CN110684174A - 低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种低硬度1,5‑萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体及其制备方法。所述的低硬度1,5‑萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体，由A组分、B组分和C组分三组分制成，A组分为多元醇；B组分由60‑80wt％的多元醇和20‑40wt％的1,5‑萘二异氰酸酯制成；C组分由15‑75wt％的小分子多元醇扩链剂和25‑85wt％的催化剂组成；A组分、B组分和C组分的混合质量比为组分A:C＝100:1.5‑25，B:(A+C)＝100:25‑85。本发明的低硬度1,5‑萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体，具有硬度低、范围宽、塑性高、使用寿命较长的特点；本发明还提供其制备方法。

Description

低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体及其制备方法。
背景技术
聚氨酯弹性体是一种由软段和硬段交替构成的嵌段聚合物，其性能介于橡胶和塑料之间。与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和甲苯二异氰酸酯(TDI)相比，1,5-萘二异氰酸酯(NDI)的熔点较高，分子刚性、规整性和对称性高，因此NDI基聚氨酯弹性体具有优异的动态力学性能、压力压变性能，明显优于其他种类异氰酸酯基产品，所以一直作为高端产品应用于特殊领域，特别适用于缓冲领域和其他阻尼体系。实际应用中，NDI产品的硬度较高，一般可达97A。NDI产品较高的硬度有其明显的优点，使其具有较高的强度，但也限制了其在一些特定领域的应用，如密封圈、减震垫等，因此需要制备低硬度的NDI聚氨酯弹性体来满足特定的应用要求。通常降低硬度的方法是采用添加一定量增塑剂的方法，但增塑剂在制品中会不同程度的发生迁移和抽出，将影响制品的性能和使用寿命。
专利CN201410660086.0中公开了一种用于合成NDI基聚氨酯微孔弹性体的配方，该配方中的各成份重量配比如下：预聚体100份，扩链剂3～5.5份，复配催化剂1.9～2.4份。其通过采用复配催化剂提高反应速度，缩短了后期熟化所需时间，并通过平衡各组分的配比，保持了硬度低，塑性高和内生热较小的优点。但是其制品的硬度仍保持在邵C70(相当于邵A90)以上，且其拉伸强度较低，仍然限制了NDI基聚氨酯弹性体在一些特定领域的应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体，具有硬度低、范围宽、塑性高、使用寿命较长的特点；本发明还提供其制备方法。
本发明所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体，由A组分、B组分和C组分三组分制成，A组分为多元醇；B组分由60-80wt％的多元醇和20-40wt％的1,5-萘二异氰酸酯制成；C组分由15-75wt％的小分子多元醇扩链剂和25-85wt％的催化剂组成；
A组分、B组分和C组分的混合质量比为组分A:C＝100:1.5-25，B:(A+C)＝100:25-85。
A组分和B组分中的多元醇为数均分子量1000-3000的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇中的一种或多种的混合物。
A组分和B组分中的多元醇的数均分子量优选为1000-2000；聚酯多元醇优选为聚己内酯二元醇或聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇，聚醚多元醇优选为聚四亚甲基醚二醇，聚醚酯多元醇优选为聚醚酯二元醇。
C组分中的小分子多元醇扩链剂为乙二醇、二乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、三羟甲基丙烷、氢醌-(β-羟乙基)醚中的一种或多种的混合物。
C组分中的催化剂为有机锡、有机铋、有机锌、有机汞、胺类催化剂中的一种或多种的混合物。
通过改变A组分、B组分与C组分之间的比例及催化剂用量可以调节聚氨酯弹性体的硬度及产品性能，制得的聚氨酯弹性体硬度、力学性能、回弹等性能可调，硬度可调范围为50A-90A，力学性能中的拉伸强度可调范围为15-50MPa。制得的NDI聚氨酯弹性体主要用于制作脚轮、密封圈、减震垫等。
本发明所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体的制备方法，步骤如下：
(1)A组分：将多元醇脱水至含水量≤0.03wt％制得；
(2)B组分：将多元醇脱水至含水量≤0.03wt％，加入1,5-萘二异氰酸酯进行反应，反应结束后真空脱除气泡，得到异氰酸酯根质量含量为2.5-6％的NDI型预聚体，即B组分；
(3)C组分：将小分子多元醇扩链剂脱水至含水量≤0.03wt％，加入催化剂混合制得；
(4)先将A组分与C组分预先混合均匀作为固化剂组分，混合温度为40-60℃，再将B组分和固化剂组分混合，B组分的温度为80-100℃，浇注入模具中，开模后进行硫化，制得低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体。
步骤(1)、(2)、(3)中脱水条件为：温度90-100℃，压力-0.01MPa。
步骤(2)中反应温度为120-140℃，反应时间为20-60min。
步骤(4)中A组分与C组分预先混合时，需要不断搅拌，防止A组分与C组分发生沉降分离。
步骤(4)中模具温度为100-120℃，硫化温度为100-120℃，硫化时间为24-48h。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明采用三组分组合来制备低硬度NDI聚氨酯弹性体，可以通过调控三组分的不同比例，实现对制品中软段和硬段比例的调控，即通过调控软段含量来改变制品的硬度和性能，从而实现对NDI产品硬度和性能的广泛调节，制备的系列聚氨酯弹性体具有硬度低、范围宽、塑性高、使用寿命较长的特点。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于此，该领域专业人员对本发明技术方案所作的改变，均应属于本发明的保护范围内。
实施例和对比例中涉及到简称代表的物质如下：
PTMG-1000：数均分子量为1000的聚四氢呋喃醚多元醇，德国BASF公司；
PTMG-2000：数均分子量为2000的聚四氢呋喃醚多元醇，德国BASF公司；
CMA-2420：数均分子量为2000的聚己二酸1,4-丁二醇酯多元醇，山东一诺威聚氨酯股份有限公司；
CMA-2410：数均分子量为1000的聚己二酸1,4-丁二醇酯多元醇，山东一诺威聚氨酯股份有限公司；
DJ-220：数均分子量为2000的聚己内酯多元醇，日本大赛璐化学集团；
DJ-210：数均分子量为1000的聚己内酯多元醇，日本大赛璐化学集团；
1,4-BDO：1,4-丁二醇，新疆美克化工股份有限公司；
NDI：1,5-萘二异氰酸酯，科思创聚合物有限公司。
实施例1
按以下原料配比和步骤制备低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体：
(1)A组分：将70kgCMA-2420在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，得到A组分；
(2)B组分：将72kgCMA-2410在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，加入28kg NDI，在温度120℃条件下反应30min，真空脱除气泡，得到异氰酸酯根质量含量为5.0％的NDI型预聚体，即B组分；
(3)C组分：将1.66kg 1,4-BDO脱水至含水量≤0.03wt％，与0.7kg三乙烯二胺催化剂混合均匀，得到C组分；
(4)先将A组分与C组分预先混合均匀作为固化剂组分，混合温度为50℃，再将B组分和固化剂组分混合，B组分的温度为90℃，浇注入预热温度为110℃的模具中，开模后，在110℃条件下硫化24h，制得低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体。
实施例2
按以下原料配比和步骤制备低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体：
(1)A组分：将70kg DJ-220在温度110℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，得到A组分；
(2)B组分：将72kg DJ-210在温度110℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，加入28kg NDI，在温度130℃条件下反应30min，真空脱除气泡，得到异氰酸酯根质量含量为5.0％的NDI型预聚体，即B组分；
(3)C组分：将1.66kg 1,4-BDO脱水至含水量≤0.03wt％，与0.7kg三乙烯二胺催化剂混合均匀，得到C组分；
(4)先将A组分与C组分预先混合均匀作为固化剂组分，混合温度为40℃，再将B组分和固化剂组分混合，B组分的温度为100℃，浇注入预热温度为100℃的模具中，开模后，在100℃条件下硫化24h，制得低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体。
实施例3
按以下原料配比和步骤制备低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体：
(1)A组分：将70kg PTMG-2000在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，得到A组分；
(2)B组分：将72kg PTMG-1000在温度120℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，加入28kg NDI，在温度140℃条件下反应20min，真空脱除气泡，得到异氰酸酯根质量含量为5.0％的NDI型预聚体，即B组分；
(3)C组分：将1.66kg 1,4-BDO脱水至含水量≤0.03wt％，与0.7kg三乙烯二胺催化剂混合均匀，得到C组分；
(4)先将A组分与C组分预先混合均匀作为固化剂组分，混合温度为60℃，再将B组分和固化剂组分混合，B组分的温度为80℃，浇注入预热温度为120℃的模具中，开模后，在120℃条件下硫化24h，制得低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体。
实施例4
按以下原料配比和步骤制备低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体：
(1)A组分：将85kgCMA-2420在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，得到A组分；
(2)B组分：将81kgCMA-2410在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，加入19kg NDI，在温度120℃条件下反应30min，真空脱除气泡，得到异氰酸酯根质量含量为3.8％的NDI型预聚体，即B组分；
(3)C组分：将0.11kg 1,4-BDO脱水至含水量≤0.03wt％，与0.74kg异辛酸铋催化剂混合均匀，得到C组分；
(4)先将A组分与C组分预先混合均匀作为固化剂组分，混合温度为50℃，再将B组分和固化剂组分混合，B组分的温度为90℃，浇注入预热温度为110℃的模具中，开模后，在110℃条件下硫化24h，制得低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体。
实施例5
按以下原料配比和步骤制备低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体：
(1)A组分：将85kgCMA-2420在温度110℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，得到A组分；
(2)B组分：将81kg DJ-220在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，加入19kg NDI，在温度130℃条件下反应30min，真空脱除气泡，得到异氰酸酯根质量含量为3.8％的NDI型预聚体，即B组分；
(3)C组分：将0.11kg 1,4-BDO脱水至含水量≤0.03wt％，与0.74kg三乙烯二胺催化剂混合均匀，得到C组分；
(4)先将A组分与C组分预先混合均匀作为固化剂组分，混合温度为50℃，再将B组分和固化剂组分混合，B组分的温度为90℃，浇注入预热温度为110℃的模具中，开模后，在110℃条件下硫化24h，制得低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体。
实施例6
按以下原料配比和步骤制备低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体：
(1)A组分：将85kgCMA-2420在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，得到A组分；
(2)B组分：将81kg PTMG-2000在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，加入19kg NDI，在温度120℃条件下反应30min，真空脱除气泡，得到异氰酸酯根质量含量为3.8％的NDI型预聚体，即B组分；
(3)C组分：将0.11kg 1,4-BDO脱水至含水量≤0.03wt％，与0.74kg醋酸苯汞催化剂混合均匀，得到C组分；
(4)先将A组分与C组分预先混合均匀作为固化剂组分，混合温度为50℃，再将B组分和固化剂组分混合，B组分的温度为90℃，浇注入预热温度为110℃的模具中，开模后，在110℃条件下硫化24h，制得低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体。
对比例1
按以下原料配比和步骤制备1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体：
(1)A组分：将5.1kg 1,4-BDO在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，得到A组分；
(2)B组分：将72kg DJ-210在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，加入28kg NDI，在温度120℃条件下反应30min，真空脱除气泡，得到异氰酸酯根质量含量为5.0％的NDI型预聚体，即B组分；
(3)将50℃的A组分与90℃的B组分混合，浇注入预热温度为110℃的模具中，开模后，在110℃条件下硫化24h，制得1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体。
对比例2
按以下原料配比和步骤制备1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体：
(1)A组分：将3.86kg 1,4-BDO在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，得到A组分；
(2)B组分：将81kg DJ-210在温度100℃、真空度0.095MPa条件下脱水至含水量≤0.03wt％，加入19kg NDI，在温度120℃条件下反应30min，真空脱除气泡，得到异氰酸酯根质量含量为3.8％的NDI型预聚体，即B组分；
(3)将50℃的A组分与90℃的B组分混合，浇注入预热温度为110℃的模具中，开模后，在110℃条件下硫化24h，制得1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体。
将实施例1-3和对比例1-2制备的聚氨酯弹性体进行性能测试，测试方法如下：
(1)硬度：按照GB/T531-92测定；
(2)回弹：按照GB/T1681-1991测定；
(3)拉伸强度、断裂伸长率、定伸应力、撕裂强度：按照GB/T529－2009测定。
测试结果如表1所示。
表1实施例及对比例制得的聚氨酯弹性体性能测试结果
Figure BDA0002246186590000061
从表1可以看出，本发明通过改变A组分、B组分与C组分之间的比例及催化剂用量可以调节NDI基聚氨酯弹性体的硬度及产品性能，制得的聚氨酯弹性体在硬度、力学性能、回弹等性能方面可调，硬度可调范围为50A-90A，力学性能中的拉伸强度可调范围为15-50MPa，通过调控可使NDI聚氨酯弹性体广泛应用于制作脚轮、密封圈、减震垫等产品，拓宽了产品的应用范围。对比例1和对比例2均仅采用小分子多元醇扩链剂作为固化剂，与实施例相比，制备的聚氨酯分子链中软段/硬段比例降低，软段含量下降，导致制品的硬度较高，应用范围有限。

Claims (10)

1.一种低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体，其特征在于，由A组分、B组分和C组分三组分制成，A组分为多元醇；B组分由60-80wt％的多元醇和20-40wt％的1,5-萘二异氰酸酯制成；C组分由15-75wt％的小分子多元醇扩链剂和25-85wt％的催化剂组成；
A组分、B组分和C组分的混合质量比为组分A:C＝100:1.5-25，B:(A+C)＝100:25-85。
2.根据权利要求1所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体，其特征在于：A组分和B组分中的多元醇为数均分子量1000-3000的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体，其特征在于：A组分和B组分中的多元醇为数均分子量1000-2000的聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚酯多元醇中的一种或多种的混合物。
4.根据权利要求2或3所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体，其特征在于：聚酯多元醇为聚己内酯二元醇或聚(乙二醇丁二醇己二酸)二元醇，聚醚多元醇为聚四亚甲基醚二醇，聚醚酯多元醇为聚醚酯二元醇。
5.根据权利要求1所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体，其特征在于：C组分中小分子多元醇扩链剂为乙二醇、二乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、三羟甲基丙烷、氢醌-(β-羟乙基)醚中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体，其特征在于：C组分中催化剂为有机锡、有机铋、有机锌、有机汞、胺类催化剂中的一种或多种的混合物。
7.一种权利要求1所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)A组分：将多元醇脱水至含水量≤0.03wt％制得；
(2)B组分：将多元醇脱水至含水量≤0.03wt％，加入1,5-萘二异氰酸酯进行反应，反应结束后真空脱除气泡，得到异氰酸酯根质量含量为2.5-6％的NDI型预聚体，即B组分；
(3)C组分：将小分子多元醇扩链剂脱水至含水量≤0.03wt％，加入催化剂混合制得；
(4)先将A组分与C组分预先混合均匀作为固化剂组分，混合温度为40-60℃，再将B组分和固化剂组分混合，B组分的温度为80-100℃，浇注入模具中，开模后进行硫化，制得低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体。
8.根据权利要求7所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：步骤(1)、(2)、(3)中脱水条件为：温度90-100℃，压力-0.01MPa。
9.根据权利要求7所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中反应温度为120-140℃，反应时间为20-60min。
10.根据权利要求7所述的低硬度1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：步骤(4)中模具温度为100-120℃，硫化温度为100-120℃，硫化时间为24-48h。
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