CN110982027A - Cl-20炸药包覆用的聚氨酯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种CL‑20炸药包覆用的聚氨酯组合物及其制备方法，属于聚氨酯弹性体技术领域。本发明所述的聚氨酯组合物，预聚物组分：为以二异氰酸酯和聚醚多元醇为原料，反应得到的异氰酸根质量含量为12.0％～14.0％的预聚物；固化剂组分：为催化剂、抗氧剂和聚醚多元醇的混合物；所述聚醚多元醇为二官能度的聚四氢呋喃多元醇、二官能度的聚醚多元醇、二官能度的聚酯多元醇或三官能度的聚醚多元醇中的一种或多种。本发明制备的聚氨酯弹性体不仅对CL‑20炸药有很好的包覆效果，不与CL‑20炸药互容，还有良好的韧性、粘接性及回弹性能；本发明同时提供了简单易行、利于工业化生产的制备方法。

Description

CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物及其制备方法，属于聚氨酯弹性体技术领域。
背景技术
六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)是工业化生产单质炸药中首屈一指的高能量炸药，其具有高密度、高能量、高爆速、爆压等特点的硝铵类炸药，其爆速、密度、爆压和爆发的能量都优于HMX型炸药。CL-20炸药被广泛应用于各类炸药产品中，甚至其被当做一种提升军用装备的一种技术指标。但是由于其晶形不规则、机械感度高等因素，限制了其在混合炸药中的应用，故需要对CL-20进行降感处理以实现工业化生产。
其中采用高分子材料对敏感炸药进行包覆的方法被国内外学者广泛关注。高分子材料作为CL-20型炸药的粘结剂，形成一种薄膜包覆在炸药表面，隔绝外部因素对CL-20的影响，并且由于高分子材料具有极好的力学性能，因此，采用高分子包覆方法已成为实现其钝感、高可靠性的重要途径之一。但是现有高分子材料的包覆效果和力学性能还有待提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物，用其制备的聚氨酯弹性体不仅对CL-20炸药有很好的包覆效果，不与CL-20炸药互容，还有良好的力学性能；本发明同时提供了简单易行、利于工业化生产的制备方法。
本发明所述的CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物，包括预聚物组分和固化剂组分，其中：
预聚物组分：为以二异氰酸酯和聚醚多元醇为原料，反应得到的异氰酸根质量含量为12.0％～14.0％的预聚物；
固化剂组分：为催化剂、抗氧剂和聚醚多元醇的混合物；
所述聚醚多元醇为二官能度的聚四氢呋喃多元醇、二官能度的聚醚多元醇、二官能度的聚酯多元醇或三官能度的聚醚多元醇中的一种或多种；
二官能度的聚四氢呋喃多元醇的数均分子量为650～2000，优选为PTMG650、PTMG1000、PTMG2000；
二官能度的聚醚多元醇的数均分子量为400～4000，优选为DL-400、DL-1000、DL-2000、DL-3000；
二官能度的聚酯多元醇的数均分子量为1000～2000，优选为PE-4010、PE-4020、PE-2410、PE-2020；
三官能度的聚醚多元醇的数均分子量为375～6000，优选为PPG125、EP-330N、MN-3050、EP-3600。
所述二异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或者多种。
优选的，预聚物组分包含以下质量百分含量的原料：
二异氰酸酯 45.0％～51.9％，
聚醚多元醇 48.1％～55.0％。
优选的，固化剂组分包含以下质量百分含量的原料：二元醇24.9-49.8％、三元醇49.8-74.6％、抗氧剂0.1-0.3％和催化剂0.1-0.3％。
优选的，二元醇为DL400，三元醇为PPG125。
优选的，抗氧剂为1010、1076或1039。
优选的，催化剂为铋类催化剂、锌类催化剂、胺类催化剂、锡类催化剂或汞类催化剂。
所述的CL-20炸药包覆用的聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将预聚物组分所有原料混合，在90℃-95℃反应3-5小时，真空脱除气泡，得到异氰酸根质量含量为12.0％-14.0％的预聚物组分；
(2)将固化剂组分所有原料混合，脱水至水分小于0.05％，得到固化剂组分；
(3)将预聚物组分和固化剂组分均放凉至常温，然后混合，混合质量比为100：38-55，常温磨具上浇注试片，表干后得到样品，常温放置7天后，得到CL-20炸药包覆用的聚氨酯弹性体。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的CL-20炸药包覆用的聚氨酯弹性体，有良好的力学性能；
(2)本发明在制备CL-20炸药包覆用的聚氨酯弹性体时，在常温下进行，有充足的可操作性，因而适用于光滑及粗糙的表面；
(3)本发明制备的CL-20炸药包覆用的聚氨酯弹性体，黏度低，流动性好，环境友好，同时与炸药不相容，起到很好的包覆效果；
(4)本发明还提供了制备方法，工艺简单合理，易于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。
所用的原料的参数如下：
PTMG1000：数均分子量1000，官能度为2，聚四氢呋喃多元醇；
PTMG2000：数均分子量2000，官能度为2，聚四氢呋喃多元醇；
DL-2000D：数据分子量2000，官能度为2，聚醚多元醇；
EP-330NG：数均分子量4800：官能度为3，聚醚多元醇；
PPG125：数均分子量375，聚环氧丙烷醚三元醇；
DL400：数均分子量400，聚醚多元醇；
PE-4010：数均分子量1000，聚酯多元醇；
IPDI：数均分子量224，异佛尔酮二异氰酸酯；
HMDI：数均分子量262，4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯；
MOCA：3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷；
CB-18：新癸酸铋；
A3：N，N-二甲基环己烷；
1076：丙酸正十八烷醇酯；
1010：季戊四醇酯。
实施例1
预聚物：分子量1000的聚四氢呋喃多元醇(PTMG1000)48.1％、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯51.9％在90℃反应5小时真空(-0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根含量为12.6％的预聚物。
固化剂：DL400 49.8％、PPG125 49.8％、CB-18 0.2％、1010 0.2％(质量比)混合均匀。在70℃，-0.095MPa下脱水至水分小于0.05％，得到固化剂组分。
将预聚物和固化剂常温按100/44的比例混合，浇注到常温模具上，脱模时间24小时，得到硬度为64A的聚氨酯弹性体。
实施例2
预聚物：分子量2000的聚四氢呋喃多元醇(PTMG2000)53.7％、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯46.3％在90℃反应5小时真空(-0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根含量为12.6％的预聚物。
固化剂：DL400 49.8％、PPG125 49.8％、CB-18 0.2％、1010 0.2％(质量比)混合均匀。在70℃，-0.095MPa下脱水至水分小于0.05％，得到固化剂组分。
将预聚物和固化剂常温按100/44的比例混合，浇注到常温模具上，脱模时间24小时，得到硬度为62A的聚氨酯弹性体。
实施例3
预聚物：分子量1000的聚酯多元醇(PE-4010)51.4％、异佛尔酮二异氰酸酯49.6％在90℃反应5小时真空(-0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根含量为13.9％的预聚物。
固化剂：DL400 24.9％、PPG125 74.6％、CB-18 0.2％、1010 0.3％(质量比)混合均匀。在70℃，-0.095MPa下脱水至水分小于0.05％，得到固化剂组分。
将预聚物和固化剂常温按100/44的比例混合，浇注到常温模具上，脱模时间24小时，得到硬度为85A的聚氨酯弹性体。
实施例4
预聚物：分子量1000的聚酯多元醇(PTMG1000)49.1％、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯50.9％在90℃反应5小时真空(-0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根含量为12.0％的预聚物。
固化剂：DL400 24.9％、PPG125 74.6％、CB-18 0.2％、1010 0.3％(质量比)混合均匀。在70℃，-0.095MPa下脱水至水分小于0.05％，得到固化剂组分。
将预聚物和固化剂常温按100/38的比例混合，浇注到常温模具上，脱模时间24小时，得到硬度为65A的聚氨酯弹性体。
实施例5
预聚物：分子量1000的聚酯多元醇(DL-1000)51.4％、异佛尔酮二异氰酸酯49.6％在90℃反应5小时真空(-0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根含量为13.9％的预聚物。
固化剂：DL400 24.9％、PPG125 74.6％、CB-18 0.2％、1010 0.3％(质量比)混合均匀。在70℃，-0.095MPa下脱水至水分小于0.05％，得到固化剂组分。
将预聚物和固化剂常温按100/44的比例混合，浇注到常温模具上，脱模时间24小时，得到硬度为61A的聚氨酯弹性体。
对比例1
TPU：环氧乙烷-四氢呋喃无规共聚醚二醇(PET)32.5％、聚己二酸乙二醇丙二醇酯二醇(PEPA)32.5％、异佛尔酮二异氰酸酯25％、1,4丁二醇(BDO)10％，采用熔融预聚二步法合成了以PET和PEPA混合聚醚为软段，IPDI和BDO为硬段的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)。
将聚氨酯弹性体(TPU)颗粒倒入注塑机中，温度为205℃，注塑时间3S，开模时间8S，制成硬度为80A的聚氨酯弹性体(TPU)样片。
实施例1-5和对比例1制备得到的聚氨酯弹性体的性能测试见表1。
表1
Figure BDA0002328274420000041
Figure BDA0002328274420000051

Claims (9)

1.一种CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物，其特征在于：包括预聚物组分和固化剂组分，其中：
预聚物组分：为以二异氰酸酯和聚醚多元醇为原料，反应得到的异氰酸根质量含量为12.0％～14.0％的预聚物；
固化剂组分：为催化剂、抗氧剂和聚醚多元醇的混合物；
所述聚醚多元醇为二官能度的聚四氢呋喃多元醇、二官能度的聚醚多元醇、二官能度的聚酯多元醇或三官能度的聚醚多元醇中的一种或多种；
二官能度的聚四氢呋喃多元醇的数均分子量为650～2000；
二官能度的聚醚多元醇的数均分子量为400～4000；
二官能度的聚酯多元醇的数均分子量为1000～2000；
三官能度的聚醚多元醇的数均分子量为375～6000。
2.根据权利要求1所述的CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物，其特征在于：二异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物，其特征在于：预聚物组分包含以下质量百分含量的原料：
二异氰酸酯 45.0％～51.9％，
聚醚多元醇 48.1％～55.0％。
4.根据权利要求1所述的CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物，其特征在于：固化剂组分包含以下质量百分含量的原料：二元醇24.9-49.8％、三元醇49.8-74.6％、抗氧剂0.1-0.3％和催化剂0.1-0.3％。
5.根据权利要求4所述的CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物，其特征在于：二元醇为DL400，三元醇为PPG125。
6.根据权利要求4所述的CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物，其特征在于：抗氧剂为1010、1076或1039。
7.根据权利要求4所述的CL-20炸药包覆用的聚氨酯组合物，其特征在于：催化剂为铋类催化剂、锌类催化剂、胺类催化剂、锡类催化剂或汞类催化剂。
8.一种权利要求1-7任一所述的CL-20炸药包覆用的聚氨酯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将预聚物组分所有原料混合，在90℃-95℃反应3-5小时，真空脱除气泡，得到异氰酸根质量含量为12.0％-14.0％的预聚物组分；
(2)将固化剂组分所有原料混合，脱水至水分小于0.05％，得到固化剂组分；
(3)将预聚物组分和固化剂组分均放凉至常温，然后混合，常温磨具上浇注试片，表干后得到样品，常温放置7天后，得到CL-20炸药包覆用的聚氨酯弹性体。
9.根据权利要求8所述的CL-20炸药包覆用的聚氨酯的制备方法，其特征在于：预聚物与固化剂的混合质量比为100：38-55。
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