CN110669199A - 高频筛用聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种高频筛用聚氨酯弹性体及其制备方法。所述的高频筛用聚氨酯弹性体，由A组分、B组分和C组分制成，A组分由40‑60wt％的二异氰酸酯和40‑60wt％的多元醇制成，异氰酸酯基质量含量为10‑18％；B组分为多元醇类扩链剂；C组分为醇或醇胺类扩链剂；A组分、B组分和C组分的混合质量比为100:20‑120:5‑16。本发明的高频筛用聚氨酯弹性体，具有较低的粘度使得原料流动性好，力学性能好，而且筛网的开孔率高，本发明还提供其制备方法。

Description

高频筛用聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种高频筛用聚氨酯弹性体及其制备方法。
背景技术
聚氨酯弹性体是一种主链上含有大量氨基甲酸酯基团的高分子材料，由异氰酸酯与多元醇(聚醚、聚酯)反应生成的一类硬段和软段交替的嵌段共聚物。通常柔性链段由多元醇构成，在常温下多元醇构成的柔性链段有多种构象，称为软段。带有芳香基、脲基、氨基甲酸酯基的刚性链段是由二元醇、二元胺等小分子扩链剂(交联剂)与二异氰酸酯反应得到的。刚性链段的构象不易改变，称为硬段。它是一种介于橡胶与塑料的材料，其原材料品种繁多，配方多种多样，可调的范围较广。聚氨酯的硬度范围很宽，其模量低至邵氏A10以下，高至邵氏D85A高抗冲弹性体材料。
聚氨酯弹性体由于具有耐磨性强，弹性好，承载高，耐油力学性能优异等特点，因此被广泛应用于生产筛网等工程材料。主要适用于煤炭、冶金等行业的物料筛分、脱水、脱介等方面。优异的性能使聚氨酯筛网寿命大大增加，使用寿命是金属筛网的8-10倍，是不锈钢筛面的3倍，是天然橡胶的3.9倍。其次聚氨酯筛网筛分效率高，筛面具有自洁性能，不堵孔等特点。聚氨酯筛网按孔径大小分为窄缝筛和大孔筛，其中聚氨酯窄缝筛的高频筛网要求孔径在0.25mm-3mm。筛网不仅要求聚氨酯有较好的力学性能，而且要求原料有较低的粘度使得原料流动性好，筛网的开孔率高，因而研究不同体系聚氨酯弹性体筛网材料对筛网应用尤为重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高频筛用聚氨酯弹性体，具有较低的粘度使得原料流动性好，力学性能好，而且筛网的开孔率高，本发明还提供其制备方法。
本发明所述的高频筛用聚氨酯弹性体，由A组分、B组分和C组分制成，A组分由40-60wt％的二异氰酸酯和40-60wt％的多元醇制成，异氰酸酯基质量含量为10-18％；B组分为多元醇类扩链剂；C组分为醇或醇胺类扩链剂；
A组分、B组分和C组分的混合质量比为100:20-120:5-16。
A组分中多元醇为数均分子量为1500-3000的二元醇；优选为聚己内酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇、聚(乙二醇丙二醇乙二酸)二元醇、聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇中的一种或多种；进一步优选为PE2020，PE2315，PE2420，PE-2320，PE2020，PCL2000，和PTMG2000中的一种或几种或多种。
二异氰酸酯为MDI、液化MDI、MDI-50中的一种或多种。
B组分中多元醇类扩链剂为数均分子量为1500-3000的二元醇，优选为PE2020、PE2315、PE2420、PE-2320、PE2020、PCL2000、PTMG2000中的一种或多种。
C组分中醇或醇胺类扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、二乙醇胺中的一种。
本发明所述的高频筛用聚氨酯弹性体的制备方法，步骤如下：
(1)A组分：将二异氰酸酯和多元醇在75-90℃条件下反应至氰酸酯基质量含量为10-18％，制得；
(2)B组分：将多元醇类扩链剂脱水至水分质量含量≤0.03％制得；
(3)C组分：将醇或醇胺类扩链剂脱水至水分质量含量≤0.03％制得；
(4)将A、B、C组分按比例混合均匀，浇入模具中硫化成型，制得高频筛用聚氨酯弹性体。
步骤(2)和步骤(3)中脱水条件为-0.01MPa、90-100℃。
步骤(4)中混合温度为40-70℃，模具温度为100-120℃，0.5-2小时开模，硫化温度80-100℃，硫化时间10-16h。
本发明的A组分为半预聚体，其NCO质量含量高，分子量低，粘度较小；采用半预聚物法合成出的预聚体粘度远远小于预聚物法，较低的粘度使得原料流动性好，高频筛网模具的筛孔很细，孔径在0.25-3mm，本发明的三组分体系料粘度小，流动性好，可充分流入到模具的细缝中，压模时可充分达到开孔效果，使得高频筛有较高的开孔率。
为了使A组分中较高含量的NCO基团充分反应，且不影响产品的其他性能，本发明将一部分多元醇作为扩链剂，在后期固化时加入配方体系中，与小分子醇/醇胺扩链剂共同起到固化作用，使产品高频筛保持较高开孔率的同时，也具有优良的力学性能和耐磨性。
此外，MDI型聚氨酯高频筛网耐低温，耐磨性好、内生热较低、回弹高；聚酯型聚氨酯高频筛网有较好的力学性能和耐磨性，PTMG型低温性能比聚酯型好。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
(1)本发明采用半预聚物法替代预聚物法制备A组分，其NCO质量含量高，分子量低，粘度较小，较低的粘度使得原料流动性好，可充分流入到模具的细缝中，压模时可充分达到开孔效果，使得高频筛有较高的开孔率；
(2)本发明将一部分多元醇作为扩链剂，在后期固化时加入配方体系中，与小分子醇/醇胺扩链剂共同起到固化作用，使产品高频筛保持较高开孔率的同时，也具有优良的力学性能和耐磨性；
(3)本发明采用MDI和聚酯多元醇/PTMG合成A组分，MDI型聚氨酯高频筛网耐低温，耐磨性好、内生热较低、回弹高；聚酯型聚氨酯高频筛网有较好的力学性能和耐磨性，PTMG型低温性能比聚酯型好。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于此，该领域专业人员对本发明技术方案所作的改变，均应属于本发明的保护范围内。
实施例和对比例中所用原料如下：
PE-2315为聚己二酸聚酯二元醇，数均分子量1500，由己二酸、1，2丙二醇和乙二醇制备而成，山东一诺威聚氨酯股份有限公司。
PE-2320为聚己二酸聚酯二元醇，数均分子量2000，由己二酸、1，2丙二醇和乙二醇制备而成，山东一诺威聚氨酯股份有限公司。
PE-2420为聚己二酸聚酯二元醇，数均分子量2000，由己二酸、1，4-丁二醇、乙二醇制备而成，山东一诺威聚氨酯股份有限公司。
PE-2020为聚己二酸聚酯二元醇，数均分子量2000，由己二酸、乙二醇制备而成，山东一诺威聚氨酯股份有限公司。
PCL2000为聚己内酯二元醇，数均分子量2000，日本大赛璐化学工业株式会社。
PTMG2000为聚四氢呋喃二元醇，数均分子量2000，巴斯夫中国有限公司。
MDI为4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯，万华化学集团股份有限公司。
103C为液化MDI，巴斯夫中国有限公司。
EG为乙二醇，华鲁恒升化工股份有限公司。
PG为1，2丙二醇，陶氏化学。
DEOA为二乙醇胺，阿拉丁试剂。
BDO为1，4-丁二醇，新疆天业(集团)有限公司。
MOCA为3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷，苏州湘园特种精细化工有限公司。
实施例1
按以下原料配比和步骤制备高频筛用聚氨酯弹性体：
(1)A组分：以质量百分比计，将46.5％的PE2320，53.5％的MDI加入反应釜中，在80℃反应2.5小时，真空(－0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根质量含量为16％的预聚体，即A组分；
(2)B组分：将PE2420脱水至水分含量≤0.03％，即得B组分；
(3)C组分：将BDO脱水至水分含量≤0.03％，即得C组分；
(4)控制A组分温度为45℃，B组分温度为70℃，C组分温度为45℃，按照A:B:C＝100:80:13.6的质量比例混合均匀后，浇注入100℃的模具中，1小时开模，在100℃条件下后硫化10h后，得到高频筛用聚氨酯弹性体。
实施例2
按以下原料配比和步骤制备高频筛用聚氨酯弹性体：
(1)A组分：以质量百分比计，将48.7％的PTMG2000，51.3％的103C加入反应釜中，在80℃反应3小时，真空(－0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根质量含量为13％的预聚体，即A组分；
(2)B组分：将PTMG2000脱水至水分含量≤0.03％，即得B组分；
(3)C组分：将BDO脱水至水分含量≤0.03％，即得C组分；
(4)控制A组分温度为45℃，B组分温度为70℃，C组分温度为45℃，按照A:B:C＝100:60:11.1的质量比例混合均匀后，浇注入100℃的模具中，1小时开模，在100℃条件下后硫化10h后，得到高频筛用聚氨酯弹性体。
实施例3
按以下原料配比和步骤制备高频筛用聚氨酯弹性体：
(1)A组分：以质量百分比计，将47％的PCL2000，8％的103C，45％的MDI加入反应釜中，在80℃反应3小时，真空(－0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根质量含量为15.5％的预聚体，即A组分；
(2)B组分：将PTMG2000脱水至水分含量≤0.03％，即得B组分；
(3)C组分：将PG脱水至水分含量≤0.03％，即得C组分；
(4)控制A组分温度为45℃，B组分温度为70℃，C组分温度为45℃，按照A:B:C＝100:60:11.3的质量比例混合均匀后，浇注入100℃的模具中，1小时开模，在100℃条件下后硫化10h后，得到高频筛用聚氨酯弹性体。
对比例1
按以下原料配比和步骤制备高频筛用聚氨酯弹性体：
(1)A组分：以质量百分比计，将85.1％的PE2020，14.9％的TDI-100加入反应釜中，在80℃反应5小时，真空(－0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根质量含量为3.6％的预聚体，即A组分；
(2)B组分：MOCA；
(3)控制A组分温度为80℃，B组分温度为120℃，按照A:B＝100:10.5的质量比例混合均匀后，浇注入110℃的模具中，1小时开模，在100℃条件下后硫化10h后，得到高频筛用聚氨酯弹性体。
对比例2
按以下原料配比和步骤制备高频筛用聚氨酯弹性体：
(1)A组分：以质量百分比计，将71.7％的PE2020，28.3％的MDI加入反应釜中，在80℃反应4小时，真空(－0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根质量含量为6.5％的预聚体，即A组分；
(2)B组分：将BDO脱水至水分含量≤0.03％，即得B组分；
(3)控制A组分温度为80℃，B组分温度为45℃，按照A:B＝100:6.6的质量比例混合均匀后，浇注入110℃的模具中，1小时开模，在100℃条件下后硫化24h后，得到高频筛用聚氨酯弹性体。
将实施例1-3和对比例1-2制备的聚氨酯弹性体进行性能测试，测试方法如下：
(1)粘度：由CAP 2000+锥板粘度计测定；
(2)硬度：由邵氏硬度计测定；
(3)拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度都是由伺服拉伸试验机测定；
(4)回弹：由回弹仪测定。
测试结果如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1-2制备的聚氨酯弹性体性能测试结果
Figure BDA0002246045130000061
从表1可以看出，本发明采用半预聚物法合成A组分，并采用多元醇类扩链剂和小分子醇/醇胺类扩链剂复合作为固化剂，原料体系的粘度较小，产品高频筛有较高的开孔率，且力学性能好，回弹高；对比例1采用常规预聚物法和常规固化剂MOCA，制备的聚氨酯弹性体力学性能明显下降，且原料体系的粘度较大，产品高频筛开孔率较低；对比例2采用常规预聚物法制备A组分，并采用小分子醇BDO作为固化剂，制备的聚氨酯弹性体力学性能与实施例相差不大，但是其原料体系的粘度较大，产品高频筛开孔率较低。

Claims (10)

1.一种高频筛用聚氨酯弹性体，其特征在于：由A组分、B组分和C组分制成，A组分由40-60wt％的二异氰酸酯和40-60wt％的多元醇制成，异氰酸酯基质量含量为10-18％；B组分为多元醇类扩链剂；C组分为醇或醇胺类扩链剂；
A组分、B组分和C组分的混合质量比为100:20-120:5-16。
2.根据权利要求1所述的高频筛用聚氨酯弹性体，其特征在于：A组分中多元醇为数均分子量为1500-3000的二元醇。
3.根据权利要求2所述的高频筛用聚氨酯弹性体，其特征在于：A组分中多元醇为聚己内酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇、聚(乙二醇丙二醇乙二酸)二元醇、聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的高频筛用聚氨酯弹性体，其特征在于：A组分中二异氰酸酯为MDI、液化MDI、MDI-50中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的高频筛用聚氨酯弹性体，其特征在于：B组分中多元醇类扩链剂为数均分子量为1500-3000的二元醇。
6.根据权利要求5所述的高频筛用聚氨酯弹性体，其特征在于：B组分中多元醇类扩链剂为PE2020、PE2315、PE2420、PE-2320、PE2020、PCL2000、PTMG2000中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的高频筛用聚氨酯弹性体，其特征在于：C组分中醇或醇胺类扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、二乙醇胺中的一种。
8.一种权利要求1-7任一项所述的高频筛用聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)A组分：将二异氰酸酯和多元醇在75-90℃条件下反应至氰酸酯基质量含量为10-18％，制得；
(2)B组分：将多元醇类扩链剂脱水至水分质量含量≤0.03％制得；
(3)C组分：将醇或醇胺类扩链剂脱水至水分质量含量≤0.03％制得；
(4)将A、B、C组分按比例混合均匀，浇入模具中硫化成型，制得高频筛用聚氨酯弹性体。
9.根据权利要求8所述的高频筛用聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)中脱水条件为-0.01MPa、90-100℃。
10.根据权利要求8所述的高频筛用聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：步骤(4)中混合温度为40-70℃，模具温度为100-120℃，0.5-2小时开模，硫化温度80-100℃，硫化时间10-16h。
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