CN114853980B - 一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及制备方法 - Google Patents

一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体，按重量份数计，包括聚醚多元醇98～102份；气相法白炭黑1.5～6.0份；2,4‑甲苯二异氰酸酯31～46份；有机铋锌复合催化剂0.01～0.08份。本发明还公开了上述聚氨酯预聚体的制备方法和吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料及其制备方法。本发明的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料，耐磨性能好，托辊及钢丝绳使用寿命长；辊面聚氨酯强韧均衡，不损伤钢丝绳，也不被钢丝绳所损伤；辊面聚氨酯与金属辊芯粘接牢固，使用过程中不松动。

Description

一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及制备 方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯材料，特别涉及一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及制备方法。
背景技术
托辊是影响吊车使用安全及钢丝绳使用寿命的主要因素，辊面材料要求硬度高，耐磨性能好。目前吊车钢丝绳托辊主要采用金属或金属辊芯/高分子材料辊面复合结构。金属托辊很容易造成钢丝绳的磨损，影响钢丝绳的使用寿命，噪音较大。复合结构托辊辊面高分子材料主要有尼龙和超高分子量聚乙烯。尼龙耐磨性欠佳，托辊表面容易被钢丝绳磨损，影响钢丝绳的正常运行。超高分子量聚乙烯蠕变性较大，托辊在使用过程中因摩擦生热会使辊面与辊芯的配合松动，其成型加工也比较困难。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的之一在于提供一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体，制备得到的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料耐磨性能好、使用寿命长。
本发明的目的之二在于提供一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体的制备方法。
本发明的目的之三在于提供一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料。
本发明的目的之四在于提供上述吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体，按重量份数计，包括：
Figure BDA0003564432990000011
Figure BDA0003564432990000021
优选的，所述低聚物多元醇为分子量650～1000的聚四氢呋喃二醇。
优选的，所述高分子量聚醚为分子量为6000～12000。
优选的，所述气相法白炭黑的比表面积为150～250㎡/g。
吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体的制备方法，包括以下步骤：
气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料的制备：将1～4.5份的气相法白炭黑，搅拌下加入到20～30重量份的低聚物多元醇中，经胶体磨混合分散5～15分钟，得到气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料；
聚醚多元醇的脱水：将步骤(1)制备的气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料，搅拌下加入到70～80重量份的混合聚醚多元醇中，加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温1.8～2.2小时，当聚醚多元醇含水量低于0.05％时，停止加热和抽真空，得到脱水后的聚醚多元醇；其中，所述混合聚醚多元醇为低聚物多元醇和高分子量聚醚的混合物；
聚氨酯预聚体的制备：将31～46份2,4-甲苯二异氰酸酯加入到反应釜中，搅拌下加入0.5～1.5重量份烘干后的气相法白炭黑及0.01～0.08重量份的有机铋锌复合催化剂，55～65℃下保持15～30分钟，然后加脱水后的聚醚多元醇， 60～70℃下保持0.8～1.2小时，然后升温至80～85℃反应1.8～2.2小时，得到聚氨酯预聚体。
优选的，所述低聚物多元醇占混合物质量的80～92.5％。
一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料，包括所述的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体和21～45份的胺类扩链剂。
优选的，所述胺类扩链剂为4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷或4,4'-二氨基二苯甲烷封端络合物。
所述吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
将所述的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡15～30分钟；加入21～45克胺类扩链剂，快速混合均匀，然后100～130℃硫化得到吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料。
优选的，所述硫化包括一段硫化和二段硫化；所述一段硫化的时间为60～ 90分钟；所述二段硫化的时间为12～15小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体，分子量为650～1000的聚四氢呋喃二醇为聚氨酯弹性体提供较高的力学强度，分子量为6000～12000的高分子量聚醚赋予聚氨酯较好的韧性，气相法白炭黑可进一步增强增韧，有机铋锌复合催化剂可选择性的提高白炭黑表面羟基与异氰酸酯基的反应活性，分步添加法可获得力学性能和工艺性能的最佳平衡，封端扩链剂可保障异氰酸根百分含量较高聚氨酯体系的可操作时间，提高成品率。
2、本发明的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料，耐磨性能好，托辊及钢丝绳使用寿命长；辊面聚氨酯强韧均衡，不损伤钢丝绳，也不被钢丝绳所损伤；辊面聚氨酯与金属辊芯粘接牢固，使用过程中不松动。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料的制备：将1.0重量份、比表面积约160㎡/g的气相法白炭黑(牌号HB615)，搅拌下加入到20重量份、分子量为1000的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG1000)中，经胶体磨混合分散5分钟，得到气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料，备用。
(2)聚醚多元醇的脱水：将步骤(1)制备的气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料，搅拌下加入到80重量份的混合聚醚多元醇中，其中分子量为1000的聚四氢呋喃二醇70重量份(牌号PTMG1000)、分子量为6000的高分子量聚醚多元醇10重量份(牌号INOVOL C260)，将混合多元醇加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当混合多元醇含水量低于0.05％时，停止加热和真空，将混合多元醇密封备用。
(3)聚氨酯预聚体的制备：将32.81重量份2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号 DesmodurT100)加入到反应釜中，搅拌下加入0.5重量份烘干后的气相法白炭黑(牌号HB615)及0.02重量份的有机铋锌复合催化剂(牌号JSFH-01)，60±5℃下保持30分钟，然后加入步骤(2)脱水处理的聚醚多元醇，65±5℃下保持1 小时，然后升温至80～85℃反应2小时，得到聚氨酯预聚体。
(4)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(3)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡15分钟；加入22.65重量份的扩链剂4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)，快速混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入100℃烘箱中，一段硫化45分钟，再二段硫化10小时得到聚氨酯弹性体。
实施例2
一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料的制备：将2.0重量份、比表面积约210㎡/g的气相法白炭黑(牌号HB620)，搅拌下加入到25重量份、分子量为650的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG650)中，经胶体磨混合分散10分钟，得到气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料，备用。
(2)聚醚多元醇的脱水：将步骤(1)制备的气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料，搅拌下加入到75重量份的混合聚醚多元醇中，其中分子量为1000的聚四氢呋喃二醇60重量份(牌号PTMG1000)、分子量为8000的高分子量聚醚多元醇15重量份(牌号INOVOL C280)，将混合多元醇加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当混合多元醇含水量低于0.05％时，停止加热和真空，将混合多元醇密封备用。
(3)聚氨酯预聚体的制备：将36.45重量份2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号 DesmodurT100)加入到反应釜中，搅拌下加入1.0重量份烘干后的气相法白炭黑(牌号HB620)及0.04重量份的有机铋锌复合催化剂(牌号JSFH-02)，60±5℃下保持25分钟，然后加入步骤(2)脱水处理的聚醚多元醇，65±5℃下保持1 小时，然后升温至80～85℃反应2小时，得到聚氨酯预聚体。
(4)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(3)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡20分钟；加入36.12重量份的扩链剂4,4'-二氨基二苯甲烷封端络合物(牌号CAYTUR_31DA)，混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入125℃烘箱中，一段硫化50分钟，再二段硫化11小时得到聚氨酯弹性体。
实施例3
一种吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料的制备：将3.5重量份、比表面积约200㎡/g的气相法白炭黑(牌号AEROSIL200)，搅拌下加入到30重量份、分子量为650的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG650)中，经胶体磨混合分散15 分钟，得到气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料，备用。
(2)聚醚多元醇的脱水：将步骤(1)制备的气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料，搅拌下加入到70重量份的混合聚醚多元醇中，其中分子量为650的聚四氢呋喃二醇50重量份(牌号PTMG650)、分子量为12000的高分子量聚醚多元醇20重量份(牌号BD2-12000A)，将混合多元醇加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当混合多元醇含水量低于0.05％时，停止加热和真空，将混合多元醇密封备用。
(3)聚氨酯预聚体的制备：将45.7重量份2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号 DesmodurT100)加入到反应釜中，搅拌下加入1.5重量份烘干后的气相法白炭黑(牌号AEROSIL200)及0.06重量份的有机铋锌复合催化剂(JC-Bi,杭州久锡化工有限公司)，60±5℃下保持15分钟，然后加入步骤(2)脱水处理的聚醚多元醇，65±5℃下保持1小时，然后升温至80～85℃反应2小时，得到聚氨酯预聚体。
(4)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(3)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡30分钟；加入44.7重量份的扩链剂4,4'-二氨基二苯甲烷封端络合物(牌号CAYTUR_31DA)，混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入130℃烘箱中，一段硫化60分钟，再二段硫化13小时得到聚氨酯弹性体。
实施例4
(1)气相法白炭黑/低聚物多元醇混合母料的制备：将1.0重量份、比表面积约160㎡/g的气相法白炭黑(牌号HB615)，搅拌下加入到20重量份、分子量为1000的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG1000)中，经胶体磨混合分散10分钟，得到气相法白炭黑/低聚物多元醇混合母料，备用。
(2)低聚物多元醇的脱水：将步骤(1)制备的气相法白炭黑/低聚物多元醇混合母料，搅拌下加入到80重量份、分子量为1000的聚四氢呋喃二醇中，将混合多元醇加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当混合多元醇含水量低于0.05％时，停止加热和真空，将混合多元醇密封备用。
(3)聚氨酯预聚体的制备：将33.91重量份2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号 DesmodurT100)加入到反应釜中，搅拌下加入0.5重量份烘干后的气相法白炭黑(牌号HB615)及0.02重量份的有机铋锌复合催化剂(牌号JSFH-01)，60±5℃下保持15分钟，然后加入步骤(2)脱水处理的低聚物多元醇，65±5℃下保持1 小时，然后升温至80～85℃反应2小时，得到聚氨酯预聚体。
(4)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(3)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡15分钟；加入22.65重量份的扩链剂4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)，快速混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入100℃烘箱中，一段硫化45分钟，再二段硫化10小时得到聚氨酯弹性体。
对比例1
(1)低聚物多元醇的脱水：100重量份分子量为1000的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG1000)，加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当混合多元醇含水量低于0.05％时，停止加热和真空，将混合多元醇密封备用。
(2)聚氨酯预聚体的制备：将33.91重量份2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号 DesmodurT100)加入到反应釜中，然后加入步骤(1)脱水处理的低聚物多元醇，65±5℃下保持1小时，然后升温至80～85℃反应2小时，得到聚氨酯预聚体。
(3)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(2)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡15分钟；加入22.65重量份的扩链剂4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)，快速混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入100℃烘箱中，一段硫化45分钟，再二段硫化10小时得到聚氨酯弹性体。
对比例2
(1)低聚物多元醇的脱水：100重量份的混合低聚物多元醇，其中分子量为650的聚四氢呋喃二醇80重量份(牌号PTMG650)、分子量为12000的高分子量聚醚多元醇20重量份(牌号BD2-12000A)，将混合多元醇加热至110～ 130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当混合多元醇含水量低于0.05％时，停止加热和真空，将混合多元醇密封备用。
(2)聚氨酯预聚体的制备：将45.7重量份2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号 DesmodurT100)加入到反应釜中，加入步骤(1)脱水处理的低聚物多元醇， 65±5℃下保持1小时，然后升温至80～85℃反应2小时，得到聚氨酯预聚体。
(3)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(2)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，加入烘干后的气相法白炭黑(牌号AEROSIL200)5.0重量份，抽真空至余压小于500Pa，脱泡30分钟；加入44.7重量份的扩链剂4,4'-二氨基二苯甲烷封端络合物(牌号CAYTUR_31DA)，混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入130℃烘箱中，一段硫化60分钟，再二段硫化13小时得到聚氨酯弹性体。
实施例1-4、对比例1-2所制得的聚氨酯弹性体的具体效果见表1。
表1：实施例1-4、对比例1-2所制得的聚氨酯弹性体性能
Figure BDA0003564432990000071
*自制磨耗测试设备，负荷88.2N，测试轮转速328rpm
从表1可以看出：本发明的实施例制备的氨酯弹性体强度高，扯断伸长率大，表现出更好的延展性能；抗曲挠性能好；耐磨性能好；钢丝绳和托辊使用寿命长。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料的制备：将1～4.5份的气相法白炭黑，搅拌下加入到20～30重量份的低聚物多元醇中，经胶体磨混合分散5～15分钟，得到气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料；
聚醚多元醇的脱水：将气相法白炭黑/聚醚多元醇混合母料，搅拌下加入到70～80重量份的混合聚醚多元醇中，加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温1.8~2.2小时，当含水量低于0.05%时，停止加热和抽真空，得到脱水后的聚醚多元醇；其中，所述混合聚醚多元醇为低聚物多元醇和高分子量聚醚的混合物；
聚氨酯预聚体的制备：将31～46份2,4-甲苯二异氰酸酯加入到反应釜中，搅拌下加入0.5～1.5重量份烘干后的气相法白炭黑及0.01～0.08重量份的有机铋锌复合催化剂，55~65℃下保持15～30分钟，然后加脱水后的聚醚多元醇，60~70℃下保持0.8~1.2小时，然后升温至80～85℃反应1.8~2.2小时，得到聚氨酯预聚体。
2.根据权利要求1所述的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，所述低聚物多元醇占混合聚醚多元醇质量的80～92.5％。
3.根据权利要求1所述的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，所述低聚物多元醇为分子量650～1000的聚四氢呋喃二醇。
4.根据权利要求1所述的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，所述高分子量聚醚的分子量为6000～12000。
5.根据权利要求1所述的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，所述气相法白炭黑的比表面积为150～250 ㎡/g。
6.吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1~5任一项所述的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯预聚体的制备方法制备得到的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡15～30分钟；加入21～45克胺类扩链剂，快速混合均匀，然后100～130℃硫化得到吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料。
7.根据权利要求6所述的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述硫化包括一段硫化和二段硫化；所述一段硫化的时间为60～90分钟；所述二段硫化的时间为12～15小时。
8.根据权利要求6所述的吊车钢丝绳托辊用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述胺类扩链剂为4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷或4,4'-二氨基二苯甲烷封端络合物。
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