CN110951034B - 一种高承载低内生热聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

一种高承载低内生热聚氨酯弹性体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高承载低内生热聚氨酯弹性体及其制备方法，涉及滚轮材料的制备技术领域。其技术要点是：一种高承载低内生热聚氨酯弹性体，包括如下重量份数的组分：二苯甲烷二异氰酸酯：100份；多亚甲基多苯基多异氰酸酯：0.5‑1.5份；聚酯多元醇：150‑200份；1,6‑己二醇：5‑15份；1,4‑丁二醇：5‑15份；1,2,6‑己三醇：5‑15份；催化剂：0.01‑0.5份，通过上述配方制得的聚氨酯弹性体在用作滚轮材料时能够达到承载要求的同时大大降低聚氨酯本身内生热。

Description

一种高承载低内生热聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明涉及滚轮材料的制备技术领域，更具体地说，它涉及一种高承载低内生热聚氨酯弹性体及其制备方法。
背景技术
聚氨酯弹性体由于具有高弹性、耐磨、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀、耐射线辐射、黏合性好、吸震能力强等优良性能，在许多工业领域得到了广泛应用。且随着聚氨酯技术进展、应用领域不断扩大，聚氨酯已经发展成为世界上六大合成材料之一。
在申请公布号为CN105801812A的中国发明申请专利中公开了一种聚氨酯弹性体及其制备方法，其中聚氨酯弹性体按重量份计包括以下组分：二元醇100份；二异氰酸酯5-60份；扩链剂5-30份；催化剂0.01-0.5份；抗氧化剂0.01-2份；其他辅助剂0.01-5份。采用上述配方制备的聚氨酯弹性体具有极佳的耐高温性能和动态稳定性，可以用于承载动态疲劳的高承载领域，比如冶金、密封圈、滚轮、汽车、飞机等。但是小型滚轮在低速行驶超高承载状态下，聚氨酯内部的软硬段会摩擦产生大量的热量，影响滚轮的使用寿命。
因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种高承载低内生热聚氨酯弹性体，能够达到承载要求的同时大大降低聚氨酯本身内生热。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种高承载低内生热聚氨酯弹性体，包括如下重量份数的组分：
二苯甲烷二异氰酸酯：100份；
多亚甲基多苯基多异氰酸酯：0.5-1.5份；
聚酯多元醇：150-200份；
1,6-己二醇：5-15份；
1,4-丁二醇：5-15份；
1,2,6-己三醇：5-15份；
催化剂：0.01-0.5份。
通过采用上述技术方案，采用上述聚酯多元醇、异氰酸酯等合成的聚氨酯弹性体是由软段和硬段组成的嵌段共聚物，其具有优异的耐磨性能、优良的抗撕裂强度、较高的弹性以及可以使用液体浇筑等独特的加工方式，其可用在轮胎材料中。在低速行驶超高承载状态下，聚氨酯内部的软硬段会摩擦会生成大量的热量，本发明通过上述新的配方设计，引入了多羟基的1,6-己二醇和1,4-丁二醇来降低微相分离程度，从而使得制得的聚氨酯材料在达到承载要求的同时大大降低聚氨酯本身内生热。
进一步优选为，还包括重量份数分别为5-10份、5-10份的聚二甲基硅氧烷和聚四氢呋喃二醇。
通过采用上述技术方案，通过加入末端基为羟基的聚二甲基硅氧烷与聚四氢呋喃二醇为混合软段对聚氨酯弹性体进行改性，能够大大提高聚氨酯弹性体的热稳定性。
进一步优选为，所述聚酯多元醇包括己二酸乙二醇酯和/或己二酸丁二醇酯。
通过采用上述技术方案，采用己二酸乙二醇酯和己二酸丁二醇指作为原料制备出聚氨酯弹性体，制品具有较高的机械强度和内聚强度，还有优良的耐水耐热性。
进一步优选为，所述多亚甲基多苯基多异氰酸酯的平均官能度可选为2.4、2.7或3.2。
通过采用上述技术方案，不同官能度决定原料参与反应的官能团数量，所得制品也具有不同的性质，采用官能度为2.4、2.7或3.2的原料制备出来的聚氨酯预聚物具有较高的机械强度和高承载特点。
进一步优选为，还包括重量份数为1-5份的三羟甲基乙烷。
通过采用上述技术方案，单纯加入二元醇进行括链改性，虽然能够较大的提升制品性能，但是只能勉强用于对耐热性要求较高的场合，通过加入三羟基甲基乙烷，其与1,2,6-己三醇配合使用，可起到交联剂的作用，能够大幅度提高制品的耐热性能。
进一步优选为，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡和/或辛酸亚锡。
通过采用上述技术方案，上述选用的催化剂材料性能较稳定，能够催化聚氨酯预聚体的合成，加快反应速率，使得合成的聚氨酯预聚体较为稳定。
本发明的目的二在于提供一种高承载低内生热聚氨酯弹性体的制备方法，采用该方法制备的聚氨酯弹性体能够达到承载要求的同时大大降低聚氨酯本身内生热。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种高承载低内生热聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：
S1，将相应重量份数的二苯甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯混合均匀，得到混合异氰酸酯；
S2，将聚酯多元醇在110-120℃抽真空脱水2-2.5h，降温至50-55℃后加入混合异氰酸酯，升温至70-80℃反应2.5-3h，得到预聚体，密封备用；
S3，将1,6-己二醇、1,2,6-己三醇、催化剂搅拌混合均匀，再加入步骤S1中的预聚体，在5000-6000r/min的转速下混合搅拌15-30min，迅速倒入模具中，保持100-110℃反应成型，20min后脱模，然后在100℃下熟化16h即得到成品。
通过采用上述技术方案，本发明提供的制备方法操作简单易控，需要的反应条件相对温和，所用设备较为简单，适合大规模工业生产应用。
进一步优选为，所述预聚体中的NCO的含量为5-17wt.％。
通过采用上述技术方案，预聚体NCO％含量的不同会对聚氨酯弹性体的力学性能产生影响，通过控制NCO的含量，可得到撕裂、拉伸等强度较高的聚氨酯弹性体。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过合理的配方设计，引入了多羟基的1,6-己二醇和1,4-丁二醇来降低微相分离程度，从而使得制得的聚氨酯材料在达到承载要求的同时大大降低聚氨酯本身内生热；
(2)本发明通过加入末端基为羟基的聚二甲基硅氧烷与聚四氢呋喃二醇为混合软段对聚氨酯弹性体进行改性，能够大大提高聚氨酯弹性体的热稳定性；
(3)本发明还通过加入三羟基甲基乙烷，其与1,2,6-己三醇配合使用，可起到交联剂的作用，能够大幅度提高制品的耐热性能。
附图说明
图1为本发明中实施例1的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。值得说明的是，其中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件下进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：一种高承载低内生热聚氨酯弹性体，各组分及其相应的重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：
S1，将相应重量份数的二苯甲烷二异氰酸酯和官能度为2.4的多亚甲基多苯基多异氰酸酯混合均匀，得到混合异氰酸酯；
S2，将己二酸乙二醇酯在110℃抽真空脱水2.5h，降温至50℃后加入混合异氰酸酯，升温至70℃反应3h合成NCO含量为5wt.％的预聚体，密封备用；
S3，将1,6-己二醇、1,2,6-己三醇、二月桂酸二丁基锡搅拌混合均匀，再加入步骤S1得到的预聚体，在5000r/min的转速下混合搅拌30min，迅速倒入模具中，保持100℃反应成型，20min后脱模，然后在100℃下熟化16h即得到成品。
实施例2-6：一种高承载低内生热聚氨酯弹性体，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量份数
Figure BDA0002327141750000041
实施例7：一种高承载低内生热聚氨酯弹性体，与实施例1的不同之处在于，步骤S3中，还加入有5份聚二甲基硅氧烷和5份聚四氢呋喃二醇。
实施例8：一种高承载低内生热聚氨酯弹性体，与实施例1的不同之处在于，步骤S3中，还加入有1份三羟甲基乙烷。
实施例9：一种高承载低内生热聚氨酯弹性体，所用原料和重量组份均与实施例1相同，与实施例1所不同之处在于，包括如下制备步骤：
S1，将相应重量份数的二苯甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯混合均匀，得到混合异氰酸酯；
S2，将聚酯多元醇在120℃抽真空脱水2h，降温至55℃后加入混合异氰酸酯，升温至80℃反应2.5h合成NCO含量为17wt.％的预聚体，密封备用；
S3，将1,6-己二醇、1,2,6-己三醇、催化剂搅拌混合均匀，再加入步骤S1中的预聚体，在6000r/min的转速下混合搅拌15min，迅速倒入模具中，保持1110℃反应成型，20min后脱模，然后在100℃下熟化16h即得到成品。
对比例1：一种聚氨酯弹性体，与实施例1的不同之处在于，未加入1,6-己二醇。
对比例2：一种聚氨酯弹性体，与实施例1的不同之处在于，未加入1,4-丁二醇。
对比例3：一种聚氨酯弹性体，与实施例1的不同之处在于，未加入有1,6-己二醇和1,4-丁二醇，加入有戊二醇。
对比例4：一种聚氨酯弹性体，与实施例1的不同之处在于，由普通市售购得。
机械性能测试
对实施例1-9和对比例1-4中的聚氨酯弹性体进行机械性能测试，测试结果计入表2中。
测试标准：
硬度：DIN53505；
拉伸强度：DIN53504；
断裂伸长率：DIN53504；
100％定伸强度：DIN53504；
300％定伸强度：DIN53504；
撕裂强度：DIN53515。
表2性能测试结果
Figure BDA0002327141750000051
Figure BDA0002327141750000061
由表2中测试数据可知，实施例1-9具有优良的机械强度，无论硬度、拉伸强度、断裂伸长率、拉伸强度，还是回弹性均较优于对比例4中普通市售的聚氨酯弹性体。由实施例1、对比例1和对比例2的测试结果对比可知，引入多羟基的组分后，制备出的聚氨酯弹性体的强度明显提升，且采用1,6-己二醇和1,4-丁二醇复配使用，制得的聚氨酯弹性体的强度进一步提升；再与对比例3可知，采用戊二醇代替本发明中的1,6-己二醇和1,4-丁二醇，则效果大打折扣。
内生热测试
对实施例1、7和8和对比例1-4中的聚氨酯弹性体进行内生热测试，测试结果计入表3中。
表3性能测试结果
实施例1 实施例7 实施例8 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
tanδ峰高 0.15 0.13 0.10 0.81 0.82 0.70 0.83
由上述表3中测试数据可知，实施例1、7、8的tanδ明显低于对比例1-4。其中实施例7和实施例8的tanδ最低，而对比例1、对比例2和对比例4的tanδ最高。说明本发明在引入了多羟基的1,6-己二醇和1,4-丁二醇后，能够使得制得的聚氨酯材料在达到承载要求的同时大大降低聚氨酯本身内生热。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高承载低内生热聚氨酯弹性体，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
二苯甲烷二异氰酸酯：100份；
多亚甲基多苯基多异氰酸酯：0.5-1.5份；
聚酯多元醇：150-200份；
1，6-己二醇：5-15份；
1，4-丁二醇：5-15份；
1，2，6-己三醇：5-15份；
催化剂：0.01-0.5份；
还包括重量份数分别为5-10份、5-10份的聚二甲基硅氧烷和聚四氢呋喃二醇；
还包括重量份数为1-5份的三羟甲基乙烷；
所述聚酯多元醇为己二酸乙二醇酯和/或己二酸丁二醇酯；
所述多亚甲基多苯基多异氰酸酯的平均官能度为2.4、2.7或3.2。
2.根据权利要求1所述的高承载低内生热聚氨酯弹性体，其特征在于，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡和/或辛酸亚锡。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种高承载低内生热聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将相应重量份数的二苯甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯混合均匀，得到混合异氰酸酯；
S2，将聚酯多元醇在110-120℃抽真空脱水2-2.5h，降温至50-55℃后加入混合异氰酸酯，升温至70-80℃反应2.5-3h，得到预聚体，密封备用；
S3，将1，6-己二醇、1，2，6-己三醇、催化剂搅拌混合均匀，再加入步骤S1中的预聚体，在5000-6000r/min的转速下混合搅拌15-30min，迅速倒入模具中，保持100-110℃反应成型，20min后脱模，然后在100℃下熟化16h即得到成品。
4.根据权利要求3所述的高承载低内生热聚氯酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述预聚体中的NCO的含量为5-17wt.％。
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