CN114920981A - 使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料及其制备方法。所述使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，由预聚物和固化剂以重量比（0.9‑1.1）:1混合而成；以重量份数计，预聚物由5‑25份聚醚多元醇A、5‑25份聚醚多元醇B、9‑15份异氰酸酯、55‑65份增塑剂制备得到；以重量份数计，固化剂由5‑10份交联剂、30‑35份聚醚多元醇C、1‑3份膨胀微球、0.1‑0.5份催化剂及55‑65份增塑剂组成。本发明的聚氨酯轮胎填充料，弹性体发泡均匀细密，使轮胎的减震效果得到明显改善，有效降低了轮胎自重，提高了弹性体的强度，延长了轮胎的使用寿命。

Description

使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料及其制备方法。
背景技术
现今社会轮胎被广泛应用于各种大型可移动机械设备，目前市场上常用的轮胎主要是充气轮胎和实心橡胶轮胎。充气轮胎虽然具有重量轻和提供柔软和舒适乘坐的优点，但对于一些用于工程车的承重大的轮胎，特别是一些在矿山使用的承重型轮胎，由于载荷很高，一旦发生爆胎现象，就会导致很严重的人身安全和财产损失。实心橡胶轮虽然有效克服了充气轮胎漏气爆胎的风险，但其自重太重，减震能力差的缺点限制了其使用。
聚氨酯是一种性能介于橡胶和塑料之间的高分子合成材料，其硬度范围可调且加工方便。将低硬度的聚氨酯弹性体注入到轮胎内部，利用聚氨酯微发泡的膨胀作用不仅能够与轮胎紧密贴合，而且能够制成一种具有很高强度和回弹性的实心轮胎，进而有效克服了充气轮胎漏气爆胎的风险及橡胶轮胎自重太重的缺点。
例如，专利CN 108164991 B公开了一种轮胎填充用聚氨酯弹性体组合料，该方案有效结合了充气轮胎及橡胶轮胎的优点，但全水发泡弹性体也存在发泡不均匀，弹性体强度相对较差的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，弹性体发泡均匀细密，使轮胎的减震效果得到明显改善，有效降低了轮胎自重，提高了弹性体的强度，延长了轮胎的使用寿命；本发明还提供其制备方法。
本发明所述的使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，由预聚物和固化剂以重量比（0.9-1.1）:1混合而成；
以重量份数计，预聚物由5-25份聚醚多元醇A、5-25份聚醚多元醇B、9-15份异氰酸酯、55-65份增塑剂制备得到；
以重量份数计，固化剂由5-10份交联剂、30-35份聚醚多元醇C、1-3份膨胀微球、0.1-0.5份催化剂及55-65份增塑剂组成。
所述聚醚多元醇A的官能度为2-3，分子量为1000-2000；优选为PPG1000、PPG2000中的至少一种。
所述聚醚多元醇B的官能度为2-3，分子量为3000-6000；优选为PPG3000、PPG4000、MN3050、EP-330N、PPG3600中的至少一种。
本发明使用低分子量聚醚多元醇A和高分子量聚醚多元醇B复配，能够赋予产品良好的力学及操作性能。如果仅采用低分子量聚醚多元醇A会使弹性体内部硬段含量高使产品偏脆，导致产品承载力下降；而仅采用高分子量聚醚多元醇B，不仅会使产品粘度变大不易浇注，而且可能会造成产品成型性变差，这是由于弹性体中软段含量较高造成的。
所述聚醚多元醇C的官能度为2-3，分子量为4000-6000；优选为PPG4000、MN3050、EP-330N、PPG3600中的至少一种。
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
所述增塑剂为芳烃油增塑剂。
本发明采用芳烃油增塑剂作为增塑剂，与常规增塑剂相比，芳烃油增塑剂能够使产品体系具有适中的粘度，在微球膨胀过程中使微球保证一定的膨胀率，赋予产品均匀的密度且具有良好的支撑，同时采用该增塑剂能够有效降低产品的成本。
所述交联剂为DMTDA、MOCA、DETDA中的一种或多种。
所述膨胀微球为受热膨胀微球，优选为东莞市建盟化学有限公司的461DET40d25或551WU40。
膨胀微球在反应放热的条件下，其外壳开始软化，同时包裹在微球内部的烃类液体开始气化，使壳内压力升高，导致微球膨胀；等温度降下来时，外壳冷却变硬，使微球保持膨胀状态，从而达到发泡的效果，并赋予产品一定的强度。
所述催化剂为胺类催化剂、有机锌催化剂、有机铋催化剂中的一种或多种。
本发明所述的使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备预聚物：将聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、异氰酸酯在75-85℃温度下反应1-3h，然后加入增塑剂，继续反应1-2h，制得预聚物；
（2）制备固化剂：将交联剂、聚醚多元醇C、膨胀微球、催化剂及增塑剂均匀混合，制得固化剂；
（3）将预聚物与固化剂组分以（0.9-1.1）:1的重量比例混合，混合温度为30-35℃，然后进行浇注、常温硫化成型，即得到聚氨酯轮胎填充料。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明采用受热膨胀微球加入到反应组分中，代替水参与反应发泡，减少反应体系中脲键的生成，提高了弹性体的强度，延长了轮胎的使用寿命，同时利用反应放热膨胀使弹性体发泡均匀细密，不仅使得轮胎的减震效果得到明显改善，而且有效降低了轮胎自重；
（2）本发明使用低分子量聚醚多元醇A和高分子量聚醚多元醇B复配，能够使弹性体内部具有适中的软段及硬度含量，使产品不会因硬段含量偏高导致产品发脆，也不会因软段含量高导致产品成型性变差，从而赋予产品良好的力学以及操作性能；
（3）本发明采用芳烃油增塑剂，与常规增塑剂相比，芳烃油增塑剂能够使产品体系具有适中的粘度，在微球膨胀过程中使微球保证一定的膨胀率，赋予产品均匀的密度且具有良好的支撑，同时采用该增塑剂能够有效降低产品的成本；
（4）本发明的填充材料凝聚时间可控，粘度小易于操作，可广泛应用于制作各种大型承重轮胎和对轮胎要求极高的车辆设备。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作出进一步说明。
实施例所用材料如下：
PPG1000：数均分子量1000，不饱和度0.005 mmol/g的聚环氧丙烷醚二元醇；
PPG2000：数均分子量2000，不饱和度0.005 mmol/g的聚环氧丙烷醚二元醇；
PPG3000：数均分子量3000，不饱和度0.005 mmol/g的聚环氧丙烷醚二元醇；
PPG4000：数均分子量4000，不饱和度0.005 mmol/g的聚环氧丙烷醚二元醇；
MN1000：数均分子量1000，不饱和度0.005mmol/g 的聚环氧丙烷醚三元醇；
MN3050：数均分子量3000，不饱和度0.005mmol/g 的聚环氧丙烷醚三元醇；
EP-330N：数均分子量5000，伯羟基含量75%的聚环氧丙烷醚三元醇；
PPG3600：数均分子量6000，伯羟基含量75%的聚环氧丙烷醚三元醇；
T-80：80% 2,4-甲苯二异氰酸酯和20% 2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物；
膨胀微球461DET40d25、551WU40：东莞市建盟化学有限公司；
芳烃油增塑剂：山东泰畅石化有限公司；
新癸酸锌：广州优润合成材料有限公司；
DY-20：上海德音化学有限公司。
实施例1
一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，以重量份计，其制备方法如下：
（1）制备预聚物：将15.4份聚醚多元醇PPG1000、10.2份PPG4000与9份T-80在80℃温度下反应2h，然后补加65份芳烃油增塑剂，继续反应1h，制得预聚物；
（2）制备固化剂：将5份DETDA、34份聚醚多元醇PPG3600、3份膨胀微球461DET40d25、0.4份新癸酸锌及57.6份芳烃油增塑剂混合均匀，制得固化剂；
（3）将预聚物与固化剂组分以100:100的重量比例混合，混合温度为30℃，然后进行浇注、常温硫化成型，即得到硬度为shoreA25的微发泡聚氨酯弹性体制品。
实施例2
一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，以重量份计，其制备方法如下：
（1）制备预聚物：将25份聚醚多元醇PPG2000、5份MN3050与10份T-80在85℃温度下反应1h，然后补加60份芳烃油增塑剂，继续反应2h，制得预聚物；
（2）制备固化剂：将7份MOCA、31份聚醚多元醇EP-330N、2份膨胀微球461DET40d25、0.5份三乙烯二胺及59.6份芳烃油增塑剂混合均匀，制得固化剂；
（3）将预聚物与固化剂组分以100:100的重量比例混合，混合温度为35℃，然后进行浇注、常温硫化成型，即得到硬度为shoreA30的微发泡聚氨酯弹性体制品。
实施例3
一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，以重量份计，其制备方法如下：
（1）制备预聚物：将8.6份聚醚多元醇PPG2000、25份PPG3600与11.4份T-80在75℃温度下反应3h，然后补加55份芳烃油增塑剂，继续反应1h，制得预聚物；
（2）制备固化剂：将 10份DETDA、35份聚醚多元醇PPG3600、1份膨胀微球551WU40、0.3份DY-20及65份芳烃油增塑剂混合均匀，制得固化剂；
（3）将预聚物与固化剂组分以110:100的重量比例混合，混合温度为35℃，然后进行浇注、常温硫化成型，即得到硬度为shoreA35的微发泡聚氨酯弹性体制品。
实施例4
一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，以重量份计，其制备方法如下：
（1）制备预聚物：将5份聚醚多元醇PPG1000、20.5份MN3050与15份T-80在80℃温度下反应2h，然后补加60份芳烃油增塑剂，继续反应1.5h，制得预聚物；
（2）制备固化剂：将9份DMTDA、30份聚醚多元醇EP-330N、2份膨胀微球551WU40、0.1份DY-20及55份芳烃油增塑剂混合均匀，制得固化剂；
（3）将预聚物与固化剂组分以90:100的重量比例混合，混合温度为30℃，然后进行浇注、常温硫化成型，即得到硬度为shoreA40的微发泡聚氨酯弹性体制品。
对比例1
一种全水发泡的聚氨酯轮胎填充料，以重量份计，其制备方法如下：
（1）制备预聚物：将15.4份聚醚多元醇PPG1000、10.2份PPG4000与9份T-80在80℃温度下反应2h，然后补加65份芳烃油增塑剂，继续反应1h，制得预聚物；
（2）制备固化剂：将5份DETDA、34份聚醚多元醇PPG3600、3份去离子水、0.4份新癸酸锌及57.6份芳烃油增塑剂混合均匀，制得固化剂；
（3）将预聚物与固化剂组分以100:100的重量比例混合，混合温度为30℃，然后进行浇注、常温硫化成型，即得到硬度为shoreA23的微发泡聚氨酯弹性体制品。
对比例2
一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，以重量份计，其制备方法如下：
（1）制备预聚物：将30份EP-330N与8份T-80在80℃温度下反应2h，然后补加62份芳烃油增塑剂，继续反应1h，制得预聚物；
（2）制备固化剂：将5份DETDA、34份聚醚多元醇PPG3600、3份膨胀微球461DET40d25、0.4份新癸酸锌及57.6份芳烃油增塑剂混合均匀，制得固化剂；
（3）将预聚物与固化剂组分以100:100的重量比例混合，混合温度为30℃，然后进行浇注、常温硫化成型，即得到硬度为shoreA18的微发泡聚氨酯弹性体制品。
对比例3
一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，以重量份计，其制备方法如下：
（1）制备预聚物：将26份PEG1000与11份T-80在80℃温度下反应2h，然后补加63份芳烃油增塑剂，继续反应1h，制得预聚物；
（2）制备固化剂：将5份DETDA、34份聚醚多元醇PPG3600、3份膨胀微球461DET40d25、0.4份新癸酸锌及57.6份芳烃油增塑剂混合均匀，制得固化剂；
（3）将预聚物与固化剂组分以100:100的重量比例混合，混合温度为30℃，然后进行浇注、常温硫化成型，即得到硬度为shoreA30的微发泡聚氨酯弹性体制品。
对比例4
一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，以重量份计，其制备方法如下：
（1）制备预聚物：将15.4份聚醚多元醇PPG1000、10.2份PPG4000与9份T-80在80℃温度下反应2h，然后补加65份芳烃油增塑剂，继续反应1h，制得预聚物；
（2）制备固化剂：将5份DETDA、34份聚醚多元醇PPG3600、3份膨胀微球461DET40d25、0.4份新癸酸锌及57.6份邻苯二甲酸丁卞酯混合均匀，制得固化剂；
（3）将预聚物与固化剂组分以100:100的重量比例混合，混合温度为30℃，然后进行浇注、常温硫化成型，即得到硬度为shoreA22的微发泡聚氨酯弹性体制品。
将实施例和对比例制备的聚氨酯轮胎填充料制品进行性能测试，其中硬度参照标准GB/T 531.1-2008进行测试，回弹参照标准GB/T 1681-2009进行测试，拉伸强度参照标准GB/T 528-2009进行测试，
测试结果如表1所示。
表1 性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从表1的测试结果可以看出，本发明的实施例1-4采用膨胀微球进行发泡，同时采用不同分子量的聚醚多元醇复配，并配合芳烃油增塑剂使用，制备的弹性体发泡均匀细密，有效降低了轮胎自重，提高了弹性体的强度，有效改善了轮胎的使用寿命，同时通过调整膨胀微球的添加量可以有效改善产品的密度以满足不同的需求。由对比例1可以看出，使用膨胀微球发泡能够使产品具有比全水发泡产品更高的强度。由对比例2和3可以看出，采用较大和较小单一分子量聚醚多元醇制备弹性体产品性能相对本发明有所下降。由对比例4可以看出，采用常规增塑剂制备的弹性体强度有所下降。

Claims (9)

1.一种使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，其特征在于：由预聚物和固化剂以重量比（0.9-1.1）:1混合而成；
以重量份数计，预聚物由5-25份聚醚多元醇A、5-25份聚醚多元醇B、9-15份异氰酸酯、55-65份增塑剂制备得到；
以重量份数计，固化剂由5-10份交联剂、30-35份聚醚多元醇C、1-3份膨胀微球、0.1-0.5份催化剂及55-65份增塑剂组成；
所述聚醚多元醇A的官能度为2-3，分子量为1000-2000；
所述聚醚多元醇B的官能度为2-3，分子量为3000-6000；
所述增塑剂为芳烃油增塑剂。
2.根据权利要求1所述的使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，其特征在于：聚醚多元醇A为PPG1000、PPG2000中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，其特征在于：聚醚多元醇B为PPG3000、PPG4000、MN3050、EP-330N、PPG3600中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，其特征在于：聚醚多元醇C的官能度为2-3，分子量为4000-6000。
5.根据权利要求1所述的使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，其特征在于：异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
6.根据权利要求1所述的使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，其特征在于：交联剂为DMTDA、MOCA、DETDA中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，其特征在于：膨胀微球为经过表面处理的受热膨胀微球。
8.根据权利要求1所述的使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料，其特征在于：催化剂为胺类催化剂、有机锌催化剂、有机铋催化剂中的一种或多种。
9.一种权利要求1-8任一项所述的使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备预聚物：将聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、异氰酸酯在75-85℃温度下反应1-3h，然后加入增塑剂，继续反应1-2h，制得预聚物；
（2）制备固化剂：将交联剂、聚醚多元醇C、膨胀微球、催化剂及增塑剂均匀混合，制得固化剂；
（3）将预聚物与固化剂组分以（0.9-1.1）:1的重量比例混合，混合温度为30-35℃，然后进行浇注、常温硫化成型，即得到聚氨酯轮胎填充料。
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