CN107163213A - 抛光垫、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抛光垫、制备方法及其应用，涉及抛光技术领域。该抛光垫主要由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯20～40％、多元醇10～30％、填料20～50％、催化剂0.01～0.1％和水0.1～10％，且原料中不含打磨剂；多异氰酸酯中含有30％以上的芳香族多异氰酸酯；多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。本发明缓解了目前抛光垫硬度低、性能差的技术问题，本发明通过使用含有芳香族结构的异氰酸酯、含有官能团数为2～4的聚酯和/或聚醚多元醇、填料、催化剂和水进行反应，获得硬度高、透水性强、耐磨性好的抛光垫，且原料中不含任何磨料和有机溶剂。

Description

抛光垫、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及抛光技术领域，具体而言，涉及一种抛光垫、制备方法及其应用。
背景技术
随着光学仪器、半导体电子、五金器件的飞速发展，抛光行业得到越来越多的重视，对抛光模具的生产工艺、产品以及性能的要求也越来越高。抛光用装置通常设置保持抛光物体的抛光头，对抛光物体进行抛光处理的抛光垫，保持该抛光垫的抛光定盘。使用时由抛光剂和化学物制成的抛光浆料，使抛光物体和抛光垫进行相对运动以除去抛光物体表面的突起和凹凸部分，由此使抛光物体变得平滑。在该过程中使用的抛光垫要求具有高硬度和高弹性，以防止制品中形成缺陷。
目前，抛光领域中抛光垫使用最多的是聚氨酯抛光垫，但传统的聚氨酯抛光垫及聚氨酯抛光垫生产工艺存在以下问题：
1、制备聚氨酯抛光垫的原料中需要加入大量的有机溶剂，不利于环保；
2、传统的聚氨酯抛光垫硬度低、透水性差、不耐磨、生产成本昂贵，为了提高耐磨性，需要加入一定的磨料；
3、聚氨酯抛光垫生产工艺繁琐，不适合大批量生产。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种抛光垫，通过选择含有芳香族结构的异氰酸酯和含有特定组成及结构的多元醇作为原料主体，并与填料、催化剂和水共同配合作用，不加入打磨剂，制备得到具有硬度高、透水性强、耐磨性好的抛光垫。
本发明的目的之二在于提供一种抛光垫的制备方法，该方法通过将含有芳香族结构的异氰酸酯、含有特定组成及结构的多元醇、填料、催化剂和水原料进行高温固化，制成抛光垫，制备方法简便、环保、成本低廉，适合大批量生产。
本发明的目的之三在于提供一种所述抛光垫在光学器件抛光中的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种抛光垫，主要由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯20～40％、多元醇10～30％、填料20～50％、催化剂0.01～0.1％和水0.1～10％，且原料中不含打磨剂；
所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的30～100％；
所述多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述抛光垫主要由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯25～35％、多元醇15～25％、填料30～50％、催化剂0.02～0.08％和水0.1～10％，且原料中不含打磨剂；
所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的50～100％；
所述多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述抛光垫主要由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯25～35％、多元醇15～25％、填料30～40％、催化剂0.02～0.05％和水1～10％，且原料中不含打磨剂；
所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的50～90％；
所述多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。
进一步，在本发明提供的技术方案的基础上，所述多元醇含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇，且官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇的质量比为1：(1～3)。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的50～60％。
进一步，在本发明提供的技术方案的基础上，所述多异氰酸酯还含有脂环族多异氰酸酯，脂环族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的40～50％。
进一步，在本发明提供的技术方案的基础上，所述填料含有空心聚合物微球，空心聚合物微球的质量占填料质量的20～80％。
进一步，所述抛光垫的邵氏硬度为65～95D。
一种所述抛光垫的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的多元醇、填料和水在20～30℃下混合搅拌5～20分钟，加入配方量的多异氰酸酯和催化剂混合均匀，浇入模具后在100～160℃下熟化20～50小时，得到抛光垫。
一种所述抛光垫在光学器件抛光中的应用。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明抛光垫通过选择含有芳香族结构的异氰酸酯和含有特定组成及结构的多元醇作为原料主体，原料主体之间发生聚合反应生成聚氨酯材料，选择具有芳香族结构的异氰酸酯能够增强材料强度，并选用含有特定范围的官能团数的聚酯多元醇和/或聚醚多元醇来提高聚合的反应性，同时添加特定含量的填料，提高抛光垫的透水性，添加少量催化剂，促进反应发生，提高反应速率，通过含有芳香族结构的异氰酸酯、含有特定聚酯多元醇和/或聚醚多元醇、填料、催化剂和水之间的反应和配合，提供的抛光垫具有硬度高、透水性强和耐磨性好的优点，抛光垫的邵氏硬度在65～95D。
(2)本发明的抛光垫原料中不含有机溶剂，绿色环保，且不含任何打磨剂成分，但抛光垫耐磨性优良，抛光的产品通透性更佳，适用于光学器件的精抛。
(3)本发明抛光垫的制备方法通过将含有芳香族结构的异氰酸酯、含有特定聚酯和/或聚醚的多元醇、填料、催化剂和水原料在一定条件下经过高温固化制得抛光垫，生产工艺简单、环保安全、成本低廉，适合大批量生产。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的第一个方面，提供了一种抛光垫，主要由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯20～40％、多元醇10～30％、填料20～50％、催化剂0.01～0.1％和水0.1～10％，且原料中不含打磨剂；
多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的30～100％；
多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。
[多异氰酸酯]
作为多异氰酸酯成分，除多异氰酸酯中含有占多异氰酸酯成分30％以上的芳香族多异氰酸酯的限定以外，可以没有特别限定地使用聚氨酯领域中公知的化合物。典型但非限制性的多异氰酸酯可列举2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、2，2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对二甲苯二异氰酸酯、间二甲苯二异氰酸酯等芳香族二异氰酸酯；亚乙基二异氰酸酯、2，2，4-三甲基亚己基二异氰酸酯、1，6-亚己基二异氰酸酯等脂肪族二异氰酸酯；1，4-环己烷二异氰酸酯、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯、甲基亚环己基二异氰酸酯，1，3-双(异氰酸根合甲基)环己烷等脂环族二异氰酸酯，或它们的衍生物、低聚物、改性体，这些物质可以使用一种，也可以两种以上混合使用。除了上述二异氰酸酯以外，也可以使用三官能以上的多官能异氰酸酯，或它们的衍生物、低聚物、改性体，这些物质可以使用一种，也可以两种以上混合使用。优选二异氰酸酯。
多异氰酸酯典型但非限制性的质量百分含量例如为20％、22％、24％、26％、28％、30％、32％、34％、36％、38％或40％。
多异氰酸酯按结构可以分为芳香族多异氰酸酯、脂肪族多异氰酸酯或脂环族多异氰酸酯。
本发明中，多异氰酸酯中含有芳香族多异氰酸酯。
芳香族多异氰酸酯指分子结构中含有苯环的多异氰酸酯，优选含有苯环的二异氰酸酯，典型但非限制性的含有苯环的多异氰酸酯可列举4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、2，4或2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)，优选低蒸气压和低毒性的MDI。作为这样的MDI的实例，可举出二苯甲烷二异氰酸酯(纯MDI)，聚亚甲基聚亚苯基多异氰酸酯(聚合MDI)，或它们的改性物，这些物质可以使用一种，也可以两种以上混合使用，作为改性物的实例，可举出氨基甲酸酯改性的MDI，碳二亚胺改性的MDI，脲基甲酸酯改性的MDI，脲改性的MDI，缩二脲改性的MDI，异氰脲酸酯改性的MDI，恶唑烷酮改性的MDI等，优选碳二亚胺改性的MDI，因为其在室温下是液体，粘度低和易于处理。
芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的30～100％，例如30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。
在本发明中，尽管芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的30％以上，多异氰酸酯中也可以包括其它的多异氰酸酯，如上述列举的脂肪族二异氰酸酯或脂环族二异氰酸酯等。
在反应原料多异氰酸酯中掺入质量百分比30％以上的芳香族多异氰酸酯，能够增强反应后聚氨酯材料的强度，获得高硬度的抛光垫。
[多元醇]
作为多元醇成分，除多元醇中至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种的限定以外，可以没有特别限定地使用聚氨酯领域中公知的化合物。典型但非限制性的多元醇可列举乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、1，5-戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、1，6-己二醇、二甘醇、二丙二醇、三丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯三醇、聚醚多元醇或聚酯多元醇等，这些物质可以使用一种，也可以两种以上混合使用。
优选聚多元醇。聚多元醇一般是分子量为数百至数千、链端为羟基的低聚物。优选聚酯多元醇、聚醚多元醇等。
多元醇典型但非限制性的质量百分含量例如为10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％或30％。
本发明中，多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。即多元醇含有官能团数为2～4的聚酯多元醇、或多元醇含有官能团数为2～4的聚醚多元醇、或多元醇含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇。
[官能团数为2～4的聚酯多元醇]
聚酯多元醇只要是官能团数为2～4即可，没有特别的限定，可以使用市售的官能团数为2～4的聚酯多元醇。
官能团数为2～4，在使用两种以上的聚酯多元醇的情况下，也优选每种聚酯多元醇的官能团数均为2～4，但是也可以用一部分在上述范围之外的聚酯多元醇，此时，聚酯多元醇整体的官能团数用聚酯多元醇的加权平均官能团数来表示，平均官能团数优选为2～4。
优选地，聚酯多元醇可通过二醇或醚和二元羧酸或羧酸酐等通过脱水缩合得到。列举适宜本发明使用的用于制备聚酯多元醇的具体化合物，作为饱和或不饱和二醇的实例，可列举各种二醇，如乙二醇、二甘醇、三甘醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、1，6-已二醇、辛二醇、1，4-丁炔二醇、二丙二醇；作为醚的实例，可列举烷基缩水甘油醚，如正丁基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚，以及，单羧酸缩水甘油基酯，如有叔羧酸缩水甘油基酯；作为二元羧酸和酸酐的实例，可列举二元酸，如己二酸、马来酸、富马酸、邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、对苯二甲酸、琥珀酸、乙二酸、丙二酸、戊二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、辛二酸、对应的酸酐、二聚酸、蓖麻油和其脂肪酸等。除了通过脱水缩合得到的聚酯多元醇之外，还可以列举通过环状酯化合物的开环聚合得到的聚酯多元醇。
使用的聚酯多元醇可作为市售产品容易地得到，作为实例，可举出聚[3-甲基-1，5-戊二醇]-交替-(己二酸)]，其通过3-甲基-1，5-戊二醇和己二酸的脱水缩合来制得。
[官能团数为2～4的聚醚多元醇]
聚醚多元醇只要是官能团数为2～4即可，没有特别的限定，可以使用市售的官能团数为2～4的聚醚多元醇。
官能团数为2～4，在使用两种以上的聚醚多元醇的情况下，也优选每种聚醚多元醇的官能团数均为2～4，但是也可以用一部分在上述范围之外的聚醚多元醇，此时，聚醚多元醇整体的官能团数用聚醚多元醇的加权平均官能团数来表示，平均官能团数优选为2～4。
典型但非限制性的适宜本发明官能团数的聚醚多元醇代表例可列举聚氧烯多元醇、可以由四氢呋喃的开环聚合制得的聚四亚甲基醚二醇等。
聚氧烯多元醇可通过以具有羟基、伯氨基、仲氨基或其它含活泼氢的基团中的两个以上的官能团的化合物等作为起始原料，使环氧烷进行开环加成反应来制得，另外，所述两个以上的官能团可以相同，也可以不同。
对于聚氧烯多元醇的起始原料，可列举乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇等多元醇；乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺等烷醇胺；乙二胺、1，3-丙二胺、1，6-己二胺、异氟尔酮二胺等多元胺；这些化合物的改性体等，它们可以使用一种，也可以两种以上混合使用。
在制造聚氧烯多元醇时，用于进行开环加成反应的环氧烷可列举环氧乙烷、环氧丙烷、1，2-环氧丁烷、2，3-环氧丁烷、氧化苯乙烯等，它们可以使用一种，也可以两种以上混合使用。
适宜的聚醚多元醇的例子可列举使环氧乙烷和/或环氧丙烷进行集成反应而得到的(二)乙二醇型聚醚多元醇、(二)丙二醇型聚醚多元醇、甘油型聚醚多元醇、三羟甲基丙烷型聚醚多元醇、季戊四醇型聚醚多元醇、单(二、三)乙醇胺型聚醚多元醇、乙二胺型聚醚多元醇等聚氧化烯多元醇等，它们可以使用一种，也可以两种以上混合使用。
在本发明中，尽管多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种，多元醇中也可以包括其它的多元醇，如聚乙二醇、聚丙二醇等。
通过多元醇中包含官能团数2～4的聚酯多元醇和/或聚醚多元醇能够很好地控制反应位点，提高与多异氰酸酯聚合的反应性，增强反应后聚氨酯材料的性能。
[填料]
作为填料成分，可以没有特别限定地使用常规填料。
典型但非限制性的填料可列举硅酸钙、硫酸钡、冰晶石、碳酸钙、碳酸氢钠、空心聚合物微球等，它们可以使用一种，也可以两种以上混合使用。
填料典型但非限制性的质量百分含量例如为20％、22％、24％、26％、28％、30％、32％、34％、36％、38％、40％、42％、44％、46％、48％或50％。
由于填料间存在孔隙，通过填料的加入，可提高抛光垫的透水性。
[催化剂]
作为催化剂成分，可以没有特别限定地使用聚氨酯领域中常规催化剂。
典型但非限制性的催化剂可列举由有机酸和Sn、Co、Ni、Fe、Zn、Pb等制成的辛酸锡、辛酸亚锡、环烷酸锡、二月桂酸二丁基锡、辛酸锌或其它金属催化剂，或胺催化剂，如三乙胺、三亚乙基二胺、二甲基乙醇胺、二甲基环己基胺、1，4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷、1，5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯、1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、二乙基苄基胺等，或二甲氨基乙氧基乙醇，它们可以使用一种，也可以两种以上混合使用。
催化剂典型但非限制性的质量百分含量例如为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％。
添加少量催化剂，可促进反应发生，提高反应速率。
[水]
水典型但非限制性的质量百分含量例如为0.1％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
本发明所述的“主要由”，意指其除所述组分外，还可以包括其它组分，这些其它组分赋予所述抛光垫不同的特性。除此之外，本发明所述的“主要由”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。
例如，还可添加发泡稳定剂、抗氧化剂、防老剂、增塑剂、着色剂、防霉剂、抗菌剂、阻燃剂、紫外线吸收剂等组分。
但需要注意的是，本发明中所述的“主要由”虽然是开放式写法，但原料中不含有打磨剂，即磨料，如砂子、碳化硅、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化铈、氧化铝等物质。
本发明通过含有芳香族结构的异氰酸酯、含有官能团数2～4聚酯和/或聚醚多元醇、填料、催化剂和水进行反应，以获得硬度高、透水性强、耐磨性好的抛光垫，且原料中不含任何打磨剂，反应过程也不用添加有机溶剂，大大降低有机溶剂的使用。
在一种优选的实施方式中，所述抛光垫主要由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯25～35％、多元醇15～25％、填料30～50％、催化剂0.02～0.08％和水0.1～10％，且原料中不含打磨剂；
所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的50～100％；
所述多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。
在一种优选的实施方式中，所述抛光垫主要由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯25～35％、多元醇15～25％、填料30～40％、催化剂0.02～0.05％和水1～10％，且原料中不含打磨剂；
所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的50～90％；
所述多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。
通过更进一步地优化各组分及其配比关系，可以进一步提高抛光垫的性能。
在一种优选的实施方式中，所述多元醇含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇，且官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇的质量比为1：(1～3)。
多元醇中含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇，同样的，当聚酯多元醇或聚醚多元醇使用两种以上的物质时，官能团数用聚酯多元醇或聚醚多元醇的加权平均官能团数来表示。
聚酯多元醇和聚醚多元醇对反应生成的聚氨酯产品性能有不同的影响，如聚酯多元醇分子中的酯基反应后可形成较强的分子内氢键，因此用聚酯多元醇反应生成的聚氨酯具有较高的强度和耐磨性，而聚醚多元醇中的醚键不易水解且较为柔韧，制得的聚氨酯产品稳定、柔韧性好。通过选用特定比例的官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇作为多元醇原料，反应后能够获得硬度、耐磨性、稳定性优异的聚氨酯抛光垫产品。
在一种优选的实施方式中，所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的50～60％，例如50％、55％或60％。
芳香族多异氰酸酯含量过多，得到聚氨酯材料的硬度较大，芳香族多异氰酸酯含量过少，不能满足抛光垫的硬度要求，通过调整多异氰酸酯中芳香族多异氰酸酯的比例，可以获得适宜硬度的聚氨酯抛光垫。
进一步地，所述多异氰酸酯还含有脂环族多异氰酸酯，脂环族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的40～50％，例如40％、45％或50％。
多异氰酸酯包括50～60％的芳香族多异氰酸酯和40～50％的脂环族多异氰酸酯，优选芳香族二异氰酸酯和脂环族二异氰酸酯，使用的芳香族二异氰酸酯的例子可列举4，4’-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、2，4-或2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、碳二亚胺改性的MDI和聚合的MDI等，使用的脂环族二异氰酸酯的例子可列举4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和1，4-环己基甲烷二异氰酸酯(CHDI)等。
如果芳香族多异氰酸酯单独使用，硬度和耐磨性会显著改善，但由于其高反应性，不能保证足够长的工作时间，聚氨酯树脂用于制备抛光垫，高反应热会导致抛光垫不均匀，通过以特定比例混合芳香族多异氰酸酯和脂环族多异氰酸酯，使之配合使用与多元醇反应，可以得到适宜硬度和耐磨性的抛光垫，以及获得适宜的反应性。
在一种优选的实施方式中，所述填料含有空心聚合物微球，空心聚合物微球的质量占填料质量的20～80％，例如20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％。
空心聚合物微球是一类具有中空结构的聚合物球体，中空结构不限于球体内单一中空结构，也可以是球体内包含多中空结构，粒径为纳米或为微米级，其具有低密度、高比表面积的特性，可直接使用市售的空心聚合物微球或采用目前的制备方法自行制备空心聚合物微球。
填料中加入20～80％的空心聚合物微球可以进一步提高聚氨酯抛光垫的透水性。
进一步，所述抛光垫的邵氏硬度为65～95D。
用邵氏硬度(D型)表征非金属材料的硬度，抛光垫的硬度较高，能够满足对光学器件的抛光要求。
根据本发明的第二个方面，提供了一种所述抛光垫的制备方法，将上述配方量的多异氰酸酯、多元醇、填料、催化剂和水进行高温(90～200℃)固化(熟化)反应，得到抛光垫。
典型但非限制性的方法，包括以下步骤：
将配方量的多元醇、填料和水在20～30℃下混合搅拌5～20分钟，加入配方量的多异氰酸酯和催化剂混合均匀，浇入模具后在100～160℃下熟化20～50小时，得到抛光垫。
典型但非限制性的混合搅拌温度为20℃、25℃或30℃，典型但非限制性的混合搅拌时间为5min、10min、15min或20min；典型但非限制性的熟化温度为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃或160℃，典型但非限制性的熟化时间为20h、24h、36h、48h或50h。
先将含有特定聚酯和/或聚醚多元醇与填料、水进行混合搅拌，然后加入含有芳香族结构的异氰酸酯和催化剂，在100～160℃下反应熟化，得到抛光垫，该生产工艺简单、环保安全、成本低廉，适合大批量生产。
根据本发明的第三个方面，提供了一种所述抛光垫在光学器件抛光中的应用。
由于本发明抛光垫具有硬度高、透水性强和耐磨性好的性能，能够很好地对光学器件进行表面打磨，提高抛光效果。
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施例对本发明方法和效果做进一步详细的说明。本发明涉及的各原料均可通过商购获取。
实施例和对比例所用到的原料如下：
聚醚多元醇A：由三洋化成工业株式会社制造，商品名GP-3000，官能团数目：3，数均分子量：3,000；
聚醚多元醇B：由三洋化成工业株式会社制造，商品名FA-103，官能团数目：3，数均分子量：3,300；
聚醚多元醇C：由三洋化成工业株式会社制造，商品名GL-3000，官能团数目：3，数均分子量：3,000；
聚醚多元醇D：在末端加成了环氧乙烷的聚氧丙烯聚醚多元醇，由住化BayerUrethane公司制造，商品名Sumiphen3900，官能团数目：3；
聚醚多元醇E：在末端加成了环氧乙烷的聚氧丙烯聚醚多元醇，由旭硝子Urethane公司制造，商品名EXCENOL510，官能团数目：2；
聚酯多元醇A：由可乐丽株式会社(Kuraray Co.,Ltd.)制造，商品名P-510，官能团数目：2，数均分子量：500；
聚酯多元醇B：由Kuraray有限公司制造，商品名Kurary Polyol P2010，官能团数目：2，数均分子量：2,000；
聚乙二醇：分子量400；
聚丙二醇：分子量1,000；
其他原料均为市售产品。
实施例1
一种抛光垫，由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯20％、多元醇30％、填料45％、催化剂0.01％和水4.99％；
其中，多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成(以多异氰酸酯为基准)：亚乙基二异氰酸酯70％和4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯30％；
多元醇由以下质量百分比的组分组成(以多元醇为基准)：聚乙二醇40％和聚醚多元醇A60％；
填料为硅酸钙；
催化剂为三亚乙基二胺。
实施例2
一种抛光垫，由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯40％、多元醇20％、填料35％、催化剂0.1％和水4.9％；
其中，多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成(以多异氰酸酯为基准)：2，2，4-三甲基亚己基二异氰酸酯60％和2，4-甲苯二异氰酸酯40％；
多元醇由以下质量百分比的组分组成(以多元醇为基准)：聚丙二醇50％、聚醚多元醇B20％和聚酯多元醇A30％；
填料为硫酸钡；
催化剂为辛酸亚锡。
实施例3
一种抛光垫，由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯30％、多元醇20％、填料48％、催化剂0.05％和水1.95％；
其中，多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成(以多异氰酸酯为基准)：1，6-亚己基二异氰酸酯50％和2，6-甲苯二异氰酸酯50％；
多元醇由以下质量百分比的组分组成(以多元醇为基准)：聚丙二醇60％和聚酯多元醇B40％；
填料为冰晶石；
催化剂为二月桂酸二丁基锡。
实施例4
一种抛光垫，由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯35％、多元醇15％、填料40％、催化剂0.06％和水9.94％；
其中，多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成(以多异氰酸酯为基准)：1，6-亚己基二异氰酸酯40％和4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯60％；
多元醇由以下质量百分比的组分组成(以多元醇为基准)：聚乙二醇50％和聚醚多元醇C50％；
填料由以下质量百分比的组分组成(以填料为基准)：空心聚合物微球10％和碳酸氢钠90％；
催化剂为三乙胺。
实施例5
一种抛光垫，由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯25％、多元醇25％、填料45％、催化剂0.02％和水4.98％；
其中，多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成(以多异氰酸酯为基准)：2，2，4-三甲基亚己基二异氰酸酯30％和4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯70％；
多元醇由以下质量百分比的组分组成(以多元醇为基准)：聚丙二醇40％、聚醚多元醇D30％和聚醚多元醇E30％；
填料为碳酸钙；
催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇。
实施例6
一种抛光垫的制备方法，包括以下步骤：
按照实施例1中各原料的质量百分比将多元醇(40％的聚乙二醇和60％的聚醚多元醇A)、硅酸钙和水在30℃下混合搅拌5分钟，加入多异氰酸酯(70％的亚乙基二异氰酸酯和30％的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯)和三亚乙基二胺混合均匀，浇入模具后在100℃下熟化50小时，得到抛光垫。
实施例7
一种抛光垫的制备方法，包括以下步骤：
按照实施例2中各原料的质量百分比将多元醇(50％的聚丙二醇、20％的聚醚多元醇B和30％的聚酯多元醇A)、硫酸钡和水在20℃下混合搅拌20分钟，加入多异氰酸酯(60％的2，2，4-三甲基亚己基二异氰酸酯和40％的2，4-甲苯二异氰酸酯)和辛酸亚锡混合均匀，浇入模具后在160℃下熟化20小时，得到抛光垫。
实施例8
一种抛光垫的制备方法，包括以下步骤：
按照实施例3中各原料的质量百分比将多元醇(60％的聚丙二醇和40％的聚酯多元醇B)、冰晶石和水在25℃下混合搅拌10分钟，加入多异氰酸酯(50％的1，6-亚己基二异氰酸酯和50％的2，6-甲苯二异氰酸酯)和冰晶石混合均匀，浇入模具后在120℃下熟化24小时，得到抛光垫。
实施例9
一种抛光垫的制备方法，包括以下步骤：
按照实施例4中各原料的质量百分比将多元醇(50％的聚乙二醇和50％的聚醚多元醇C)、填料(10％的空心聚合物微球和90％的碳酸氢钠)和水在25℃下混合搅拌15分钟，加入多异氰酸酯(40％的1，6-亚己基二异氰酸酯和60％的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯)和三乙胺混合均匀，浇入模具后在140℃下熟化48小时，得到抛光垫。
实施例10
一种抛光垫的制备方法，包括以下步骤：
按照实施例5中各原料的质量百分比将多元醇(40％的聚丙二醇、30％的聚醚多元醇D和30％的聚醚多元醇E)、碳酸钙和水在25℃下混合搅拌18分钟，加入多异氰酸酯(30％的2，2，4-三甲基亚己基二异氰酸酯和70％的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯)和二甲氨基乙氧基乙醇混合均匀，浇入模具后在150℃下熟化36小时，得到抛光垫。
实施例11
一种抛光垫的制备方法，其中多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成：45％的亚乙基二异氰酸酯和55％的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，其它步骤与实施例6相同。
实施例12
一种抛光垫的制备方法，其中多元醇由以下质量百分比的组分组成：50％的聚丙二醇、30％的聚醚多元醇B和20％的聚酯多元醇A，其它步骤与实施例7相同。
实施例13
一种抛光垫的制备方法，其中多元醇由以下质量百分比的组分组成：20％的聚丙二醇、40％的聚醚多元醇B和40％的聚酯多元醇B，其它步骤与实施例8相同。
实施例14
一种抛光垫的制备方法，其中多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成：40％的异佛尔酮二异氰酸酯和60％的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，其它步骤与实施例9相同。
实施例15
一种抛光垫的制备方法，其中多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成：30％的2，2，4-三甲基亚己基二异氰酸酯、40％的降冰片烷二异氰酸酯和30％的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，其它步骤与实施例10相同。
实施例16
一种抛光垫的制备方法，其中填料由以下质量百分比的组分组成：30％的空心聚合物微球和70％的碳酸氢钠，其它步骤与实施例9相同。
对比例1
一种抛光垫，由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯20％、多元醇30％、填料45％、催化剂0.01％和水4.99％；
其中，多异氰酸酯为亚乙基二异氰酸酯；
多元醇由以下质量百分比的组分组成(以多元醇为基准)：聚乙二醇40％和聚醚多元醇A60％；
填料为硅酸钙；
催化剂为三亚乙基二胺。
制备方法包括以下步骤：
按照上述各原料的质量百分比将多元醇(40％的聚乙二醇和60％的聚醚多元醇A)、硅酸钙和水在30℃下混合搅拌5分钟，加入亚乙基二异氰酸酯和三亚乙基二胺混合均匀，浇入模具后在100℃下熟化50小时，得到抛光垫。
对比例2
一种抛光垫，由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯20％、多元醇30％、填料45％、催化剂0.01％和水4.99％；
其中，多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成(以多异氰酸酯为基准)：亚乙基二异氰酸酯80％和4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯20％；
多元醇由以下质量百分比的组分组成(以多元醇为基准)：聚乙二醇40％和聚醚多元醇A60％；
填料为硅酸钙；
催化剂为三亚乙基二胺。
制备方法包括以下步骤：
按照上述各原料的质量百分比将多元醇(40％的聚乙二醇和60％的聚醚多元醇A)、硅酸钙和水在30℃下混合搅拌5分钟，加入多异氰酸酯(80％的亚乙基二异氰酸酯和20％的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯)和三亚乙基二胺混合均匀，浇入模具后在100℃下熟化50小时，得到抛光垫。
对比例3
一种抛光垫，由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯40％、多元醇20％、填料35％、催化剂0.1％和水4.9％；
其中，多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成(以多异氰酸酯为基准)：2，2，4-三甲基亚己基二异氰酸酯60％和2，4-甲苯二异氰酸酯40％；
多元醇为聚丙二醇；
填料为硫酸钡；
催化剂为辛酸亚锡。
制备方法包括以下步骤：
按照上述各原料的质量百分比将聚丙二醇、硫酸钡和水在20℃下混合搅拌20分钟，加入多异氰酸酯(60％的2，2，4-三甲基亚己基二异氰酸酯和40％的2，4-甲苯二异氰酸酯)和辛酸亚锡混合均匀，浇入模具后在160℃下熟化20小时，得到抛光垫。
对比例4
一种抛光垫，由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯30％、多元醇20％、填料48％、催化剂0.05％和水1.95％；
其中，多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成(以多异氰酸酯为基准)：1，6-亚己基二异氰酸酯50％和2，6-甲苯二异氰酸酯50％；
多元醇由以下质量百分比的组分组成(以多元醇为基准)：聚丙二醇60％和聚乙二醇40％；
填料为冰晶石；
催化剂为二月桂酸二丁基锡。
制备方法包括以下步骤：
按照上述各原料的质量百分比将多元醇(60％的聚丙二醇和40％的聚乙二醇)、冰晶石和水在25℃下混合搅拌10分钟，加入多异氰酸酯(50％的1，6-亚己基二异氰酸酯和50％的2，6-甲苯二异氰酸酯)和冰晶石混合均匀，浇入模具后在120℃下熟化24小时，得到抛光垫。
对比例5
一种抛光垫，由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯50％、多元醇7％、填料15％、催化剂0.1％和水27.9％；
其中，多异氰酸酯由以下质量百分比的组分组成(以多异氰酸酯为基准)：2，2，4-三甲基亚己基二异氰酸酯60％和2，4-甲苯二异氰酸酯40％；
多元醇由以下质量百分比的组分组成(以多元醇为基准)：聚丙二醇50％、聚醚多元醇B20％和聚酯多元醇A30％；
填料为硫酸钡；
催化剂为辛酸亚锡。
制备方法包括以下步骤：
按照上述各原料的质量百分比将多元醇(50％的聚丙二醇、20％的聚醚多元醇B和30％的聚酯多元醇A)、硫酸钡和水在20℃下混合搅拌20分钟，加入多异氰酸酯(60％的2，2，4-三甲基亚己基二异氰酸酯和40％的2，4-甲苯二异氰酸酯)和辛酸亚锡混合均匀，浇入模具后在160℃下熟化20小时，得到抛光垫。
对实施例6～16及对比例1～5制得的抛光垫进行硬度、磨耗和透水性测试，测试方法如下：
硬度的测定：本发明实例中的硬度的测定使用的是LX-D型邵氏D硬度计，在不同的位置上选择10个点后取平均值；
磨耗测定：使用JM-V型磨耗仪，使用750克砝码的压力，转300圈后，对打磨前后的质量进行测量，计算抛光垫减少的质量即为被磨掉的质量；
透水性的测定：参考人造革的透水性测试标准，GB/T4689.22-1996，计算50ml的去离子水流过样品表面的时间，并使用下面的公式计算样品的透水性：1800000/(100t1-50t0)，其中t1为50mL水通过试样的时间，t0为在没有试样的情况下50mL水流下的时间。
测试结果如表1所示。
表1实施例和对比例抛光垫性能测试结果
样品 硬度(D) 磨耗(g) 透水性(mL/cm2h)
实施例6 65 0.21 2573
实施例7 69 0.16 2387
实施例8 80 0.12 2397
实施例9 85 0.15 2483
实施例10 72 0.18 2194
实施例11 88 0.11 2487
实施例12 79 0.13 2887
实施例13 85 0.09 2943
实施例14 92 0.13 2487
实施例15 91 0.14 2276
实施例16 86 0.14 2923
对比例1 51 0.28 2093
对比例2 49 0.30 2129
对比例3 52 0.26 2138
对比例4 48 0.24 2125
对比例5 58 0.22 2286
从表1中可以看出，本发明通过使用含有芳香族结构的异氰酸酯、含有官能团数为2～4的聚酯和/或聚醚多元醇、填料、催化剂和水进行反应，获得硬度高、透水性强、耐磨性好的抛光垫，抛光垫硬度在65～95D，磨耗0.09～0.21，透水性2100～3000mL/cm2h。
实施例11与实施例6相比，多异氰酸酯中芳香族结构的异氰酸酯占比不同，芳香族结构的异氰酸酯占比在50～60％之间时，得到的抛光垫的性能比不在此区间的性能更好，硬度更高，磨耗更小；实施例12与实施例7相比，聚酯多元醇和聚醚多元醇的比例不同，实施例12获得的抛光垫的硬度、磨耗和透水性较实施例7好；实施例13与实施例8相比，多元醇包括聚酯多元醇和聚醚多元醇，且聚酯多元醇和聚醚多元醇的比例不同，实施例13获得的抛光垫的硬度、磨耗和透水性较实施例8好；实施例14与实施例9相比，多异氰酸酯中采用芳香型结构和脂环型结构，实施例14获得的抛光垫的硬度较实施例9更高；实施例15与实施例10相比，在多异氰酸酯中加入脂环型结构的多异氰酸酯，实施例15获得的抛光垫的硬度较实施例10更高；实施例16与实施例9相比，填料中增加了空心聚合物微球的比例，透水性较实施例9更好。
对比例1与实施例6相比，多异氰酸酯采用的是亚乙基二异氰酸酯(脂肪型)，没有添加芳香族结构的异氰酸酯，获得的抛光垫在硬度和耐磨性能上有显著下降；对比例2与实施例6相比，多异氰酸酯中芳香族结构的异氰酸酯含量少，获得的抛光垫在硬度和耐磨性能也有大幅下降。对比例3与实施例7相比，对比例4与实施例8相比，多元醇的种类和组成不同，获得的抛光垫的综合性能显著下降。对比例5与实施例7相比，各原料质量百分比与本发明不同，获得的抛光垫的综合性能同样有所下降。
本发明的抛光垫硬度、磨耗和透水性等综合性能良好，能够很好地满足对光学器件的抛光要求。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种抛光垫，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯20～40％、多元醇10～30％、填料20～50％、催化剂0.01～0.1％和水0.1～10％，且原料中不含打磨剂；
所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的30～100％；
所述多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。
2.按照权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯25～35％、多元醇15～25％、填料30～50％、催化剂0.02～0.08％和水0.1～10％，且原料中不含打磨剂；
所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的50～100％；
所述多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。
3.按照权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，主要由以下质量百分比的原料制备而成：多异氰酸酯25～35％、多元醇15～25％、填料30～40％、催化剂0.02～0.05％和水1～10％，且原料中不含打磨剂；
所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的50～90％；
所述多元醇至少含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇中的一种。
4.按照权利要求1-3任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述多元醇含有官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇，且官能团数为2～4的聚酯多元醇和官能团数为2～4的聚醚多元醇的质量比为1：(1～3)。
5.按照权利要求1-3任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述多异氰酸酯含有芳香族多异氰酸酯，芳香族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的50～60％。
6.按照权利要求5所述的抛光垫，其特征在于，所述多异氰酸酯还含有脂环族多异氰酸酯，脂环族多异氰酸酯的质量占多异氰酸酯质量的40～50％。
7.按照权利要求1-3任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述填料含有空心聚合物微球，空心聚合物微球的质量占填料质量的20～80％。
8.按照权利要求1-3任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光垫的邵氏硬度为65～95D。
9.一种权利要求1-8任一项所述的抛光垫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将配方量的多元醇、填料和水在20～30℃下混合搅拌5～20分钟，加入配方量的多异氰酸酯和催化剂混合均匀，浇入模具后在100～160℃下熟化20～50小时，得到抛光垫。
10.一种权利要求1-8任一项所述的抛光垫在光学器件抛光中的应用。
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