CN1664007A - 高耐磨、抗静电型聚氨酯材料 - Google Patents

高耐磨、抗静电型聚氨酯材料 Download PDF

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本发明涉及一种新材料制备、生产技术，特别是涉及一种高耐磨、抗静电型聚氨酯材料的制备与生产技术。提供一种是采用四脚状氧化锌(T－ZnO)晶须与聚酯多元醇或聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或对苯二异氰酸酯(PPDI)和3，3’－二氯－4，4’－二氨基二苯基甲烷(MOCA)所制备的聚氨酯材料。四脚状氧化锌晶须经分散处理及偶联处理后，再按浇铸制备法制备而得到的高耐磨、抗静电型聚氨酯材料。与对应的同类常规浇注型聚氨酯材料相比，其制备工艺独特、简单，品质优异，具有高耐磨性、高抗撕裂性、抗静电性、抗老化、耐热及优异的其它应用性能，且制备成本不高于相应常规聚氨酯材料。该材料可广泛地应用于机械、航天航空、轻工、建筑、纺织、矿山等领域。

Description

高耐磨、抗静电型聚氨酯材料
技术领域
本发明涉及一种新材料制备、生产技术，特别是涉及一种高耐磨、抗静电型聚氨酯材料的制备与生产技术。
背景技术
聚氨酯是一类具有耐磨、耐油、抗撕裂及耐腐蚀等优异性能的弹性材料，其耐磨性是普通碳钢的10-100倍，耐磨性及抗撕裂性是通用黑橡胶无法比拟的，所以多用作耐磨材料，如：各种高速胶辊(＞1000r/min)、叶轮、筛板、传动带、各种衬里、高压密封件及鞋底等制品，在国民经济许多领域获得广泛应用。但工业及科技的飞速发展，对其提出了更高的要求，如：磨耗要更低，磨擦系数要大；弹性要好，强度要高，且消除静电。因此，降低磨耗、提高磨擦系数、提高抗撕裂强度及消除静电一直是人们研究的热门课题。许多科研人员为此做出了努力，以提高其磨擦性能，提高聚氨酯材料的应用价值及拓宽应用范围。
目前，对聚氨酯材料进行改性有很多方法。提高磨擦性能的主要技术是通过改变聚氨酯的分子结构来实现的，如美国的陶氏化学公司，通过聚氨酯合成时加入液体聚丁二烯；德国Bayer公司通过PPDI代替MDI或TDI。如：CN1192757A(1998)描述了一种密度为100-1100千克/米3、磨耗低于300毫克(IS04649试验方法A)的聚氨酯弹性体。其可通过氨基甲酸酯改性的多异氰酸酯、多元醇、液体聚丁二烯及多元醇而制得。
而消除静电的主要技术是通过添加抗静电剂的方法，如：CN99102160.6(1999)描述了一种通过添加磺基琥珀酸二烷基酯或者用它制备聚氨酯组合物或弹性聚氨酯纤维抑制了聚合物的静电带电性。
这些改性方法有一定的效果，多数采用的是通过改变聚氨酯的分子结构来实现的或通过添加抗静电剂的方法来实现，但随之材料成本大幅度升高，且或多或少性能有所改变，难以满足实际应用的需要。
发明内容
本发明目的是提供一种是采用四脚状氧化锌(T-ZnO)晶须与聚酯多元醇或聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或对苯二异氰酸酯(PPDI)和3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)所制备的聚氨酯材料。四脚状氧化锌晶须经分散处理及偶联处理后，再按浇铸制备法制备而得到的高耐磨、抗静电型聚氨酯材料。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
高耐磨、抗静电型聚氨酯材料，是由聚酯多元醇或聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或对苯二异氰酸酯(PPDI)和3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)为基料，再加入经硅烷类或钛酸酯类偶联剂处理的四脚状氧化锌晶须，经分散经浇注成型而制得。
四脚状氧化锌晶须的任意两针的夹角109°，每根针长约40~80μm，基部直径为2.0~3.0μm，长径比为20~40。
四脚状氧化锌晶须用量，占聚氨酯的重量0.5~40％。
经偶联处理的四脚状氧化锌晶须，所用偶联剂为硅烷类和钛酸酯类，偶联剂的溶液为丙酮或石油醚；偶联剂用量是四脚状氧化锌晶须重量的0.5~3％；所用分散方法是超声波法，最好是硅烷类偶联剂。
聚氨酯材料浇注中采用超声波分散、脱泡浇注工艺。
本发明的优点与特点是：
1.与对应的同类常规浇注型聚氨酯材料相比，其制备工艺独特、简单，品质优异，具有高耐磨性、高抗撕裂性、抗静电性及优异的其它应用性能，且制备成本不高于相应常规聚氨酯材料
2.应用超声波技术分散、脱泡，使偶联预处理更均匀、有效，及消除聚氨酯浇注时所产生的气泡，减少材料的内部缺陷。本发明对聚氨酯类型无特殊要求(各种聚酯多元醇或聚醚多元醇及各种二异氰酸酯)，并对固化体系无特殊要求，多元胺等固化体系均可。
3.通过添加(T-ZnO)使聚氨酯材料的力学性能改善，并呈各向同性。如：T-ZnO晶须填加为6w％时，拉伸强度提高了20％，阿克隆磨耗量/cm3从0.6降到0.03，体积电阻率降低了2个数量级，抗紫外线(提高了20％)与抗热老化性能(提高了10℃)明显提高。
该材料可广泛地应用于机械、航天航空、轻工、建筑、纺织、矿山等领域。
附图说明
本发明的附图为四脚状氧化锌(T-ZnO)晶须照片图。
具体实施方案
本发明的制备工艺路线是：
1.T-ZnO预处理：将T-ZnO晶须(见图1)用偶联剂(用量四脚状氧化锌晶须重量的0.5~3％)的丙酮或石油醚溶液在超声波条件下进行偶联预处理，偶联剂可以是硅烷类和钛酸酯类；
2.合成预聚体：按比例混合聚酯多元醇或聚醚多元醇和二异氰酸酯(TDI或MDI或PPDI)，机械搅拌均匀后，加入一定比例处理好的四脚状氧化锌晶须，机械搅拌均匀后，再用超声波分散、脱泡10~50分钟；
3.制备浇铸聚氨酯：然后，通过测定预聚体的异氰酸根含量，加入一定量固化剂(MOCA)，搅拌均匀，然后浇注到已预热到100℃的模具中。在抽真空的情况下，加热固化或室温固化数小时；
4.完全固化后，开模，即得高耐磨、抗静电型聚氨酯材料或制品。
下面结合实例对本发明作进一步的详细描述：
实施例1
首先，称取用100克分子量为2000的聚酯多元醇及TDI 16.0克，制备NCO根含量为2.9％的聚酯多元醇预聚体；
按四脚状氧化锌晶须质量比的1％称取NDZ-401型钛酸酯类偶联剂，将其溶解在石油醚中，配成稀溶液，倒入已称量好的四脚状氧化锌晶须中，于70℃下用超声波(频率为99HZ)分散60分钟，待溶剂挥发完全后，在110℃的烘箱中干燥两小时即得处理好的四脚状氧化锌晶须。
取NCO根含量为2.9％的预聚体100g，将经过表面处理的四脚状氧化锌晶须(6w％)加入到预聚体(已预热至80℃)中，机械搅拌后，再用超声波分散30分钟。然后，加入90％(NCO根含量的质量分数)的MOCA，搅拌均匀，超声波消泡10分钟，然后浇注到已预热到100℃的模具中。在抽真空的情况下，加热固化3小时后，停止加热，随平板硫化机冷却至室温、开模，即得所需高耐磨、抗静电型聚氨酯材料试样。材料性能的见表1。
比较例1
称取NCO根含量为2.9％的预聚体100g，预热至80℃，机械搅拌后，再用超声波分散30分钟。然后，加入90％(NCO根含量的质量分数)的MOCA，搅拌均匀，超声波消泡10分钟，然后浇注到已预热到100℃的模具中。在抽真空的情况下，加热固化3小时后，停止加热，随平板硫化机冷却至室温、开模，即得所需通用聚氨酯材料试样。材料性能的见表1。
实施例2
按四脚状氧化锌晶须质量比的2％称取KH550型硅烷类偶联剂，将其溶解在丙酮中，配成稀溶液，倒入已称量好的四脚状氧化锌晶须中，于70℃下用超声波(频率为99HZ)分散60分钟，待溶剂挥发完全后，在110℃的烘箱中干燥两小时即得处理好的四脚状氧化锌晶须。
称取NCO根含量为4.2％的聚醚预聚体100g(MDI)，将经过表面处理的四脚状氧化锌晶须(0.5w％)加入到预聚体(已预热至80℃)，机械搅拌后，再用超声波分散30分钟。然后，加入90％(NCO根含量的质量分数)的MOCA，搅拌均匀，超声波消泡10分钟，然后浇注到已预热到100℃的模具中。在抽真空的情况下，加热固化3小时后，停止加热，随平板硫化机冷却至室温、开模，即得所需通用聚氨酯材料试样。材料性能的见表1。
实施例3
按四脚状氧化锌晶须质量比的2％称取NDZ-401型钛酸酯类偶联剂，将其溶解在石油醚中，配成稀溶液，倒入已称量好的四脚状氧化锌晶须中，于70℃下用超声波(频率为99HZ)分散60分钟，待溶剂挥发完全后，在110℃的烘箱中干燥两小时即得处理好的四脚状氧化锌晶须。
称取NCO根含量为4.2％的聚酯多元醇预聚体100g(PPDI)，将经过表面处理的四脚状氧化锌晶须(40w％)加入到预聚体(已预热至80℃)，机械搅拌后，再用超声波分散30分钟。然后，加入90％(NCO根含量的质量分数)的MOCA，搅拌均匀，超声波消泡10分钟，然后浇注到已预热到100℃的模具中。在抽真空的情况下，加热固化3小时后，停止加热，随平板硫化机冷却至室温、开模，即得所需通用聚氨酯材料试样。材料性能的见表1。
                                              表1聚氨酯材料的性能
  聚氨酯材料   拉伸强度Mpa老化前/后    300％定伸强度Mpa老化前/后   抗撕裂强度KN/m  硬度，邵A老化前/后     表面电阻率108Ω.cm     体积电阻率108Ω.cm     阿克隆磨耗m3/1.61km     磨擦系数PU-PU
  实施例1   36.8/36.9    7.3/8.1   120  83.0/83.8     1.21     1.80     0.03     0.92
  比较例1   30.9/26.0    6.9/5.9   61  83.0/81.0     168     200     0.6     0.51
  实施例2   33.3/32.9    7.1/7.1   103  83.5/82.2     89     98     0.9     0.81
  实施例3   32.3/32.9    6.9/8.0   158  89.7/90.2     0.001     0.01     0.01     1.61
老化实验：老化箱中悬挂3天，照射强度为50W的紫外线灯管，照射距离平均为12.5cm

Claims (5)

1.高耐磨、抗静电型聚氨酯材料，其特征是由聚酯多元醇或聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或对苯二异氰酸酯(PPDI)和3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)为基料，再加入经硅烷类或钛酸酯类偶联剂处理的四脚状氧化锌晶须，经分散经浇注成型而制得。
2.按照权利要求1所述的高耐磨、抗静电型聚氨酯材料，其特征是：四脚状氧化锌晶须的任意两针的夹角109°，每根针长约40~80μm，基部直径为2.0~3.0μm，长径比为20~40。
3.按照权利要求1所述的高耐磨、抗静电型聚氨酯材料，其特征是：四脚状氧化锌晶须用量，占聚氨酯的重量0.5~40％。
4.按照权利要求1所述的高耐磨、抗静电型聚氨酯材料，其特征是：经偶联处理的四脚状氧化锌晶须，所用偶联剂为硅烷类和钛酸酯类，偶联剂的溶液为丙酮或石油醚；偶联剂用量是四脚状氧化锌晶须重量的0.5~3％；所用分散方法是超声波法，最好是硅烷类偶联剂。
5.按照权利要求1所述的高耐磨、抗静电型聚氨酯材料，其特征是：聚氨酯材料浇注中采用超声波分散、脱泡浇注工艺。
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