂异辛酸锌和六亚甲基二异氰酸酯，在80℃下以搅拌速率为150r/min的速度搅拌10分钟后倾倒在平底容器内，室温固化得到聚氨酯弹性体。
对比例1
本对比例提供一种聚氨酯弹性体的制备方法，和实施例1唯一的不同在使用的聚醚多元醇不同，所用材料为：
聚醚多元醇：100g聚醚多元醇D215，由佳化化学生产，官能度2，分子量为1500，羟值75.3mgKOH/g，粘度240mPa*s，含水量＜0.1％；酸值 <0.1％mgKOH/g，不含有环氧丁烷；
耐老化剂：0.5g 1076，由中国台湾双键化工生产；
催化剂：0.13g二月桂酸二丁基锡；
异氰酸酯：19.5g聚合二苯甲烷二异氰酸酯。
具体步骤包括：
1)将聚醚多元醇D215、耐老化剂1076加入烧瓶中搅拌，在搅拌温度为 25℃，搅拌速率为150r/min，搅拌后在120摄氏度，真空度为负0.1MPa的条件下真空脱水2小时，冷却至室温，得到中间混合体；
2)在所述中间混合体中加入催化剂二月桂酸二丁基锡和聚合二苯甲烷二异氰酸酯，在60℃下以搅拌速率为200r/min的速度搅拌10分钟后倾倒在平底容器内，室温固化得到聚氨酯弹性体。
对比例2
本对比例提供一种聚氨酯弹性体的制备方法，和实施例2唯一的不同在使用的聚醚多元醇不同，所用材料为：
聚醚多元醇：100g聚醚多元醇F330，由佳化化学生产，官能度3，分子量为3000，羟值57.7mgKOH/g，粘度580mPa*s，含水量＜0.1％；酸值 <0.1％mgKOH/g，不含有环氧丁烷；
耐老化剂：0.5g 1076，由中国台湾双键化工生产；
催化剂：0.04g二月桂酸二丁基锡；
异氰酸酯：19.5g聚合二苯甲烷二异氰酸酯。
具体步骤包括：
1)将聚醚多元醇F330、耐老化剂1076加入烧瓶中搅拌，在搅拌温度为 40℃，搅拌速率为600r/min，搅拌后在120摄氏度，真空度为负0.08MPa 的条件下真空脱水2小时，冷却至室温，得到中间混合体；
2)在所述中间混合体中加入催化剂二月桂酸二丁基锡和聚合二苯甲烷二异氰酸酯，在90℃下以搅拌速率为100r/min的速度搅拌15分钟后倾倒在平底容器内，室温固化得到聚氨酯弹性体。
试验例
将实施例1-5和对比例1-2得到的产物在室温下熟化72小时，按照GB/T 6344-2008切割成哑铃型样条，分为两组，一组样品在室温条件(25摄氏度)下保存，另外一组浸泡在37％浓盐酸中，25摄氏度保存，7天之后做拉伸性能测试，实施例1-2和对比例1-2测试结果如表1，实施例3-5的测试结果如表2所示：
表1
Figure BDA0002080968180000101
表2
Figure BDA0002080968180000102
由上表可知，实施例1-5在浓盐酸环境下的性能衰减程度大幅小于对比例1-2的衰减程度，尤其是实施例1-2和对比例1-2之间的差异，说明了实施例中得到的聚氨酯弹性体具有更好的耐湿耐酸性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种耐水解聚氨酯弹性体，包括如下重量份的原料：
异氰酸酯 10-50份
基于环氧丁烷的聚醚多元醇 50-180份
催化剂 0.005-0.2份
耐老化剂 0.05-0.5份；
所述的基于环氧丁烷的聚醚多元醇为环氧丁烷与环氧丙烷，在氮气条件下通过氢氧化钾催化，于100-130℃下发生开环反应而共同聚合而成的产物，其中所述环氧丁烷和环氧丙烷的摩尔比为1: 0.5-1.25；所述基于环氧丁烷的聚醚多元醇的官能度2-3；分子量200-12000；羟值10-900mgKOH/g;粘度50-10000mPa/s；含水量＜0.1%；酸值<0.1%mgKOH/g；
所述的异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯中的至少一种；
所述的催化剂包括有机锡类，有机铋类和有机锌类中的至少一种；
所述的耐老化剂包括酚羟基类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述酚羟基类抗氧剂包括1076、1010、1098中的一种或几种；所述亚磷酸酯类抗氧剂626、168中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体，其特征在于，还包括0-10重量份的扩链剂，所述的扩链剂为小分子多元醇。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述小分子多元醇包括乙二醇、丙二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇、季戊四醇、新戊二醇及其同分异构体中的至少一种。
4.权利要求1-3中任一项所述的聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
1）将基于环氧丁烷的聚醚多元醇、耐老化剂，和任选地扩链剂按所述重量份数混合，并抽真空搅拌脱水，冷却至室温，得到中间混合体；
2）向所述中间混合体中加入所述重量份数的催化剂和异氰酸酯，搅拌后倾倒在平底容器内，固化得到聚氨酯弹性体。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1）中，所述搅拌的温度为20-40oC，搅拌速率为50-600r/min；
步骤1）中，所述脱水为真空脱水，脱水温度110-130℃，脱水时间1-2小时，真空度为负0.08-负0.1MPa；
步骤2）中，所述搅拌温度为20-90℃，搅拌速率为100-300r/min，搅拌时间为5-15分钟，固化温度为室温。
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