CN101796092B - 聚氨酯辊及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由基于PPDI的聚氨酯塑料制造辊的辊套或辊包覆物(1)的方法。此时应尽可能快地克服原始强度缺陷从而避免应力裂纹，这可通过添加到聚氨酯中的固化剂将使用期缩短至5～60秒而达到。本发明还涉及通过混合PPDI预聚物和固化剂形成的、用于制备辊的辊套或辊包覆物(1)的PPDI聚氨酯，特别是用于实施上述方法的PPDI聚氨酯，其中重要的是：该固化剂含有60～99重量％的1，4-丁二醇、最多为40重量％的二元胺及最多为1重量％的催化剂。

Description

聚氨酯辊及其生产方法
本发明涉及由基于PPDI的塑料制造辊的辊套(Walzenmentel)或辊包覆物(Walzenbezug)的方法。
本发明还涉及通过混合PPDI预聚物和固化剂形成的、用于制造辊的辊套或辊包覆物的PPDI聚氨酯。
几十年前就已经知道聚氨酯弹性体，是通过PPDI(对苯二异氰酸酯)和含有多元醇、二元醇和二元胺的混合物的一级或多级反应生成的。
PPDI聚氨酯弹性体以其抗撕裂性和抗撕裂传播高、耐磨性好、耐水解性强和弹性高而闻名。
然而PPDI聚氨酯弹性体在固化时会出现强烈的收缩和差的原始强度(Grünfestigkeit)。
本发明的目的在于：避免收缩和改善原始强度，从而扩大该塑料的使用可能性。
本发明的目的通过向聚氨酯中添加固化剂将使用期(Topfzeit)缩短至5～60秒而解决。
使用期的减少迅速地克服了原始强度的缺陷，这显著降低了在塑料固化过程中发生应力开裂的危险。
此时有利的是将使用期缩短到8～20秒、特别是8～12秒。
通过适当选择固化剂能够在基于PPDI的预聚物和固化剂的交联反应过程中控制反应速率和粘度增加，从而使通过回转浇铸制造辊套或辊包覆物成为可能。
这还得到下述方法的支持：通过加速交联反应，快速地跨越了使用期物料稠度时段，在该时段中物料为固态但基本没有机械强度和弹性。
此时，用与铸体的轴平行运行的铸口将塑料涂覆在圆柱形、以可旋转方式安装的铸体上，其中所涂覆的塑料的温度应为70～110℃。
为减小固化时所涂覆的塑料的应力开裂趋势，塑料中应含有催化剂，该催化剂优选自聚氨酯聚合催化剂。这些催化剂包括Zn、Co、Bi、Hg、Cd、K等的各种金属有机化合物和金属有机盐，例如：
二月桂酸二丁锡、辛酸锡(Zinnoctoat)、二乙酸二辛锡、硫醇二丁锡、氧化二丁锡、硫醇二甲基锡、硫醇二辛基锡、羧酸二甲锡(Dimethylzinn-carboxylat)......
此外，还包括所有的叔胺，如：
双-(2-二甲基氨基乙基)-醚、烷基吗啉、1，4-二氮杂双环辛烷、N，N-烷基苄胺、1，2-二甲基咪唑、N，N-二甲基环己胺、N，N，N′，N′-四甲基乙二胺。
首先，在浇铸大型空心圆柱形部件(如压榨套筒(
Figure GPA00001045760800021
)或辊包覆物)时这样做是有利的：铸体的圆周速率为15～80m/分钟，且铸口以5～10mm/转的速率运行。
为良好地混合各组分，与固化剂的混合应在混合室中根据转子/定子原则(Rotor/Stator Prinzip)进行。
有利的是根据以下条件设计定子和转子：
设计得到的转子和定子之间的间隙宽度分布应在1～5mm的范围内且尽可能窄，从而实现尽可能均匀的反应混合剪切应力并且由此避免在低剪切速率范围内阻塞混合室。
混合室的死体积(Totvolumen)应尽可能小。已经证实，死体积为5～10m1的混合室以0.5～10升/分钟的物料流量进行混合是特别有利的。
由此引起的短暂停留时间要求非常有效的混合，这一方面通过1000～5000rpm的高转子转速，另一方面通过转子和定子上的分流部件而达到，其中转子和定子上的分流部件防止直线流过(geradliniges Durchflieβen)混合室。
在本发明中，对于PPDI聚氨酯至关重要的是：固化剂含有60～99重量％的1，4-丁二醇、最多为40重量％的二元胺及最多为1重量％的催化剂。
通过这种固化剂组合物能够在交联反应的过程中非常好地实现对反应速率和粘度增加的所需影响。
此时，有利的是固化剂含有至少1重量％的二元胺和/或最少0.01重量％的催化剂。
固化剂混合物中的二元胺优选选自：
二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、六亚甲基二胺、四亚甲基二胺、乙二胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、1，4-二氨基环己烷、1，2-二氨基环己烷、4，4′-二氨基二苯基甲烷、异佛尔酮二胺、4，4′-二氨基二环己基甲烷、4，4′-亚甲基-双-(3-氯-苯胺)、4，4′-亚甲基-双-(3-氯-2，6-二乙基苯胺)、二对氨基苯甲酸1，3-丙二醇酯、1，2-双-(2-氨基苯基硫基)乙烷、4，4’-二氨基-3，3’-二甲基-二环己基甲烷。
PPDI预聚物优选选自下列的Chemtura公司的产品或其他生产商的类似商品：
Adiprene LFP 590D、Adiprene LFP 950A、Adiprene LFP 850A、AdipreneLFP 1950A、Adiprene LFP 2950A。
混合的化学计量，即异氰酸酯含量和反应性氢的摩尔比应为0.85～1.15，从而得到最佳的材料特性谱。
这样制造的辊套或辊包覆物非常耐磨、可承受高荷载和寿命长，且由于高要求而特别适用作制造和/或加工纸张、纸版、棉纸或其他纤维材料幅的机器中的辊。
本发明的辊套优选应用于压光机的软辊。
辊包覆物中的PPDI聚氨酯的硬度优选为80(肖氏硬度A型)～75(肖氏硬度D型)。
辊包覆物中的PPDI聚氨酯的损耗因素(Verlustfaktor)tanδ优选为0.01～0.03。由于低阻尼的原因，优化了辊包覆物的压力/荷载频率的最大可能荷载匹配。
辊包覆物中的PPDI聚氨酯的弹性模量优选为10～3000N/mm2。
接下来在实施例中进一步阐明本发明。在附图中展示了浇铸装置的横断面示意图。
其中，在回转浇铸方法中，将塑料涂覆至圆柱形辊基体形式的、以可旋转方式安装的铸体2上以形成辊包覆物。
该过程通过设计为平模(Breitschlitzdüse)的铸口3进行，铸口3接收来自混合室4的温度为70～90℃的液态塑料。
动态混合室4根据转子/定子原则工作。
在涂覆过程中，铸体2以15～80m/分钟、优选为恒定的圆周速率转动。平行于铸体2的转轴5而运行的铸口3以2～15mm/转、通常为5～10mm/转的速度运动，从而将包覆物均匀地涂覆在铸体2上。
铸口3的流出速率为500～10000g/分钟。
为生产尽可能耐磨的辊包覆物1，塑料由PPDI聚氨酯形成，其中PPDI聚氨酯通过在混合室4中混合PPDI预聚物和固化剂而生成。
此时，固化剂应将使用期缩短到8～12秒。经该加速的交联过程使回旋浇铸方法的应用成为可能。
这在此处通过含有65重量％的1，4-丁二醇、34.95重量％的二乙基甲苯二胺和0.05重量％的月桂酸二丁锡的固化剂得以实现。
二元胺的含量因其极快的反应速率决定了塑料混合物从铸口3流出时和流出后2～5秒的流动行为。该流动行为对于成功的过程控制是重要的。粘度过低时，取决于旋转的铸体2的转数和直径，会导致涂覆材料的快速流淌(Abrinnen)及离心(Abschleudem)，并由此限制可达到的层厚度。过高的粘度会阻碍塑料的均匀流动，从而导致不期望的粗糙表面结构(条纹)和夹气。
接着，催化剂引起异氰酸丁二醇酯交联反应快速进行。因此，催化剂起到非常快速地跨越了使用期物料稠度(奶酪状状态/差的原始强度)的时段的作用，其中在此时段中工件非常容易发生致命的应力开裂。
仅通过组合使用两种固化剂成分就实现了：既达到回转浇铸工艺所要求的塑料混合物的流动行为，又保障了成品无应力开裂。
混合的化学计量为95％(异氰酸酯过量)。
这在制造和/或加工纸张、纸版、棉纸或其他纤维材料幅的机器中的辊时是特别有利的。上述这种类型的辊暴露于非常高的荷载下，并且长度最长可达10m和直径最多可达2m。
这种方法以及这种塑料同样适用于制造柔韧的辊套。这种辊套通常通过向塑料中包埋纤维、丝线等得到增强，并主要用于对纤维材料幅进行脱水或平滑纤维材料幅。
此时，以类似的方式通过将塑料涂覆到圆柱体铸体2上来制造辊套，但是此时将制成的辊套从铸体2上脱离，或将铸体2从浇铸的辊套上移除。
这样制造的辊包覆物1或辊套的特征为：提高了在线性荷载和机器速率方面的持续荷载能力，以及延长了用于加工套表面的可能的研磨间隔。

Claims (40)

1.辊，其具有辊芯和至少部分地包围辊芯表面区域的辊包覆物，其中所述辊包覆物含有PPDI聚氨酯，所述PPDI聚氨酯通过混合PPDI预聚物和固化剂形成，其中，所述固化剂含有60～99重量％的1，4-丁二醇、最多为40重量％的二元胺及最多为1重量％的催化剂。
2.根据权利要求1所述的辊，其中，所述固化剂含有至少1重量％的二元胺。
3.根据权利要求2所述的辊，其中，所述固化剂含有最少为0.01重量％的催化剂。
4.根据权利要求1所述的辊，其中，所述二元胺来自以下基团：二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、六亚甲基二胺、四亚甲基二胺、乙二胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、1，4-二氨基环己烷、1，2-二氨基环己烷、4，4′-二氨基二苯基甲烷、异佛尔酮二胺、4，4′-二氨基二环己基甲烷、4，4′-亚甲基-双-(3-氯-苯胺)、4，4′-亚甲基-双-(3-氯-2，6-二乙基苯胺)、二对氨基苯甲酸1，3-丙二醇酯、1，2-双-(2-氨基苯基硫基)乙烷、4，4’-二氨基-3，3’-二甲基-二环己基甲烷。
5.根据权利要求1所述的辊，其中，所述催化剂来自聚氨酯聚合催化剂。
6.根据权利要求5所述的辊，其中所述催化剂由金属有机化合物、金属有机盐或叔胺形成。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的辊，其中，预聚物和固化剂之间的混合比例相应于85～115摩尔％的化学计量。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的辊，其中，辊包覆物中PPDI聚氨酯的硬度为80肖氏硬度A型～75肖氏硬度D型。
9.根据权利要求7所述的辊，其中，辊包覆物中PPDI聚氨酯的硬度为80肖氏硬度A型～75肖氏硬度D型。
10.根据权利要求1～6中任一项所述的辊，其中，辊包覆物中PPDI聚氨酯的损耗因素，tanδ，为0.01～0.03。
11.根据权利要求7所述的辊，其中，辊包覆物中PPDI聚氨酯的损耗因素，tanδ，为0.01～0.03。
12.根据权利要求8所述的辊，其中，辊包覆物中PPDI聚氨酯的损耗因素，tanδ，为0.01～0.03。
13.根据权利要求1～6中任一项所述的辊，其中，辊包覆物中PPDI聚氨酯的弹性模量为10～3000N/mm2。
14.根据权利要求7所述的辊，其中，辊包覆物中PPDI聚氨酯的弹性模量为10～3000N/mm2。
15.根据权利要求8所述的辊，其中，辊包覆物中PPDI聚氨酯的弹性模量为10～3000N/mm2。
16.根据权利要求10所述的辊，其中，辊包覆物中PPDI聚氨酯的弹性模量为10～3000N/mm2。
17.根据权利要求1～6中任一项所述的辊，其中，由基于PPDI的聚氨酯塑料制造所述辊包覆物，且添加到聚氨酯中的固化剂将使用期缩短至5～60秒。
18.根据权利要求7所述的辊，其中，由基于PPDI的聚氨酯塑料制造所述辊包覆物，且添加到聚氨酯中的固化剂将使用期缩短至5～60秒。
19.根据权利要求8所述的辊，其中，由基于PPDI的聚氨酯塑料制造所述辊包覆物，且添加到聚氨酯中的固化剂将使用期缩短至5～60秒。
20.根据权利要求10所述的辊，其中，由基于PPDI的聚氨酯塑料制造所述辊包覆物，且添加到聚氨酯中的固化剂将使用期缩短至5～60秒。
21.根据权利要求13所述的辊，其中，由基于PPDI的聚氨酯塑料制造所述辊包覆物，且添加到聚氨酯中的固化剂将使用期缩短至5～60秒。
22.根据权利要求17所述的辊，其中，所述使用期缩短至8～12s。
23.根据权利要求17所述的辊，其中，所述制造通过回转浇铸进行。
24.根据权利要求22所述的辊，其中，所述制造通过回转浇铸进行。
25.根据权利要求23所述的辊，其中，所述塑料用与铸体(2)的轴(5)平行运行的铸口(3)涂覆在圆柱形的、以可旋转方式安装的铸体(2)上。
26.根据权利要求24所述的辊，其中，所述塑料用与铸体(2)的轴(5)平行运行的铸口(3)涂覆在圆柱形的、以可旋转方式安装的铸体(2)上。
27.根据权利要求17所述的辊，其中，所涂覆的塑料的温度为70～110℃。
28.根据权利要求22所述的辊，其中，所涂覆的塑料的温度为70～110℃。
29.根据权利要求23所述的辊，其中，所涂覆的塑料的温度为70～110℃。
30.根据权利要求25所述的辊，其中，所涂覆的塑料的温度为70～110℃。
31.根据权利要求25所述的辊，其中，所述铸体(2)的圆周速率为15～80m/分钟。
32.根据权利要求27所述的辊，其中，所述铸体(2)的圆周速率为15～80m/分钟。
33.根据权利要求25所述的辊，其中，所述铸口(3)以2～15mm/转的速度绕轴运动。
34.根据权利要求27所述的辊，其中，所述铸口(3)以2～15mm/转的速度绕轴运动。
35.根据权利要求31所述的辊，其中，所述铸口(3)以2～15mm/转的速度绕轴运动。
36.根据权利要求33所述的辊，其中，所述铸口(3)以5～10mm/转的速度绕轴运动。
37.根据权利要求17所述的辊，其中，与所述固化剂的混合在混合室(4)中依据转子/定子原则运行。
38.根据权利要求18～35中任一项所述的辊，其中，与所述固化剂的混合在混合室(4)中依据转子/定子原则运行。
39.根据权利要求1～38中任一项所述的辊的用途，为用于制造和/或加工纸张、纸版、棉纸或其他纤维材料幅的机器中。
40.根据权利要求1～38中任一项所述的辊的用途，为用作压光机中的软辊。
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