CN110437419A

CN110437419A - 一种聚氨酯实芯轮胎充填料及其制备方法

Info

Publication number: CN110437419A
Application number: CN201910708068.8A
Authority: CN
Inventors: 董德新; 孙亚琼; 史耀广; 柴伊辉; 杜丹; 张霞
Original assignee: Luanchuan Xinke Machinery And Equipment Repair Center
Current assignee: Luanchuan Xinke Machinery And Equipment Repair Center
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2019-11-12

Abstract

本发明公开了一种聚氨酯实芯轮胎充填料及其制备方法。本发明公开的聚氨酯实芯轮胎填料由A、B组分制备而成，A组分的主要组分以及各组分的重量份数为：聚醚多元醇25‑35份，阻燃剂6‑10份，芳烃油51‑55份，TDI‑80 7‑11份；B组分的主要组分以及各组分的重量份数为：聚醚多元醇33‑37份，芳烃油55‑59份，胺类扩链剂6.7‑7.1份，UL‑22催化剂0.5‑1.5份。本发明公开的聚氨酯轮胎充填料通过选择适当的组分，以及调整各组分的含量，使得聚氨酯轮胎充填料具有优良的抗拉强度、撕裂强度以及断裂伸长率，适用于负荷较高的载重车辆的轮胎，同时成型时间较快，又留出一定的施工时间。

Description

一种聚氨酯实芯轮胎充填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种聚氨酯实芯轮胎充填料及其制备方法。

背景技术

轮胎是各种车辆的重要部件之一，其直接与路面接触，而路面状况多变，具有相当的不确定性，因此，轮胎需要有良好的抗震缓冲性能、与地面良好的附着性、还要有一定的承重性，相应地，制造轮胎的高分子材料已经成为被广泛研究的重点课题。

长期以来，传统轮胎制造工业将橡胶作为首选材料。但橡胶轮胎在使用过程中存在寿命短、耐磨性和抗撕裂强度较差等缺点，尤其是载重汽车轮胎，因负重能力有限，经常导致爆胎。由于橡胶轮胎本身具有上述缺点，因此，行业内竞相研发无污染、安全、耐用等综合性能优异的高性能轮胎。

聚氨酯弹性体又称作聚氨酯橡胶，该材料中含有较多的氨酯基，通常以低聚物多元醇、多异氰酸酯、扩链剂/交联剂以及其他少量助剂等作为原料制成。从分子结构上来看，聚氨酯弹性体是嵌段共聚物，低聚物多元醇柔性链是作为软段，多异氰酸酯、扩链剂/交联剂组成聚氨酯弹性体的硬段，软段和硬段会形成微相区，且软段和硬段倾向于形成微相分离，但是软段、硬段间还存在氢键等作用力，所以，微相分离仅是微观上的微小分离倾向，在宏观上并不会表现出分离，也因此，聚氨酯作为一种嵌段共聚物，具有优良的耐磨性与韧性。

聚氨酯弹性体的最大特点是在硬度范围内保持较高的弹性，伸长率可达300%-1000%，耐磨性卓越，约为天然橡胶的2-10倍，有良好的机械强度、耐油性和耐臭氧性，低温性能也很出色。同时采用浇注成型工艺制备聚氨酯弹性体轮胎与传统橡胶轮胎成型工艺相比，设备投资成本和加工工艺得到大大降低和简化，从复杂的固相加工变为简单的液相加工，省去了笨重庞大的加工设备，使材料混合、成型、硫化实现一体化。由于聚氨酯弹性体具有众多优点，因此，聚氨酯轮胎成为国内外轮胎工业研究的热点。目前，聚氨酯弹性体轮胎又分为实芯弹性体填充轮胎和微孔弹性体填充轮胎。

聚氨酯弹性体充填的实芯轮胎，其芯材料是一种多羟基化合物聚合高分子材料，聚氨酯液体通过气门系统注入轮胎，取代了轮胎中的气体，聚合为弹性体芯内压恒定的轮胎，将永远不会漏气和爆胎，不怕碎石、钉子、子弹等尖锐物体的伤害，在恶劣的环境下，消除隐患。充填的实芯轮胎舒适性能非常接近空气膨胀轮胎，并能使轮胎的使用寿命更持久。

经过检索，申请号为CN201610711120.1的发明专利公开了一种低成本安全轮胎内部充填用聚氨酯材料及其使用方法。该聚氨酯材料由A、B两种组分组成。其中A组分的主要成分以及各成分的重量百分数为：二异氰酸酯 5%-15%，聚醚多元醇1 15%-40%，稀释剂50%-75%，在80℃-90℃反应2h，得到异氰酸根含量在2%-7%的预聚体；二异氰酸酯选自TDI或MDI-100或其混合物。聚醚多元醇1选自官能度2或3，数均分子量在2000-5000的聚环氧丙烷醚多元醇；稀释剂选自环烷油、芳烃油、三（2-氯丙基）磷酸酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯。B组分的主要成分以及各成分的重量百分数为：聚醚多元醇2 20%-47.5%，扩链剂1%-5%，交联剂1%-5%，稀释剂50%-75%，催化剂0.3%-1.0%，防老剂0-2%。聚醚多元醇2是数均分子量在4000-8000，官能度2或3的聚环氧丙烷醚多元醇。催化剂是指0.2%-0.9%的叔胺类催化剂和0.1%-0.5%的有机金属催化剂，叔胺类催化剂是指三亚乙基二胺、N-甲基二环己胺、五甲基二亚丙基三胺或三乙胺；有机金属催化剂是指二硫醇二辛基锡、双十二烷硫基二甲基锡、二月桂酸二丁基锡、双十四烷酸二丁基锡或有机铋。防老剂是指抗氧剂168，抗氧剂1010或抗氧剂1135。扩链剂为1,4-丁二醇或乙二醇。所述的交联剂为4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷或二乙基甲苯二胺。A组分与B组分按体积比例100:100，以静态混合器混合浇注，填充，混合温度为15-40℃，在室温下硫化成型，得到硬度为邵氏A25-35的聚氨酯弹性体制品。A、B组分中均使用大量的稀释剂等，A、B组分粘度均为200-600mPa•s,填充速度快，操作简单，A、B组分混合后后的使用期≥120分钟，可用于安全轮胎的填充，原材料比现有同类材料低20%。该发明虽然具有众多优点，但其抗拉强度、撕裂强度以及断裂伸长率等性能不够优秀，难以胜任承重机械的轮胎的使用条件，反而更为适用于普通使用条件下的轮胎，且其使用期过长，相应地，其固化时间也较长，不利于快速定型。

申请号为CN201110437089.4的发明专利公开了一种工程装备用聚氨酯弹性体组合物。该组合体由A、B组分组成，A组分中含有的物质以及各物质的重量百分数为：二异氰酸酯 10%-35%、聚醚多元醇 30%-50%、增塑剂 15%-60%，其中二异氰酸酯选自TDI、MDI-50、MDI-100或液化MDI中的一种或多种，聚醚多元醇选自官能度为2或3，数均分子量在1000-4000范围内的聚环氧丙烷醚多元醇；B组分中含有的物质以及各物质的重量百分数为：聚环氧丙烷醚多元醇 89.95%-99.9%、3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷 0%-10%，催化剂0.05%-0.1%，其中，聚环氧丙烷醚多元醇数均分子量为1000-6000，官能度为2或3。使用时，将A、B组分按照体积比100:90-110混合浇注，混合温度15℃-45℃，混合后的使用期在30-120分钟，在室温下硫化成型，得到硬度为邵A20-60的聚氨酯弹性制品。该发明的优点在于该聚氨酯弹性体组合物能够用于轮胎的填充，并且具有生产工艺简单、成本低、节约能源的特点。制得的聚氨酯弹性体制品具有弹性好、不用充气、不怕扎刺、不会爆胎、使用寿命长等优点，能够广泛用于各种大型承重轮胎和对刺扎要求极高的车辆设备。该发明得到的聚氨酯弹性体制品能够用于轮胎的填充，但该组合物A、B组分粘度过大，不利于混合充模，且聚醚用量大，成本高。

因此，需要针对承重机械轮胎的使用条件，研制出一种抗拉强度、撕裂强度以及断裂伸长率性能表现优异、成型快、聚醚用量小、成本低的聚氨酯轮胎充填料。

发明内容

为了达到使聚氨酯轮胎充填料具有优良的抗拉强度、撕裂强度以及断裂伸长率、成型快、低聚醚用量、低成本的目的，本发明首先给出了一种聚氨酯实芯轮胎充填料，其次给出了聚氨酯实芯轮胎充填料的制备方法。

本发明首先公开一种聚氨酯实芯轮胎填充料：

一种聚氨酯实芯轮胎填料由A、B组分组成。A组分的成分以及重量份数为：聚醚多元醇25-35份、阻燃剂6-10份、芳烃油51-55份、TDI-80 7-11份；B组分的成分以及重量份数为：聚醚多元醇33-37份、芳烃油55-59份、胺类扩链剂6.7-7.1份、UL-22催化剂0.5-1.5份。其中，UL-22催化剂的主要成分为硫醇二甲基锡。

所述的甲苯二异氰酸酯为TDI-80，其中TDI-100反应速率相对较慢，容易操作，容易制成透明的制品，而TDI-80之中，2,4-TDI的含量为80%，2,6-TDI的含量为20%，2,6-TDI的反应活性高于2,4-TDI，其反应活性高于TDI-100，TDI-65中，2,4-TDI的含量为65%，2.6-TDI的含量为35%，其反应活性高于TDI-80，针对轮胎充填料，无需制成透明制品，又需要一定的成型时间使其充分分散开，因此使用TDI-80可以适当提高反应速率，也可获得适当的成型时间。

进一步地，所述的聚醚多元醇为TEP3600，为一种高分量聚醚，羟值为26.5-29.5mgKOH/g。

进一步地，所述的阻燃剂为磷酸三异丙基苯酯阻燃剂。

进一步地，所述的芳烃油为5^#芳烃油。实施过程中，可选用山东孚润达化工生产的5^#芳烃油、山东馨力石化的5^#芳烃油等。

进一步地，所述的胺类扩链剂为而二甲硫基氯苯扩链剂TX-2，其主要成分为2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯，其常温下是液体，使用方便，可进行室温固化，生理毒性小，釜中寿命为7-9分钟，价格便宜，可降低制品成本，固化力学性能可与3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺（MOCA）、二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）媲美。

一种聚氨酯实芯轮胎填料的制备方法：

首先将聚醚多元醇、阻燃剂、芳烃油按配方加入反应釜，搅拌升温至105℃，真空脱水2小时，然后降温至75℃-80℃，按配方加入TDI-80后，在80℃搅拌2小时，得到A组分，然后将A组分装入镀锌铁桶中密封保存。

将聚醚多元醇、芳烃油、胺类扩链剂按配方份量加入反应釜搅拌升温至100℃-105℃真空脱水2小时，然后冷却到80℃-85℃，按配方加入UL-22催化剂，真空搅拌反应2小时，得到B组分，将B组分装入镀锌铁桶中密封保存。

在使用时，根据轮胎的尺寸和耐压要求，确定所需填充的重量，再将填充料在35℃-40℃恒温预热，调整浇注机打出A、B物料组分的重量比为1:1，将轮胎垂直放置，充气嘴的部位位于底部，将轮胎的最上部插入注射针头，将充填料注入轮胎，注射完成后，将轮胎水平放置在室温或恒温室中，使充填料完全固化，即可装车使用，其中，于25℃条件下需要固化7天，也可采用25℃下固化2天，然后在80℃下固化16小时的固化方案。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过选择组分以及调整各组分含量，使得制得的聚氨酯弹性体充填轮胎料具有优良的抗拉强度、撕裂强度以及断裂伸长率，使用于负荷较高的载重车辆的轮胎上时，在静摩擦力较大时，可以保证充填料的整体性良好，进而保证胎体的动平衡，使得车胎安全稳定；

2.选择TDI-80作为二异氰酸酯组分，相较于TDI-100、TDI-65，TDI-80活性适中，使得成型时间既快，又留出合适的施工时间；

3.本发明组分较少，其中使用的聚醚量也相对较少，其成本较低；

4.本发明制得的聚氨酯实芯轮胎充填料适用于多种情况，但其面对已经出厂的传统充气轮胎，更换的成本较高，而本发明公开的轮胎充填料则适用于已经出厂的轮胎与未出厂的轮胎,更适合轮胎升级用；

5.充填后的轮胎表面会展现出适当的膨胀压力，适当的膨胀压力可保证良好的轮胎印迹，减少磨损，且轮胎内的膨胀压力保持恒定，而普通充气轮胎内的膨胀压力则根据路况不同也变得不同，从而更容易磨损，使用寿命缩短；

6.制得的聚氨酯实芯轮胎充填料的邵氏A硬度较低，弹性较好，使得使用时可以吸收较强的冲击能量，提升轮胎安全性与舒适性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行解释说明。

实施例一

一种聚氨酯实芯轮胎填料由A、B组分组成。A组分的成分以及重量份数为：TEP3600 25份、磷酸三异丙基苯酯阻燃剂6份、山东孚润达化工的5^#芳烃油51份、TDI-80 7份；B组分的成分以及重量份数为：TEP3600 33份、山东孚润达化工的5^#芳烃油 55份、二甲硫基氯苯扩链剂TX-2 6.7份、UL-22催化剂0.5份。

首先将TEP3600、磷酸三异丙基苯酯阻燃剂、5^#芳烃油按配方加入反应釜，搅拌升温至105℃，真空脱水2小时，然后降温至75℃-80℃，按配方加入TDI-80后，在80℃搅拌2小时，得到A组分，然后将A组分装入镀锌铁桶中密封保存。

将TEP3600、5^#芳烃油、二甲硫基氯苯扩链剂TX-2按配方份量加入反应釜搅拌升温至100℃-105℃真空脱水2小时，然后冷却到80℃-85℃，按配方加入UL-22催化剂，真空搅拌反应2小时，得到B组分，将B组分装入镀锌铁桶中密封保存。

经过测试，得到的聚氨酯实芯轮胎充填料的抗拉强度：2.7MPa、撕裂强度：9kN/m、断裂伸长率：318%、邵氏A硬度：35。

实施例二

一种聚氨酯实芯轮胎填料由A、B组分组成。A组分的成分以及重量份数为：TEP3600 35份、磷酸三异丙基苯酯阻燃剂10份、山东孚润达化工的5^#芳烃油55份、TDI-80 11份；B组分的成分以及重量份数为：TEP3600 37份、山东孚润达化工的5^#芳烃油 59份、二甲硫基氯苯扩链剂TX-2 7.1份、UL-22催化剂 1.5份。

经过测试，得到的聚氨酯实芯轮胎充填料的抗拉强度：2.8MPa、撕裂强度：11kN/m、断裂伸长率：420%、邵氏A硬度：27。

实施例三

一种聚氨酯实芯轮胎填料由A、B组分组成。A组分的成分以及重量份数为：TEP3600 30份、磷酸三异丙基苯酯阻燃剂8份、山东孚润达化工的5^#芳烃油53份、TDI-80 9份；B组分的成分以及重量份数为：TEP3600 35份、山东孚润达化工的5^#芳烃油 57份、二甲硫基氯苯扩链剂TX-2 6.9份、UL-22催化剂 1份。

经过测试，得到的聚氨酯实芯轮胎充填料的抗拉强度：3MPa、撕裂强度：12kN/m、断裂伸长率：500%、邵氏A硬度：23。

Claims

1.一种聚氨酯实芯轮胎充填料，其特征是：所述的聚氨酯实芯轮胎填料由A、B组分制备而成，其中A组分的主要组分以及各组分的重量份数为：聚醚多元醇25-35份，阻燃剂6-10份，芳烃油51-55份，TDI-80 7-11份；B组分的主要组分以及各组分的重量份数为：聚醚多元醇33-37份，芳烃油55-59份，胺类扩链剂6.7-7.1份，UL-22催化剂0.5-1.5份。

2.如权利要求1所述的一种聚氨酯实芯轮胎充填料，其特征是：所述的聚醚多元醇为TEP3600，为一种高分量聚醚，羟值为26.5-29.5mgKOH/g。

3.如权利要求1所述的一种聚氨酯实芯轮胎填充料，其特征是：所述的芳烃油为5^#芳烃油。

4.如权利要求1所述的一种聚氨酯实芯轮胎充填料，其特征是：所述的胺类扩链剂为而甲硫基氯苯扩链剂TX-2，其主要成分为2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯。

5.如权利要求1所述的一种聚氨酯实芯轮胎充填料，其特征是：所述的阻燃剂为磷酸三异丙基苯酯阻燃剂。

6.如权利要求1所述的一种聚氨酯实芯轮胎充填料的制备方法，其特征是：首先将聚醚多元醇、阻燃剂、芳烃油按配方加入反应釜，搅拌升温至105℃，真空脱水2小时，然后降温至75℃-80℃，按配方加入TDI-80后，在80℃搅拌2小时，得到A组分，然后将A组分装入镀锌铁桶中密封保存；将聚醚多元醇、芳烃油、胺类扩链剂按配方份量加入反应釜搅拌升温至100℃-105℃真空脱水2小时，然后冷却到80℃-85℃，按配方加入UL-22催化剂，真空搅拌反应2小时，得到B组分，将B组分装入镀锌铁桶中密封保存；在使用时，根据轮胎的尺寸和耐压要求，确定所需填充的重量，再将填充料在35℃-40℃恒温预热，调整浇注机打出A、B物料组分的重量比为1:1，将轮胎垂直放置，充气嘴的部位位于底部，将轮胎的最上部插入注射针头，将充填料注入轮胎，注射完成后，将轮胎水平放置在室温或恒温室中，使充填料完全固化，即可装车使用。

7.如权利要求6所述的一种聚氨酯实芯轮胎充填料的制备方法，其特征是：所述的充填料完全固化，在25℃条件下，其固化时间为7天。

8.如权利要求6所述的一种聚氨酯实芯轮胎充填料的制备方法，其特征是：所述的充填料完全固化，在25℃条件下，固化2天后，在80℃恒温条件下再固化16小时即可。