CN111533870A - 一种双组份聚氨酯结合剂及应用其的砂轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚氨酯领域，具体涉及一种双组分聚氨酯结合剂及应用其的砂轮。双组分聚氨酯结合剂，包括组合料以及异氰酸酯，以组合料的总质量计，组合料包括以下原料：官能度为2的聚醚多元醇30％‑60％，官能度为3的聚醚多元醇25％‑45％，扩链剂25％‑45％，硅烷偶联剂0‑3％，催化剂0‑0.05％以及吸水剂0.3％‑1％；以异氰酸酯的总质量计，异氰酸酯包括以下原料：多异氰酸酯70％‑100％以及二苯基甲烷二异氰酸酯0‑30％。通过调节聚醚多元醇的种类以及各原料之间的添加比例，相较于市售产品，降低或避免了使用高官能度的多元醇，从而使得双组分聚氨酯结合剂在其他性能满足需要的前提下，提高了韧性。

Description

一种双组份聚氨酯结合剂及应用其的砂轮
技术领域
本发明涉及聚氨酯领域，具体涉及一种双组分聚氨酯结合剂及应用其的砂轮。
背景技术
砂轮是一种由磨料和结合剂构成的多孔物体，是磨具中用量最大、使用面最广的一种，使用时高速旋转，可对金属或非金属工件的外圆、内圆、平面和各种型面等进行粗磨、半精磨、精磨、开槽和切断等加工。
磨料、结合剂和孔隙是砂轮的三个基本组成要素，随着磨料、结合剂及砂轮制造工艺等的不同，得到的砂轮特性可能差别很大，从而对磨削加工的精度、粗糙度和生产效率都产生较大的影响，因此，在制备砂轮的过程中，其磨料、粒度、硬度、结合剂、形状以及尺寸等因素的选择就显得尤为重要。其中，结合剂在砂轮中用于将磨料进行粘接，作为砂轮的基体进行使用，砂轮的强度、韧性、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力等均主要决定于结合剂的性能。
聚氨酯是一种性能介于橡胶与塑料之间的高分子合成材料，其特点是硬度调整范围宽，既有橡胶的弹性又有塑料的硬度，具有良好的机械性能、耐磨性能以及回弹性能，且其常温下为粘度合适的液体，非常适于用作砂轮的结合剂。聚氨酯胶粘剂按使用方式来份，可分为单原料聚氨酯胶粘剂以及双组分聚氨酯胶粘剂。
双组分聚氨酯胶粘剂通常由甲、乙两个原料组成，使用前按一定的比例进行配制即可，其中，甲组份(主剂)为含活泼氢原料，如聚酯、聚醚、蓖麻油或多元醇等，乙原料(固化剂)为含-NCO基团的聚氨酯预聚体原料，双组分聚氨酯胶粘剂属于反应型胶粘剂，其通过甲乙两种原料混合发生交联反应而固化粘接，通常可以室温固化，也可以加热固化。其最终粘合强度比单原料胶粘剂大，可以满足结构胶粘剂的要求，同时可以通过在制备过程中调节两原料的原料和分子量，从而使得胶粘剂具有合适的粘度，因此被作为常用的结合剂。
但是，目前的双组分聚氨酯结合剂中，通常存在韧性较差的问题，从而导致制备得到的砂轮容易因为脆性过大而崩裂。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的聚氨酯结合剂韧性差从而导致制备得到的砂轮脆性过大，容易发生崩裂的缺陷，从而提供一种双组分聚氨酯结合剂及应用其的砂轮。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种双组分聚氨酯结合剂，包括组合料以及异氰酸酯，
以所述组合料的总质量计，组合料包括以下原料：官能度为2的聚醚多元醇30％-60％，官能度为3的聚醚多元醇25％-45％，扩链剂25％-45％，硅烷偶联剂0-3％，催化剂0-0.05％以及吸水剂0.3％-1％；
以所述异氰酸酯的总质量计，异氰酸酯包括以下原料：多异氰酸酯70％-100％以及二苯基甲烷二异氰酸酯0-30％。
进一步的，所述组合料与所述异氰酸酯的质量比为100：(50-60)。
进一步的，所述官能度为2的聚醚多元醇包括官能度为2，数均分子量为200-500的聚环氧丙烷聚醚多元醇的中的至少一种。
进一步的，所述官能度为3的聚醚多元醇包括官能度为3，数均分子量为3000-5000的聚环氧丙烷聚醚多元醇或聚环氧乙烷聚醚多元醇中的至少一种。
进一步的，所述扩链剂包括官能度为3，以三羟甲基丙烷为起始剂，数均分子量为200-500的聚环氧丙烷聚醚多元醇中的至少一种。
进一步的，所述硅烷偶联剂包括硅烷偶联剂KH550及硅烷偶联剂KH560中的至少一种。
进一步的，所述催化剂包括有机锡类催化剂、有机铋类催化剂以有机锌类催化剂中的至少一种。
进一步的，所述多异氰酸酯包括PM200、PM400、M20S、及44V20中的至少一种。
进一步的，所述二苯基甲烷二异氰酸酯包括粗二苯基甲烷二异氰酸酯、液化二苯基甲烷二异氰酸酯及纯二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
本发明还提供一种砂轮，包括基体，所述基体由如上述所有方案中任一项所述的双组分聚氨酯结合剂固化得到。
进一步的，所述基体按照以下步骤进行固化：
将组合料与异氰酸酯混合均匀后，在20-35℃下反应固化0.5-2h，再在60-90℃下硫化6-10h或者在20-35℃下熟化30-48h。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的双组分聚氨酯结合剂，组合料由吸水剂、两官能度或三官能度的聚醚多元醇、硅烷偶联剂、扩链剂和催化剂组成，异氰酸酯部分由多异氰酸酯及二苯基甲烷二异氰酸酯组成，通过调节聚醚多元醇的种类以及各原料之间的添加比例，相较于市售产品，降低或避免了使用高官能度的多元醇，从而使得双组分聚氨酯结合剂在其他性能满足需要的前提下，提高了韧性。
2.本发明提供的双组分聚氨酯结合剂，通过调节多元醇与异氰酸酯的配比可以使得双组分聚氨酯结合剂的硬度发生变化，从而适应不同的应用需求。
3.本发明提供的双组分聚氨酯结合剂，通过选用以三羟甲基丙烷为起始剂的聚环氧丙烷聚醚多元醇作为扩链剂，其与蓖麻油一类的生物提取材料相比，具有羟值更加稳定的特点，从而可以使得双组分聚氨酯结合剂的产品稳定性更好，进而使得双组分聚氨酯结合剂的使用寿命更长。
4.本发明提供的双组分聚氨酯结合剂，有机硅烷偶联剂的两端各带有不同性质活性基团的低分子化合物，其活动力强，且分子两端不同性质的基团通过化学反应可以将两种不同性质的物质连接起来，如有机物与无机物，通过在配方中添加硅烷偶联剂，并对硅烷偶联剂的种类及添加配比进行限定，能够有效促进双组分聚氨酯结合剂与无机颗粒的结合，使得得到的双组分聚氨酯结合剂与无机颗粒的相容性较好。
5.本发明提供的砂轮，包括基体，其中，基体选用具有良好韧性以及机械性能，并且与磨料相容性好、性能稳定的双组分聚氨酯结合剂固化得到，从而使得基体具有良好的韧性以及机械性能，且与磨料相容性好、性能稳定，进而可以避免砂轮在使用过程中由于脆性过大而出现崩裂。
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，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
本发明是指一种双组分聚氨酯结合剂及应用其的砂轮。
其中，双组分聚氨酯结合剂包括组合料以及异氰酸酯，以组合料的总质量计，组合料包括以下原料：官能度为2的聚醚多元醇30％-60％，官能度为3的聚醚多元醇25％-45％，扩链剂25％-45％，硅烷偶联剂0-3％，催化剂0-0.05％以及吸水剂0.3％-1％；
以异氰酸酯的总质量计，异氰酸酯包括以下原料：多异氰酸酯70％-100％以及二苯基甲烷二异氰酸酯0-30％。
其中，组合料与异氰酸酯的质量添加比优选为100：(50-60)。
官能度为2的聚醚多元醇优选为官能度为2，数均分子量为200-500的聚环氧丙烷聚醚多元醇的中的至少一种。
官能度为3的聚醚多元醇优选为官能度为3，数均分子量为3000-5000的聚环氧丙烷聚醚多元醇或聚环氧乙烷聚醚多元醇中的至少一种。
扩链剂优选为官能度为3，以三羟甲基丙烷为起始剂，数均分子量为200-500的聚环氧丙烷聚醚多元醇中的至少一种。
硅烷偶联剂优选为硅烷偶联剂KH550及硅烷偶联剂KH560中的至少一种。
催化剂优选为有机锡类催化剂、有机铋类催化剂以有机锌类催化剂中的至少一种。
多异氰酸酯优选为PM200、PM400、M20S、及44V20中的至少一种。
二苯基甲烷二异氰酸酯优选为粗二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、液化二苯基甲烷二异氰酸酯及纯二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
吸水剂优选为4A分子筛。
砂轮包括基体，基体由上述所有方案中任一种所述的双组分聚氨酯结合剂固化得到。其中，基体的固化包括以下步骤：将组合料与异氰酸酯混合均匀后，在20-35℃下反应固化0.5-2h，再在60-90℃下硫化6-10h或者在20-35℃下熟化30-48h。
具体的，砂轮还包括磨料，磨料均匀分布在基体内。
砂轮的制备方法可选用干法制备，即将结合剂以及磨料混合后，通过过筛、模制、固化得到，作为可选的，砂轮中还可以添加湿润剂以及研磨剂等辅助助剂。
实施例1
本实施例涉及一种双组分聚氨酯结合剂，其在磨具内固化后形成砂轮的基体，其中，双组分聚氨酯结合剂具体包括以下原料：
组合料：官能度为2、数均分子量为200的聚环氧丙烷聚醚多元醇50kg，官能度为3，数均分子量为800的三羟甲基丙烷聚醚多元醇25kg，官能度为3，数均分子量为4800的聚环氧丙烷聚醚多元醇25kg，硅烷偶联剂KH550 3kg，二月桂酸二丁基锡0.03kg，4A分子筛1kg；
异氰酸酯：PM200 75kg以及液化MDI 25kg。
双组分聚氨酯结合剂按照以下步骤进行固化：
将组合料与异氰酸酯分别按比例混匀后，取100kg组合料以及50kg异氰酸酯混合并搅拌均匀，脱泡后浇入模具中在20℃反应固化1h后脱模，脱模后常温熟化48h，制样。
实施例2
本实施例涉及一种双组分聚氨酯结合剂，其在磨具内固化后形成砂轮的基体，其中，双组分聚氨酯结合剂具体包括以下原料：
组合料：官能度为2、数均分子量为300的聚环氧丙烷聚醚多元醇40kg，官能度为3、数均分子量为800三羟甲基丙烷聚醚多元醇35kg，官能度为3、数均分子量为3000的聚环氧丙烷聚醚多元醇25kg，硅烷偶联剂KH550 3kg，辛酸亚锡0.03kg，4A分子筛1kg；
异氰酸酯：PM200 75kg以及液化MDI 25kg。
双组分聚氨酯结合剂按照以下步骤进行固化：
将组合料与异氰酸酯分别按比例混匀后，取100kg组合料以及50kg异氰酸酯混合并搅拌均匀，脱泡后浇入模具中在20℃反应固化1h后脱模，脱模后常温熟化40h，制样。
实施例3
本实施例涉及一种双组分聚氨酯结合剂，其在磨具内固化后形成砂轮的基体，其中，双组分聚氨酯结合剂具体包括以下原料：
组合料：官能度为2、数均分子量为200的聚环氧丙烷聚醚多元醇50kg，官能度为3、数均分子量为500三羟甲基丙烷聚醚多元醇25kg，官能度为3、数均分子量为4800的聚环氧丙烷聚醚多元醇25kg，硅烷偶联剂KH550 3kg，月桂酸铋0.03kg，4A分子筛1kg；
异氰酸酯：PM200 100kg。
双组分聚氨酯结合剂按照以下步骤进行固化：
将组合料与异氰酸酯分别按比例混匀后，取100kg组合料以及50kg异氰酸酯混合并搅拌均匀，脱泡后浇入模具中在20℃反应固化1h后脱模，脱模后常温熟化48h，制样。
实施例4
本实施例涉及一种双组分聚氨酯结合剂，其在磨具内固化后形成砂轮的基体，其中，双组分聚氨酯结合剂具体包括以下原料：
组合料：官能度为2、数均分子量为400的聚环氧丙烷聚醚多元醇50kg，官能度为3、数均分子量为600的三羟甲基丙烷聚醚多元醇25kg，官能度为3、数均分子量为5000的聚环氧丙烷聚醚多元醇25kg，硅烷偶联剂KH560 3kg，新癸酸锌催化剂0.03kg，4A分子筛1kg；
异氰酸酯：PM200 75kg以及液化MDI 25kg。
双组分聚氨酯结合剂按照以下步骤进行固化：
将组合料与异氰酸酯分别按比例混匀后，取100kg组合料以及60kg异氰酸酯混合搅拌均匀，脱泡后浇入模具中在25℃反应固化1h后脱模，脱模后常温熟化48h，制样。
实施例5
本实施例涉及一种双组分聚氨酯结合剂，其在磨具内固化后形成砂轮的基体，其中，双组分聚氨酯结合剂具体包括以下原料：
组合料：官能度为2、数均分子量为500的聚环氧丙烷聚醚多元醇50kg，官能度为3、数均分子量为400的三羟甲基丙烷聚醚多元醇25kg，官能度为3、数均分子量为4000的聚环氧丙烷聚醚多元醇25kg，KH560 3kg，二月桂酸二丁基锡0.05kg，4A分子筛1kg；
异氰酸酯：PM200 75kg以及液化MDI 25kg。
双组分聚氨酯结合剂按照以下步骤进行固化：
将组合料与异氰酸酯分别按比例混匀后，取100kg组合料以及50kg异氰酸酯混合并搅拌均匀，脱泡后浇入模具中在20℃反应固化1.5h后脱模，脱模后常温熟化40h，制样。
对比例1
本对比例涉及一种双组分聚氨酯结合剂，其在磨具内固化后形成砂轮的基体，其中，双组分聚氨酯结合剂具体包括以下原料：
组合料：官能度为3、分子量300的聚醚多元醇(PPG300)15kg，官能度为4、分子量300的聚醚多元醇(PPG430)4kg，蓖麻油80kg，吸水剂1kg；
异氰酸酯：PM-200 80kg与MDI-50 20kg。
双组分聚氨酯结合剂按以下步骤固化：
将组合料与异氰酸酯分别按比例混匀后，取100kg组合料以及50kg异氰酸酯混合并搅拌均匀，脱泡后浇入模具中在20℃反应固化1.5h后脱模，脱模后常温熟化40h，制样。
对比例2
本对比例涉及一种双组分聚氨酯结合剂，其在磨具内固化后形成砂轮的基体，其中，双组分聚氨酯结合剂具体包括以下原料：
组合料：官能度3、分子量300的聚醚多元醇(PPG300)10kg，官能度4、分子量600的聚醚多元醇(PPG600)28kg，蓖麻油50.95kg，DOTP 10kg，铋锌锆复合催化剂0.05％，吸水剂1kg；
异氰酸酯：PM-200 80kg与液化MDI 20kg。
按以下步骤固化：
将组合料与异氰酸酯分别按比例混匀后，取100kg组合料以及60kg异氰酸酯混合并搅拌均匀，脱泡后浇入模具中在20℃反应固化1.5h后脱模，脱模后常温熟化40h，制样。
试验例1
对实施例1-5以及对比例1-2提供的试样进行硬度、韧性以及耐磨性的测试，其中，硬度根据标准GB/T 2411-2008采用邵氏硬度计进行测量，韧性测试主要包括拉伸强度、撕裂强度以及断裂伸长率三个方面的测试，拉伸强度以及断裂伸长率根据标准GB/T 1040-3采用力学测试万能试验机进行测量，撕裂强度根据标准GB/T 529-2008采用力学测试万能试验机进行测量，耐磨性根据标准ASTM D 1044采用Taber磨损机进行测量。测量结果见表1。
表1.实施例1-5与对比例1-2样品测试数据表
Figure BDA0002452098190000101
试验例2
对实施例1-5提供的结合剂进行与磨料的相容性测试。
测试方法1、砂纸撕裂法：裁剪出两片50×50mm大小的砂纸，用实施例1-5提供的结合剂将两片砂纸进行粘连，待结合剂固化后撕开两片砂纸，观察结合剂与砂纸的状态。
测试方法2、研磨法：将无机颗粒与实施例1-5提供的结合剂进行混合，并固化，然后用砂纸对其进行打磨，观察打磨后的无机颗粒与结合剂的结合状态。
经测试方法1测试，砂纸撕开后，实施例1-5的结合剂均完好，砂纸破裂，说明砂纸上的砂粒与结合剂之间的结合强度很高，即实施例1-5提供的结合剂与无机颗粒的结合力强，相容性好。
经测试方法2测试，发现无机颗粒与结合剂结合良好，即实施例1-5提供的结合剂与无机颗粒的相容性好。
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 (11)

1.一种双组分聚氨酯结合剂，其特征在于，包括组合料以及异氰酸酯，
以所述组合料的总质量计，组合料包括以下原料：官能度为2的聚醚多元醇30％-60％，官能度为3的聚醚多元醇25％-45％，扩链剂25％-45％，硅烷偶联剂0-3％，催化剂0-0.05％以及吸水剂0.3％-1％；
以所述异氰酸酯的总质量计，异氰酸酯包括以下原料：多异氰酸酯70％-100％以及二苯基甲烷二异氰酸酯0-30％。
2.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯结合剂，其特征在于，所述组合料与所述异氰酸酯的质量比为100：(50-60)。
3.根据权利要求1或2所述的双组分聚氨酯结合剂，其特征在于，所述官能度为2的聚醚多元醇包括官能度为2，数均分子量为200-500的聚环氧丙烷聚醚多元醇的中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的双组分聚氨酯结合剂，其特征在于，所述官能度为3的聚醚多元醇包括官能度为3，数均分子量为3000-5000的聚环氧丙烷聚醚多元醇或聚环氧乙烷聚醚多元醇中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的双组分聚氨酯结合剂，其特征在于，所述扩链剂包括官能度为3，以三羟甲基丙烷为起始剂，数均分子量为200-500的聚环氧丙烷聚醚多元醇中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的双组分聚氨酯结合剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括硅烷偶联剂KH550及硅烷偶联剂KH560中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的双组分聚氨酯结合剂，其特征在于，所述催化剂包括有机锡类催化剂、有机铋类催化剂以有机锌类催化剂中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的双组分聚氨酯结合剂，其特征在于，所述多异氰酸酯包括PM200、PM400、M20S、及44V20中的至少一种。
9.根据权利要求1或2所述的双组分聚氨酯结合剂，其特征在于，所述二苯基甲烷二异氰酸酯包括粗二苯基甲烷二异氰酸酯、液化二苯基甲烷二异氰酸酯及纯二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
10.一种砂轮，其特征在于，包括基体，所述基体由如权利要求1-9中任一项所述的双组分聚氨酯结合剂固化得到。
11.根据权利要求10所述的砂轮，其特征在于，所述基体按照以下步骤进行固化：
将组合料与异氰酸酯混合均匀后，在20-35℃下反应固化0.5-2h，再在60-90℃下硫化6-10h或者在20-35℃下熟化30-48h。
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