CN1966542A - 一种高性能聚氨酯弹性体及其制造方法 - Google Patents

一种高性能聚氨酯弹性体及其制造方法 Download PDF

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一种高性能聚氨酯弹性体及其制造方法,其特征在于:将聚酯多元醇和二异氰酸酯,按1∶0.1-0.9的重量比,在催化剂的作用下进行反应生成异氰酸根基团封端的低分子预聚体,然后将反应生成的异氰酸根基团封端的预聚物和低分子量二元醇,按1∶0.03-0.06重量比进行反应得到聚氨酯弹性体。本发明的优点是:1.提高了聚氨酯弹性体的性能,其硬度高、耐磨性好、回弹性高和良好的耐油性。2.提高了二异氰酸酯封端的预聚物保存性能,可操作时间达到10-20hrs。3.提高了制品的使用耐久性。本发明提供的制造方法,聚合工艺简便,可控性好,适宜制造高承载,高温及耐油等使用条件下的零部件。

Description

一种高性能聚氨酯弹性体及其制造方法
(一)技术领域
本发明涉及一种聚氨酯高分子材料及其制造方法,特别是一种高性能聚氨酯弹性体及其制造方法。
(二)背景技术
聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料的一类高分子材料。制造聚氨酯弹性体的原材料品种繁多,配方多种多样,按其制品的加工方法可以分为浇注型弹性体(CPUE)、热塑性弹性体(TPUE)和混炼型弹性体(MPUE)。本发明主要涉及浇注型弹性体(CPUE),浇注型弹性体在加工成型前为粘性液体,故有“液体橡胶”之称,是向模腔内浇注液体混合物经过化学反应来生产制品的化学体系。生产浇注型聚氨酯弹性体的原料包括聚酯多元醇、二异氰酸酯和低分子二元醇扩链剂,其中聚酯多元醇提供材料的高强度、高耐磨性和高回弹性;二异氰酸酯和低分子二元醇扩链剂提供材料的高硬度、耐油性以及良好的动态力学性能。通常在高承载、高温条件下使用的聚氨酯弹性体要求硬度高、耐磨性好和回弹性高;如果使用条件是动态的,例如实心轮胎、纺织罗拉皮辊、皮带轮等,即材料要承受周期频率外力的作用,则要求材料具有较低的内生热,以减少内生热引起的材料内部的缺隙和破坏,因此必须使用润滑油,这就要求材料在具备上述要求的同时还要具备较好的耐油性。在现有的浇注型聚氨酯弹性体配方中,保证高硬度、高耐磨、高回弹的材料不耐油;而耐油性较好的材料强度差,不能提供高硬度和高耐磨性,且不能保证材料良好的动态性能。
(三)发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺点,提供一种高性能聚氨酯弹性体及其制造方法。
本发明的技术方案:
一种高性能聚氨酯弹性体,其特征在于:将聚酯多元醇和二异氰酸酯,按1∶0.1-0.9的重量比,在催化剂的作用下进行反应生成异氰酸根基团封端的低分子预聚体,然后将反应生成的异氰酸根基团封端的预聚物和低分子量二元醇,按1∶0.03-0.06重量比进行反应得到聚氨酯弹性体。
一种上述高性能聚氨酯弹性体,其特征在于:聚酯多元醇的数均分子量为1000-3000,优选1500-2500;聚酯多元醇可选用聚己二酸乙二醇酯、聚己内酯多元醇或聚碳酸酯多元醇。
一种上述高性能聚氨酯弹性体,其特征在于:二异氰酸酯选用二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或1,5-萘二异氰酸酯(NDI)。
一种上述高性能聚氨酯弹性体,其特征在于:聚酯多元醇和二异氰酸酯的重量比优选1∶0.3-0.7。
一种上述高性能聚氨酯弹性体,其特征在于:低分子量二元醇可选用乙二醇、1,6-己二醇和1,4-丁二醇中的一种、两种或三种,可以单独使用,也可以混合使用。
一种上述高性能聚氨酯弹性体的制造方法,其特征在于按以下工艺步骤进行:1)将聚酯多元醇和二异氰酸酯,按确定的重量比加入反应器混合、搅拌,同时加入催化剂进行反应生成异氰酸根基团封端的预聚物,控制温度为70-120℃;所述催化剂选用三亚乙基二胺或二月桂酸二丁基锡,其加入量为聚酯多元醇重量的0.01-0.1%;2)将异氰酸根基团封端的预聚物和低分子量二元醇分别预热到温度为80-130℃,然后按确定的重量比通过混合浇注头,浇注到预先加热到温度为70-120℃的模具中;3)将已浇注好的模具置于热空气循环室进行熟化,熟化的控制温度为50-90℃;4)经30-60min后进行脱模即可得制品。
本发明的优点是:1、提高了聚氨酯弹性体的性能,主要表现在硬度高、耐磨性好、回弹性高和良好的耐油性。2、提高了二异氰酸酯封端的预聚物保存性能,可操作时间达到10-20hrs。3、提高了制品的使用耐久性,一般使用寿命可提高一倍以上。本发明提供的制造方法,聚合工艺简便,可控性好,适宜制造高承载,高温及耐油等使用条件下的零部件。
(四)具体实施方式
实施例1:
将聚己二酸乙二醇酯多元醇(数均分子量2000,产地:山东华大化学有限公司)和1,5-萘二异氰酸酯(产地:Bayer化学有限公司),按1∶0.25的重量比,在催化剂三亚乙基二胺(DABCO331:美国气体化学品有限公司)的作用下进行反应生成异氰酸根基团封端的低分子预聚体,然后将反应生成的异氰酸根基团封端的预聚物和1,4-丁二醇(BASF化学有限公司),按1∶0.05的重量比进行反应得到聚氨酯弹性体。该聚氨酯弹性体的制造方法按以下工艺步骤进行:1)将聚己二酸乙二醇酯多元醇和1,5-萘二异氰酸酯,按上述确定的重量比加入反应器混合、搅拌,同时加入催化剂三亚乙基二胺进行反应生成异氰酸根基团封端的预聚物,控制温度为80-110℃,其加入量为聚己二酸乙二醇酯多元醇重量的0.02%;2)将异氰酸根基团封端的预聚物和1,4-丁二醇分别预热到温度为90-120℃,然后按上述确定的重量比通过混合浇注头,浇注到预先加热到温度为90-100℃的模具中;3)将已浇注好的模具置于热空气循环室进行熟化,熟化的控制温度为60-80℃;4)经50min后进行脱模即可得制品。该聚氨酯弹性体制品的检测结果:硬度95A(GB/T531-99),拉伸强度55.64mPa(GB/T528-2001),磨耗体积0.0117cm3(GB1689-2001),回弹性40%(GB1681-2001),油剂浸泡后硬度变化下降3A,油剂浸泡后强度变化下降幅度低于8%。(耐油性检测方法:将长度100mm×宽度100mm×厚度2-3mm的试样浸泡在油品同水的乳化液中,在60-100℃环境中保持500小时后,检测硬度以及拉伸强度的变化)
实施例2:
将聚己内酯多元醇(数均分子量2000,产地:日本大赛璐化学株式会社)和二甲基联苯二异氰酸酯(产地:日本曹达株式会社),按1∶0.23的重量比,在催化剂三亚乙基二胺(DABCO331:美国气体化学品有限公司)的作用下进行反应生成异氰酸根基团封端的低分子预聚体,然后将反应生成的异氰酸根基团封端的预聚物和1,4-丁二醇(BASF化学有限公司),按1∶0.045的重量比进行反应得到聚氨酯弹性体。该聚氨酯弹性体的制造方法按以下工艺步骤进行:1)将聚己内酯多元醇和二甲基联苯二异氰酸酯,按上述确定的重量比加入反应器混合、搅拌,同时加入催化剂三亚乙基二胺进行反应生成异氰酸根基团封端的预聚物,控制温度为80-110℃,其加入量为聚己内酯多元醇重量的0.02%;2)将异氰酸根基团封端的预聚物和1,4-丁二醇分别预热到温度为90-120℃,然后按上述确定的重量比通过混合浇注头,浇注到预先加热到温度为90-100℃的模具中;3)将已浇注好的模具置于热空气循环室进行熟化,熟化的控制温度为60-80℃;4)经50min后进行脱模即可得制品。该聚氨酯弹性体制品的检测结果:硬度95A(GB/T531-99),拉伸强度51.70mPa(GB/T528-2001),磨耗体积0.0112cm3(GB1689-2001),回弹性40%(GB1681-2001),油剂浸泡后硬度变化下降3A,油剂浸泡后强度变化下降幅度低于5%。(耐油性检测方法:与实施例1相同)
实施例3:
将聚碳酸酯多元醇(数均分子量2000,产地:日本旭化成化学株式会社)和二甲基联苯二异氰酸酯(产地:日本曹达株式会社),按1∶0.23的重量比,在催化剂二月桂酸二丁基锡(产地:上海化学试剂公司)的作用下进行反应生成异氰酸根基团封端的低分子预聚体,然后将反应生成的异氰酸根基团封端的预聚物和1,6-己二醇(产地:BASF化学有限公司),按1∶0.05的重量比进行反应得到聚氨酯弹性体。该聚氨酯弹性体的制造方法按以下工艺步骤进行:1)将聚碳酸酯多元醇和二甲基联苯二异氰酸酯,按上述确定的重量比加入反应器混合、搅拌,同时加入催化剂二月桂酸二丁基锡进行反应生成异氰酸根基团封端的预聚物,控制温度为80-110℃,其加入量为聚己内酯多元醇重量的0.02%;2)将异氰酸根基团封端的预聚物和1,6-己二醇分别预热到温度为90-120℃,然后按上述确定的重量比通过混合浇注头,浇注到预先加热到温度为90-100℃的模具中;3)将已浇注好的模具置于热空气循环室进行熟化,熟化的控制温度为60-80℃;4)经50min后进行脱模即可得制品。该聚氨酯弹性体制品的检测结果:硬度95A(GB/T531-99),拉伸强度52.17mPa(GB/T528-2001),磨耗体积0.0109cm3(GB1689-2001),回弹性50%(GB1681-2001),油剂浸泡后硬度无变化,油剂浸泡后强度变化下降幅度低于2%。(耐油性检测方法:与实施例1相同)。

Claims (6)

1.一种高性能聚氨酯弹性体,其特征在于:将聚酯多元醇和二异氰酸酯,按1∶0.1-0.9的重量比,在催化剂的作用下进行反应生成异氰酸根基团封端的低分子预聚体,然后将反应生成的异氰酸根基团封端的预聚物和低分子量二元醇,按1∶0.03-0.06重量比进行反应得到聚氨酯弹性体。
2.根据权利要求书1所述的高性能聚氨酯弹性体,其特征在于:聚酯多元醇的数均分子量为1000-3000,优选1500-2500;聚酯多元醇可选用聚己二酸乙二醇酯、聚己内酯多元醇或聚碳酸酯多元醇。
3.根据权利要求书1所述的高性能聚氨酯弹性体,其特征在于:二异氰酸酯选用二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或1,5一萘二异氰酸酯(NDI)。
4.根据权利要求书1所述的高性能聚氨酯弹性体,其特征在于:聚酯多元醇和二异氰酸酯的重量比优选1∶0.3-0.7。
5.根据权利要求书1所述的高性能聚氨酯弹性体,其特征在于:低分子量二元醇可选用乙二醇、1,6-己二醇和1,4-丁二醇中的一种、两种或三种,可以单独使用,也可以混合使用。
6.一种所述高性能的聚氨酯弹性体的制造方法,其特征在于按以下工艺步骤进行:1)将聚酯多元醇和二异氰酸酯,按确定的重量比加入反应器混合、搅拌,同时加入催化剂进行反应生成异氰酸根基团封端的预聚物,控制温度为70-120℃;所述催化剂选用三亚乙基二胺或二月桂酸二丁基锡,其加入量为聚酯多元醇重量的0.01-0.1%;2)将异氰酸根基团封端的预聚物和低分子量二元醇分别预热到温度为80-130℃,然后按确定的重量比通过混合浇注头,浇注到预先加热到温度为70-120℃的模具中;3)将已浇注好的模具置于热空气循环室进行熟化,熟化的控制温度为50-90℃;4)经30-60min后进行脱模即可得制品。
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