CN111995729A - 软段交联的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热塑性聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种软段交联的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，由如下重量百分数的原料制成：二元醇50～70％，二异氰酸酯22～38％，扩链剂6～10％，三元醇0.1～0.8％，增容剂0.1～0.5％，抗氧化剂0.1～0.5％，光稳定剂0.1～1％，润滑剂0.5～1％，催化剂0.002～0.02％。本发明合成的聚氨酯弹性体含有一定量的软段化学交联，制品的压缩形变可达到20‑25％，透光率可达到91％以上，软化温度较常规体系提高20‑30℃。该发明制备方法简单易行，熔体粘度稳定可控，可广泛应用于油封、脚轮、鞋材、高温油管等领域。

Description

软段交联的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明属于热塑性聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种软段交联的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体通常属于线性材料，加热可熔化，冷却可定型，可通过挤出机、注塑机等设备重复加工利用，加工方式简单易行。相比于热固性聚氨酯弹性体，热塑性聚氨酯弹性体在加工和环保方面具有明显的优势，但在材料耐热性、抵抗压缩形变、透明性等方面则处于明显劣势。
CN 104017166 A公开了一种耐高温热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，通过使用小分子的三元醇扩链剂TMP以及反式CHDI来参与合成，产生适度的交联，改善材料的微相分离程度，使材料表现出更优异的物理性能和耐热性能。
CN 105037677A公开了一种高枝化热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，使用2.02～2.10官能度的聚酯多元醇，以及甘油、TMP、季戊四醇、木糖醇等小分子多元醇，合成制备聚氨酯弹性体。
目前，针对软段交联的热塑性聚氨酯弹性体的研究多集中在三官能度以上的小分子扩链剂(以TMP居多)和高官能度聚酯多元醇等方案上，这两种方案有着很大的局限性：
1、高官能度的小分子扩链剂主要作用于热塑性聚氨酯弹性体的硬段部分，对聚氨酯弹性体软段组成并未提供交联保护作用，其软段组分的耐热及定型效果并不理想，在软质的热塑性聚氨酯弹性体上表现尤为明显；
2、采用高官能度小分子扩链剂的方案，在实际的生产过程中，不同官能度小分子醇的比例并不容易得到精确的控制，生产的连续性、稳定性不易保证，容易造成产品的质量波动，甚至出现产品无法塑化加工的问题；
3、使用高官能度聚酯多元醇的方案，存在着多元醇粘度大，不易混合均匀的问题。聚酯多元醇官能度越高，物料粘度越大，使用起来存在极大的质量隐患。且随着聚酯多元醇官能度的提高，其空间网状结构越来越明显，熔体的流动性将急剧降低，加工温度将越来越高，对聚氨酯弹性体的塑化加工造成极大影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，具有耐热性好、压缩形变小、透明度高的特性，能够采用挤出或注塑的方式进行加工；本发明还提供其制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，由如下重量百分数的原料制成：
Figure BDA0002658639740000021
其中：
所述的二元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇或聚己二酸己二醇酯二醇中的一种或几种以任意比例混合，二元醇的数均分子量为1000-3000。
所述的二异氰酸酯为4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷、1,4-环己基-二异氰酸酯或癸烷-1,10-二异氰酸酯中的一种。
所述的扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇或1,6-己二醇中的一种或几种。
所述的三元醇为以甘油或TMP为起始剂，环氧丙烷和/或环氧乙烷开环聚合的聚醚三元醇，三元醇的数均分子量为1000-5000，优选MN1000、MN3050或EP-330NG中的一种或几种。
所述的增容剂为羟基封端的聚醚改性硅油，优选XIAMETER OFX-3667。
所述的抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或含硫抗氧剂中的一种或几种。优选1010、1076、168、626、DLTDP或DMTDP中的一种或几种的混合物。
所述的光稳定剂为Tinuvin 770、Tinuvin234或Tinuvin571中的一种或几种以任意比例混合。
所述的润滑剂为EBS、改性EBS、油酸酰胺、芥酸酰胺、单硬脂酸甘油酯、聚乙烯蜡或蒙旦蜡中的一种或几种以任意比例混合。
所述的催化剂为有机铋催化剂、有机锡催化剂或钛酸酯类催化剂中的一种。
本发明所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：
将二元醇、三元醇、增容剂混合加热至100-115℃，充分混合均匀；二异氰酸酯加热至65-75℃；扩链剂加热至60-70℃；将加热后的各原料组分通过精确计量混合注入双螺杆反应机，抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂和催化剂通过外添加装置注入双螺杆反应机，混合物料在双螺杆反应机内反应塑化，经水下切粒后，得到产品。
本发明使用三官能度的聚醚多元醇参与聚氨酯弹性体的合成，聚醚多元醇数均分子量1000-5000，物料常温下为低粘度液体，添加到聚酯多元醇组分内分散效果好，配方体系官能度易于控制，生产制造更加稳定。三官能度的聚醚多元醇有足够高的数均分子量，与二异氰酸酯反应后生成的结构相当于聚氨酯弹性体的软段组成，其化学交联点分布于软段组成内，能够有效的提高软段的耐热性、降低软段的结晶度，从而得到耐热性良好、压缩形变小、透明度高的聚氨酯弹性体。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
(1)本发明合成的热塑性聚氨酯弹性体，含有一定量的软段化学交联，具有良好的耐热性，产品软化温度较同硬度常规体系产品提高20-30℃；
(2)本发明合成的热塑性聚氨酯弹性体具有优良的尺寸稳定性，压缩形变能够达到20-25％，而常规体系产品通常在40％以上。
(3)本发明合成的热塑性聚氨酯弹性体具有良好的光学性能，2mm厚度的制品透光率能够达到91％以上，雾度在2％以内。
(4)本发明的制备方法，科学合理、简单易行，熔体粘度稳定可控，可广泛应用于油封、脚轮、鞋材、高温油管等领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，由以下重量百分数的原料制成：
Figure BDA0002658639740000031
Figure BDA0002658639740000041
所述聚己二酸丁二醇酯二醇数均分子量为3000。
制备工艺：将二元醇、三元醇、增容剂混合加热至110±5℃，充分混合均匀；二异氰酸酯加热至70±5℃；扩链剂加热至65±5℃；将加热后的各原料组分通过精确计量混合注入双螺杆反应机，抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂和催化剂通过外添加装置注入双螺杆反应机，混合物料在双螺杆反应机内反应塑化，经水下切粒后得到产品。
实施例2
所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，由以下重量百分数的原料制成：
Figure BDA0002658639740000042
所述聚己二酸丁二醇酯二醇数均分子量为2000。
制备工艺同实施例1。
实施例3
一种软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，由以下重量百分数的原料制成：
Figure BDA0002658639740000043
Figure BDA0002658639740000051
所述聚己二酸丁二醇酯二醇数均分子量为2000。
制备工艺同实施例1。
实施例4
一种软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，由以下重量百分数的原料制成：
Figure BDA0002658639740000052
所述聚己二酸丁二醇酯二醇数均分子量为2000。
制备工艺同实施例1。
实施例5
所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，由以下重量百分数的原料制成：
Figure BDA0002658639740000053
Figure BDA0002658639740000061
所述聚己二酸丁二醇酯二醇数均分子量为1000。
制备工艺同实施例1。
对比例1
Figure BDA0002658639740000062
所述聚己二酸丁二醇酯二醇数均分子量为2000。
制备工艺同实施例1。
对比例2
Figure BDA0002658639740000063
Figure BDA0002658639740000071
所述聚己二酸丁二醇酯二醇数均分子量为1000。
制备工艺同实施例1。
各实施例和对比例所制得聚氨酯弹性体制品性能如表1。
表1实施例和对比例所制得聚氨酯弹性体制品性能
Figure BDA0002658639740000072
备注：
①软化温度采用岛津毛细管流变仪升温法测试。
②透光率、雾度测试的样品为2mm厚度片材。
从表1中数据可以看出，本发明产品具较低的压缩形变和扯断永久形变，较高的软化温度以及良好透明性，可以在密封圈、脚轮、高温油管、鞋材等领域得到广泛的应用。

Claims (10)

1.一种软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：由如下重量百分数的原料制成：
Figure FDA0002658639730000011
2.根据权利要求1所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的二元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇或聚己二酸己二醇酯二醇中的一种或几种以任意比例混合，二元醇的数均分子量为1000-3000。
3.根据权利要求1所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的二异氰酸酯为4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷、1,4-环己基-二异氰酸酯或癸烷-1,10-二异氰酸酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇或1,6-己二醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的三元醇为以甘油或TMP为起始剂，环氧丙烷和/或环氧乙烷开环聚合的聚醚三元醇，三元醇的数均分子量为1000-5000。
6.根据权利要求1所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的增容剂为羟基封端的聚醚改性硅油。
7.根据权利要求1所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或含硫抗氧剂中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的光稳定剂为Tinuvin 770、Tinuvin234或Tinuvin571中的一种或几种以任意比例混合；所述的润滑剂为EBS、改性EBS、油酸酰胺、芥酸酰胺、单硬脂酸甘油酯、聚乙烯蜡或蒙旦蜡中的一种或几种以任意比例混合。
9.根据权利要求1所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的催化剂为有机铋催化剂、有机锡催化剂或钛酸酯类催化剂中的一种。
10.一种权利要1-9任一所述的软段交联的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将二元醇、三元醇、增容剂混合加热至100-115℃，混合均匀；二异氰酸酯加热至65-75℃；扩链剂加热至60-70℃；将加热后的各原料组分通过精确计量混合注入双螺杆反应机，抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂和催化剂通过外添加装置注入双螺杆反应机，混合物料在双螺杆反应机内反应塑化，经水下切粒后，得到产品。
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