CN112812254B

CN112812254B - 聚氨酯材料及其制备方法和应用

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Publication number: CN112812254B
Application number: CN202110004062.XA
Authority: CN
Inventors: 郭合平; 易屏; 郭瑞
Original assignee: Hunan Shengya Sports Industry Co ltd
Current assignee: Hunan Shengya Sports Industry Co ltd
Priority date: 2021-01-04
Filing date: 2021-01-04
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2041-01-04
Also published as: CN112812254A

Abstract

本发明提供了一种聚氨酯材料及其制备方法和应用。所述聚氨酯材料包括：羟基组分和异氰酸酯组分；所述羟基组分，以重量份数计，包括多元醇15‑51份、增塑剂49‑85份和具有吸湿性能的颜填料50‑260份；所述异氰酸酯组分，以重量份数计，包括多异氰酸酯100份、第二多元醇0‑500份和第二增塑剂0‑400份。聚氨酯材料的制备方法：将多元醇、增塑剂、颜填料和助剂混合，分散均匀得到羟基组分；将异氰酸酯组分、羟基组分混合均匀，自然固化即可。聚氨酯材料的应用，用于铺设地坪。本申请提供的聚氨酯材料，发泡轻微，对密度影响小，铺装时不易受环境影响，安全环保、成本低。

Description

聚氨酯材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及材料领域，具体而言，涉及一种聚氨酯材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚氨酯材料由于是液体状态，可室温固化而被广泛用做地坪材料。当前室温固化双组份聚氨酯铺面材料一般都加入小分子胺类和醇类作为固化剂，主要缺点是成本高和环保性能不佳。

现有技术中有用水来做固化剂，但是该方法需要加入0.3-0.5wt％的水，此方法在施工期间受局部湿度和温度强烈地影响，加入水后材料会发泡，导致密度下降，从而影响尺寸稳定性，进而导致在施工时铺面厚度不均匀。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种聚氨酯材料，用体系中自带的水和从空气中吸收的水分固化，使得该聚氨酯材料发泡轻微，对材料本身密度影响很小，铺装时不易受环境影响，不含游离的小分子胺类或醇类化合物，安全环保、成本低。

本发明的第二目的在于提供一种所述聚氨酯材料的制备方法，操作简单，得到的聚氨酯材料性能稳定。

本发明的第三目的在于提供一种所述聚氨酯材料的应用，用于铺设地坪。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种聚氨酯材料，包括：包括：羟基组分和异氰酸酯组分；所述羟基组分，以重量份数计，包括多元醇15-51份、增塑剂49-85份和具有吸湿性能的颜填料50-260份；所述异氰酸酯组分，以重量份数计，包括多异氰酸酯100份、第二多元醇0-500份和第二增塑剂0-400份；

所述羟基组分和所述异氰酸酯组分重量比例关系为：所述异氰酸酯组分重量＝(所述多元醇中羟基的摩尔量+0.0333)×42/NCO官能团占所述异氰酸酯组分的重量百分比×R，R＝0.8-3.5。

在原材料中选用具有吸湿性能的颜填料，这种颜填料在生产、运输、使用过程中，已经从环境中吸收到一定质量的水，这些水一方面参与到多元醇、多异氰酸酯的反应过程中，另一方面颜填料水分含量不高，可以比较好的控制水对产品的密度的影响，避免施工过程中发生发泡严重、铺设地坪表面凹凸不平的问题。对于异氰酸酯组分的用量，受到多元醇中羟基摩尔量、水的摩尔量、多异氰酸酯的分子量、多异氰酸酯在异氰酸酯组分中的百分比等因素的影响，发明人经过研究和总结，获得补偿量0.0333和补偿系数R，进而获得上述用量关系公式，以保证羟基组分和异氰酸酯组分的使用处于合理的区间，最终获得性能实用的聚氨酯材料。

在可选地实施例中，多元醇可以选择15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、51份等15-51份之间的任一用量，增塑剂可以选择49份、50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份、85份等49-85份之间的任一用量，颜填料可以选择50份、60份、70份、80份、100份、120份、150份、180份、200份、240份、260份等50-260份之间的任一用量。在异氰酸酯组分中加入第二多元醇，是为了先让多异氰酸酯与第二多元醇反应，获得改性的异氰酸酯组分再与羟基组分配合获得优异性能的聚氨酯材料。第二增塑剂的添加是为了调节异氰酸酯组分的粘度。在可选地实施例中，第二多元醇的用量可以选择0份、100份、150份、200份、250份、300份、350份、400份、450份、500份等0-500份之间的任一值。第二增塑剂的用量可以选择0份、1份、5份、10份、50份、100份、150份、200份、250份、300份、350份、400份等0-400份之间的任一值。

优选地，所述多元醇为一种或多种多元醇的混合物，每种多元醇的分子量均大于280。

优选地，所述第二多元醇选自一种或多种分子量为62-12000的多元醇。

在可选地实施例中，第二多元醇的分子量可以选择62、12000以及之间的任一值对应的多元醇。

优选地，所述羟基组分还包括助剂0-15份；优选地，所述助剂包括防沉剂、防老剂、阻燃剂、分散剂和消泡剂中的一种或多种；

优选地，所述颜填料包括色粉、滑石粉、碳酸钙、重晶石、陶土、煅烧陶土和硅微粉中的一种或多种；

优选地，所述增塑剂为不与聚氨酯反应且与聚氨酯相容性好、沸点高的有机物；更加优选地，所述增塑剂包括氯化石蜡、氯代棕榈油甲酯、对苯二甲酸二异辛酯、对苯二甲酸二丁酯或柠檬酸三甲酯。

助剂是为了满足加工性能、储存性和稳定性而加，可以选择0份、0.5份、1份、3份、5份、6份、8份、10份、12份、15份等0-15份之间的任一用量。

本申请所指颜填料，既包括体质颜料或填料如碳酸钙，滑石粉，硫酸钡，陶土等，特征是具有吸湿性能，也可以在配方中加入有强烈着色作用的有机或无机化合物作为色粉如铁红，酞青绿，铁黄，钛白粉等。

对于多元醇、增塑剂、颜料、助剂的优选，是为了使得配方更加合理，获得的聚氨酯材料性能更加优异。这种优选，不能视为对本申请的限制，凡是在本申请发明构思内的方案均在本申请的保护之内，在其他的实施方式中，可以选择使用其他的增塑剂、颜填料、助剂和多异氰酸酯。

可选地，所述多异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。

更加优选地，所述多异氰酸酯包括二苯甲烷二异氰酸酯、液化MDI和多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或多种。

一种所述的聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：

将所述多元醇、所述增塑剂、所述颜填料和所述助剂混合，分散均匀得到所述羟基组分；

将所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯、所述羟基组分混合均匀，自然固化即可。

当异氰酸酯组分只有苯基多亚甲基多异氰酸酯时，先将羟基组分制备好，然后直接将苯基多亚甲基多异氰酸酯与羟基组分和催化剂混合均匀即可，操作简单方便。

一种所述的聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：

将所述第二多元醇、所述第二增塑剂、所述多异氰酸酯混合，在第一温度下反应得到所述异氰酸酯组分；

将所述羟基组分、所述异氰酸酯组分混合均匀，自然固化即可。

优选地，所述第二多元醇、所述第二增塑剂使用前经过脱水处理：将所述第二多元醇、所述第二增塑剂混合，加热到第二温度后抽真空脱水，待水分含量小于第一设定值后，降温至第三温度；所述第一温度为80-90℃，所述第一设定值为0.1wt％，所述第二温度为115-125℃，所述第三温度为45-55℃，在所述第一温度下反应的时间为2.5-3小时。

当异氰酸酯组分含有第二多元醇、第二增塑剂时，先将羟基组分和异氰酸酯组分分别制备好，然后和催化剂混合均匀即可。对于参数的优选，可以获得性能更加优异的聚氨酯材料。

在一个优选的实施方案中，羟基组分、异氰酸酯组分混合时还可以加入催化剂(优选Bi/Zn的混合物)。

一种所述的聚氨酯材料的应用，用于铺设地坪。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)该聚氨酯材料发泡轻微，对材料本身密度影响很小，铺装时不易受环境影响；

(2)不含游离的小分子胺类或醇类化合物，安全环保；

(3)生产成本低；

(4)制备方法操作简单。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。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

羟基组分(单位：g，下同)：

将聚醚和氯代棕榈油甲酯混合，然后加入防沉剂、分散剂和防老剂，搅拌均匀。然后加入滑石粉和颜料，高速分散20-30分钟，放料包装，得到羟基组分。

异氰酸酯组分：

将聚醚投入反应釜中，加热到120℃，抽真空脱水，待水分含量小于0.1％时，降温到50℃，加入MDI，90℃下搅拌3小时，放料包装得到异氰酸酯组分。NCO含量为10.8％。

使用时按照下述公式计算具体使用量：

异氰酸酯组分重量＝(多元醇中羟基的摩尔量+0.0333)×42/NCO官能团占异氰酸酯组分的重量百分比×R，R＝0.8-3.5。

对于205.3g羟基组分，取R＝3.5，得到需要79.4g异氰酸酯组分。

按照上述比例称取羟基和异氰酸酯组分，加入少量催化剂(Bi/Zn的混合物)，混合均匀，自然固化即可。得到的材料拉伸强度是1.5MPa，密度1.35g/cm³。

在其他的实施例中，助剂中的防沉剂、防老剂、阻燃剂、分散剂和消泡剂等可采用市售的其他能够起到相应作用的产品进行替代。

实施例2

羟基组分(单位：g，下同)：

将聚醚和氯化石蜡混合，然后加入防沉剂、分散剂和防老剂，搅拌均匀。然后加入滑石粉和铁黄，高速分散20-30分钟，放料包装，得到羟基组分。

异氰酸酯组分：

MDI 50 100

聚醚220(分子量2000) 104

聚醚3050(分子量3000) 104

将聚醚投入反应釜中，加热到115℃，抽真空脱水，待水分含量小于0.1％时，降温到45℃，加入MDI，80℃下搅拌2.5小时，放料包装得到异氰酸酯组分。NCO含量为7.8％。

使用时按照前述公式，对于256.5g羟基组分，取R＝1.35，得到需要38g异氰酸酯组分。

按照上述比例称取羟基和异氰酸酯组分，加入少量催化剂(Bi/Zn的混合物)，混合均匀，倒入模具固化数天。得到的材料拉伸强度是0.50MPa，密度1.3g/cm³。

实施例3

羟基组分(单位：g，下同)：

将聚醚和对苯二甲酸二异辛酯混合，然后加入防沉剂、分散剂和防老剂，搅拌均匀。然后加入碳酸钙和酞菁绿，高速分散20-30分钟，放料包装，得到羟基组分。

在一个可选的实施方式中，异氰酸酯组分可以加入TDI。

异氰酸酯组分：

先将TDI和聚醚投入反应釜中，80℃下搅拌3小时，然后加入MDI50，搅拌15分钟放料包装，得到NCO含量为5.7％的预聚体。

使用时按照前述公式，取R＝1.5。得到对于235.3克甲组分，需要58.9克乙组分。

按照上述比例称取羟基组分和异氰酸酯组分，加入少量催化剂(Bi/Zn的混合物)，混合均匀，倒入模具固化数天。得到的材料拉伸强度是0.3MPa，密度1.34g/cm³。

实施例4

羟基组分(单位：g，下同)：

将聚醚和柠檬酸三甲酯混合，然后加入防沉剂、分散剂和防老剂，搅拌均匀。然后加入重晶石和酞菁蓝，高速分散20-30分钟，放料包装，得到羟基组分。

异氰酸酯组分：

MDI 50 100

聚醚280(分子量8000) 454

将聚醚投入反应釜中，加热到125℃，抽真空脱水，待水分含量小于0.1％时，降温到55℃，加入MDI，85℃下搅拌2.5小时，放料包装得到异氰酸酯组分。得到NCO含量为5.5％的预聚体。

使用时按照前述公式，取R＝1.3，得到对于293.5g羟基组分，需要41.8g异氰酸酯组分。按照上述比例称取羟基和异氰酸酯组分，加入少量催化剂(Bi/Zn的混合物)，混合均匀，倒入模具固化数天。得到的材料强度0.4Mpa，密度是1.2g/cm³。

实施例5

羟基组分(单位：g，下同)：

生产过程是将聚醚和氯代棕榈油甲酯投入拉缸中，然后加入防沉剂、分散剂和防老剂，搅拌均匀。然后加入滑石粉和颜料，高速分散20-30分钟。放料包装。

异氰酸酯组分

MDI 50 100

聚醚330N 150

对苯二甲酸二异辛酯 360

将聚醚和对苯二甲酸二异辛酯投入反应釜中，加热到120℃，抽真空脱水，待水分含量小于0.1％时，降温到50℃，加入MDI，80-90℃下搅拌3小时。NCO含量为4.8％。放料包装。

使用时按照前述公式，对于236.5g羟基组分，取R＝1.35，得到需要63.7g异氰酸酯组分。

按照上述比例称取羟基和异氰酸酯组分，加入少量催化剂(Bi/Zn的混合物)，混合均匀，倒入模具固化数天。得到的材料拉伸强度是0.4MPa，密度1.2g/cm³。

实施例6

羟基组分(单位：g，下同)：

将聚酯多元醇和氯代棕榈油甲酯混合，然后加入防沉剂、分散剂和防老剂，搅拌均匀。然后加入硅微粉和氧化铁红，高速分散20-30分钟，放料包装，得到羟基组分。

异氰酸酯组分：

PAPI NCO＝31％

使用时按照前述公式，取R＝0.8。得到对于159.2克羟基组分，需要35克异氰酸酯组分。按照上述比例称取羟基和异氰酸酯组分，混合均匀，固化数天。得到的材料强度8.5MPa，密度是1.23g/cm³。

实施例1-6得到的材料均可用于地坪铺设。

对比例1

羟基组分(单位：g，下同)：

异氰酸酯组分：

MDI 50 100

聚醚220 178

将羟基组分和异氰酸酯组分按照3：1比例混合，加入催化剂(Bi/Zn的混合物)，固化数天。得到材料密度为0.7g/cm³。

由以上实验例和对比例可以看出，通过合理选择多元醇种类和异氰酸酯，正确选择R值，利用体系和空气中的水固化，比外加水的产物密度高很多。而通过多元醇的分子量的控制，可以调节材料的强度。

本申请提供的聚氨酯材料发泡轻微，对材料本身密度影响很小，铺装时不易受环境影响，不含游离的小分子胺类或醇类化合物，安全环保、成本低。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种聚氨酯材料，其特征在于，包括：羟基组分和异氰酸酯组分；所述羟基组分，以重量份数计，包括多元醇15-51份、增塑剂49-85份和具有吸湿性能的颜填料50-260份；所述异氰酸酯组分，以重量份数计，包括多异氰酸酯100份、第二多元醇0-500份和第二增塑剂0-400份；

所述羟基组分和所述异氰酸酯组分重量比例关系为：所述异氰酸酯组分重量＝(所述多元醇中羟基的摩尔量+0.0333)×42/NCO官能团占所述异氰酸酯组分的重量百分比×R，R＝0.8-3.5；

所述多元醇为一种或多种多元醇的混合物，每种多元醇的分子量均大于280；

所述第二多元醇选自一种或多种分子量为62-12000的多元醇；

所述羟基组分还包括助剂0-15份；所述助剂包括防沉剂、防老剂、阻燃剂、分散剂和消泡剂中的一种或多种；

所述颜填料包括色粉、滑石粉、碳酸钙、重晶石、陶土、煅烧陶土和硅微粉中的一种或多种；

所述增塑剂包括氯化石蜡、氯代棕榈油甲酯、对苯二甲酸二异辛酯、对苯二甲酸二丁酯或柠檬酸三甲酯。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述多异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述多异氰酸酯包括二苯甲烷二异氰酸酯、液化MDI和多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或多种。

4.一种权利要求2所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.一种权利要求3所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述多异氰酸酯、所述第二多元醇和所述第二增塑剂混合，在第一温度下反应得到所述异氰酸酯组分；

6.根据权利要求5所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述第二多元醇、所述第二增塑剂使用前经过脱水处理：将所述第二多元醇、所述第二增塑剂混合，加热到第二温度后抽真空脱水，待水分含量小于第一设定值后，降温至第三温度；所述第一温度为80-90℃，所述第一设定值为0.1wt％，所述第二温度为115-125℃，所述第三温度为45-55℃，在所述第一温度下反应的时间为2.5-3小时。

7.一种权利要求1-3任一项所述的聚氨酯材料的应用，其特征在于，用于铺设地坪。