一種高性能熱塑性聚氨酯及其製備方法
2023-04-27 20:39:26 3
一種高性能熱塑性聚氨酯及其製備方法
【專利摘要】本發明屬於高分子材料【技術領域】，涉及一種熱塑性聚氨酯及其製備方法。該熱塑性聚氨酯由包括以下重量份的組分製成：聚醚多元醇20～50份，二異氰酸酯45～65份，擴鏈劑5～20份。本發明採用了一步法製備熱塑性聚氨酯，選用低分子量的多元醇或高低分子量多元醇復配、不同結構的二異氰酸酯和擴鏈劑，製備了高硬度、高韌性的熱塑性聚氨酯。
【專利說明】一種高性能熱塑性聚氨酯及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於高分子材料【技術領域】，涉及一種高性能熱塑性聚氨酯及其製備方法。【背景技術】
[0002]高硬度熱塑性聚氨酯一般指邵氏D硬度大於70，廣泛用於製作壓力輥、軸承、齒輪、衝壓模、保齡球、鞋底和電纜方面等。但目前國內高硬度熱塑性聚氨酯的應用還相當有限，因為高硬度聚氨酯的製備主要採用預聚法，通過提高硬段含量的方法來提高硬度。對預聚法來說，提高硬段含量即必須增加異氰酸酯及擴鏈劑的用量，一般來說高硬度聚氨酯體系的預聚體具有較高的NCO含量，而NCO含量越高，預聚體擴鏈時的凝膠時間越短,體系粘度上升迅速。試驗表明，一般情況下，要製備邵氏D硬度大於70的聚氨酯，NCO質量分數應高於10%，而這種高NCO含量體系的凝膠時間小於lmin。即使採用低游離TDI技術，也只能使凝膠時間延長至3.5min。這種方法製備高硬度熱塑性聚氨酯，由於凝膠時間短，影響了實際的生產，這在一定程度上限制了高硬度聚氨酯的應用，特別是在國內的應用。另一方面，通過盲目地增加異氰酸酯及擴鏈劑的用量來提高熱塑性聚氨酯的硬度，但是它會降低聚氨酯的了其他性能，比如衝擊性能。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術中的缺陷而提供一種高硬度、高韌性熱塑性聚氨酯及其製備方法。
[0004]為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下:
[0005]本發明採用一步法，選用低分子量的多元醇或高低分子量多元醇復配、不同結構的二異氰酸酯和擴鏈劑，製備了高硬度、高韌性的熱塑性聚氨酯。
[0006]一種熱塑性聚氨酯，由包括以下重量份的組分製成:
[0007]聚醚多元醇20~50份，
[0008]二異氰酸酯45~65份，
[0009]擴鏈劑5~20份。
[0010]所述的聚醚多元醇分子量為200~2000，選自聚乙二醇、聚丙二醇或聚四氫呋喃二醇中的一種或一種以上。
[0011 ] 所述的二異氰酸酯選自為甲苯-2，4- 二異氰酸酯(TDI )、4，4』- 二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)或異佛爾酮二異氰酸酯(ΙΗΠ)。
[0012]所述的擴鏈劑選自3，3' -二氯-4，4』 - 二氨基二苯基甲烷、鄰苯二酚、1，6_己二醇、乙二醇或1,4-丁二醇。
[0013]一種上述熱塑性聚氨酯的製備方法，包括以下步驟:(I)稱取20~50份乾燥的聚醚多元醇、5~20份乾燥過的擴鏈劑與45~65份的二異氰酸酯混合,攪拌抽真空,攪拌均勻，澆入預熱過的模 具中；
[0014](2)將步驟(1)中的混合料在模具中固化、熟化，冷卻至室溫，得到高性能熱塑性聚氨酯。
[0015]所述的步驟(1)中聚醚多元醇乾燥的條件為:在100~120°C條件下真空脫水2~4h0
[0016]所述的步驟(1)中擴鏈劑的乾燥的條件為:在100~120°C條件下真空脫水2~4h0
[0017]所述的步驟(1)中攪拌時間為3~5min,攪拌速度為100~120r/min。
[0018]所述的步驟(1)中模具預先塗有矽酮脫模劑，將塗有脫模劑的模具預熱，預熱溫度為 90 ~110°C。
[0019]所述的步驟(2)中固化是指在真空烘箱，溫度為90~110°C下進行脫泡固化，固化的時間為2~4h。
[0020]所述的步驟(2)中熟化的溫度為120~160°C，時間為6~10h。
[0021]本發明與現有技術相比，具有以下優點和有益效果:
[0022]1、預聚體通常凝膠時間短，不利實際生產，不如本發明採用的一步法容易操作。
[0023]2、本發明選用低分子量的多元醇或高低分子量多元醇復配、不同結構的二異氰酸酯和擴鏈劑，製備了高硬 度、高韌性的高性能熱塑性聚氨酯。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
[0025]以下實施例中所用的聚醚多元醇脫水乾燥條件為:在100~120°C條件下真空脫水2~4h。
[0026]以下實施例中所用的擴鏈劑乾燥的條件為:在100~120°C條件下真空脫水2~4h0
[0027]實施例1
[0028](I)將聚丙二醇(分子量為400)和1，6-己二醇分別在100°C下真空脫水4h，稱取20份乾燥過的聚丙二醇(分子量為400)、18.9份乾燥過的擴鏈劑1，6-己二醇和61.1份4,4』 - 二苯甲燒二異氰酸酯MDI混合，120r/min攪拌速度下攪拌抽真空3min,混合均勻；
[0029](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為90°C)中，在真空烘箱90°C下固化4h，並在120°C下熟化為IOh ；
[0030](3)將熟化好的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。
[0031]實施例2
[0032](I)將聚丙二醇(分子量為1000 )和3，3』 - 二氯_4，4』 - 二氨基二苯基甲烷分別在120°C下真空脫水2h，稱取20份乾燥過的聚丙二醇(分子量為1000)、19.8份乾燥過的擴鏈劑3，3』 - 二氯-4，4』 - 二氨基二苯基甲烷和59.7份4，4』 - 二苯甲烷二異氰酸酯MDI混合，120r/min攪拌速度下攪拌抽真空3min,混合均勻；
[0033](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為95°C)中，在真空烘箱95°C下固化3.5h，並在130°C下熟化為9h ；
[0034](3)將熟化好的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。
[0035]實施例3
[0036](I)將聚丙二醇(分子量為200)、聚四氫呋喃二醇(分子量為2000)和1，6_己二醇分別在110°c下真空脫水3h，稱取20份乾燥過的聚丙二醇(分子量為200)和聚四氫呋喃二醇(分子量為2000)(其中聚丙二醇和聚四氫呋喃的重量分數比5:1)、15份乾燥的擴鏈劑1，6-己二醇和65份4，4』 - 二苯甲烷二異氰酸酯MDI混合，120r/min攪拌速度下攪拌抽真空3min，混合均勻；
[0037](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為IO(TC)中，在真空烘箱100°C下固化3h，並在140°C下熟化為8h ；
[0038](3)將熟化好的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。
[0039]實施例4
[0040](I)將聚丙二醇(分子量為1000)和1，6-己二醇分別在100°C下真空脫水4h，稱取30份乾燥過的聚丙二醇(分子量為1000)、20份乾燥的擴鏈劑1，6-己二醇和50份4，4』-二苯甲燒二異氰酸酯MDI混合，110r/min攪拌速度下攪拌抽真空4min,混合均勻；
[0041](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為105°C)中，在真空烘箱105°C下固化2.5h，並在150°C下熟化為7h ；
[0042](3)將熟化好的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。
[0043]實施例5
[0044](I)將聚四氫呋喃二醇(分子量為400)、1，6-己二醇分別在110°C下真空脫水3h，稱取32份乾燥過的聚四氫呋喃二醇(分子量為400)、12.9份乾燥的擴鏈劑1，6-己二醇和55份4，4』- 二苯甲燒二異氰酸酯MDI混合，110r/min攪拌速度下攪拌抽真空4min,混合均勻；
[0045](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為Il(TC)中，在真空烘箱110°C下固化2h，並在160°C下熟化為6h ；
[0046](3)將熟化好的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。
[0047]實施例6
[0048](I)將聚乙二醇(分子量為600)和1，4- 丁二醇分別在100°C下真空脫水4h，稱取35份乾燥過的聚乙二醇(分子量為600)、18.9份乾燥的擴鏈劑1，4- 丁二醇和46.1份六亞甲基二異氰酸酯HDI混合，110r/min攪拌速度下攪拌抽真空4min,混合均勻；
[0049](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為105°C)中，在真空烘箱105°C下固化2.5h，並在120°C下熟化為IOh ；
[0050](3)將熟化好的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。
[0051]實施例7
[0052](I)將聚乙二醇(分子量為1000)和鄰苯二酚分別在120°C下真空脫水2h，稱取40份乾燥過的聚乙二醇(分子量為1000)、15.0份乾燥的擴鏈劑鄰苯二酚和45.0份4，4』 - 二苯甲燒二異氰酸酯MDI混合,100r/min攪拌速度下攪拌抽真空5min,混合均勻；
[0053](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為90°C)中，在真空烘箱90°C下固化4h，並在160°C下熟化為6h ；
[0054](3)將熟化好的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。
[0055]實施例8
[0056](I)將聚丙二醇(分子量為800)和乙二醇分別在1001:下真空脫水411，稱取41.4份乾燥過的聚丙二醇(分子量為800)、12.5份乾燥的擴鏈劑乙二醇和46.1份甲苯-2，4-二異氰酸酯TDI混合，100r/min攪拌速度下攪拌抽真空5min,混合均勻；
[0057](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為95°C)中，在真空烘箱95°C下固化3.5h，並在130°C下熟化為9h ；
[0058](3)將熟化好 的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。
[0059]實施例9
[0060](I)將聚丙二醇(分子量為400)、聚乙二醇(分子量1000)和1，4_ 丁二醇分別在IlCTC下真空脫水3h,稱取45份乾燥過的聚丙二醇(分子量為400)和聚乙二醇(分子量1000)(重量份比為4:1)、9.3份乾燥的擴鏈劑1，4- 丁二醇和45.7份異佛爾酮二異氰酸酯IPDI混合，100r/min攪拌速度下攪拌抽真空5min,混合均勻；
[0061](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為105°C)中，在真空烘箱105°C下固化2.5h，並在150°C下熟化為7h ；
[0062](3)將熟化好的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。
[0063]實施例10
[0064](I)將聚丙二醇(分子量為400)和1，6-己二醇分別在110°C下真空脫水3h，稱取47.9份乾燥過的聚丙二醇(分子量為400)、5.0份乾燥過的擴鏈劑1，6-己二醇和47.1份4，4』 - 二苯甲燒二異氰酸酯MDI混合，100r/min攪拌速度下攪拌抽真空5min,混合均勻；
[0065](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為105°C)中，在真空烘箱105°C下固化2.5h，並在150°C下熟化為7h ；
[0066](3)將熟化好的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。[0067]實施例11
[0068](1)將聚丙二醇(分子量為400)和1，6-己二醇分別在110°C下真空脫水3h，稱取50份乾燥過的聚丙二醇(分子量為400)、5.7份乾燥過的擴鏈劑1，6-己二醇和46.1份4，4』 - 二苯甲燒二異氰酸酯MDI混合，100r/min攪拌速度下攪拌抽真空5min,混合均勻；
[0069](2)將上述均勻混合液澆入塗有矽酮脫模劑的模具(預熱溫度為105°C)中，在真空烘箱105°C下固化2.5h，並在150°C下熟化為7h ；
[0070](3)將熟化好的高性能熱塑性聚氨酯取出，冷卻至室溫，測其力學性能，硬度按照GB/T531-2009進行測定，拉伸強度按照GB/T 528-2009進行測定，簡支梁缺口衝擊性能按照GB/T1043-2008進行測定，性能測試結果見表1。
[0071]表1熱塑性聚氨酯的物理性能
[0072]
【權利要求】
1.一種熱塑性聚氨酯，其特徵在於:由包括以下重量份的組分製成: 聚醚多元醇20-50份， 二異氰酸酯45~65份， 擴鏈劑5~20份。
2.根據權利要求1所述的熱塑性聚氨酯，其特徵在於:所述的聚醚多元醇分子量為200-2000，選自聚乙二醇、聚丙二醇或聚四氫呋喃二醇中的一種或一種以上。
3.根據權利要求1所述的熱塑性聚氨酯，其特徵在於:所述的二異氰酸酯選自甲苯-2，4- 二異氰酸酯、4，4』- 二苯甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯。
4.根據權利要求1所述的熱塑性聚氨酯，其特徵在於:所述的擴鏈劑選自3，3'-二氯_4，4』 - 二氨基二苯基甲烷、鄰苯二酚、1，6-己二醇、乙二醇或1，4- 丁二醇。
5.—種權利要求1-4中任一所述的熱塑性聚氨酯的製備方法,其特徵在於:該方法包括以下步驟: (1)稱取20-50份乾燥過的聚醚多元醇、5~20份乾燥過的擴鏈劑與45飛5份的二異氰酸酯混合，攪拌抽真空，攪拌均勻，澆入預熱過的模具中； (2)固化、熟化，冷卻至室溫，得到高性能熱塑性聚氨酯。
6.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於:所述的步驟(1)中聚醚多元醇乾燥的條件為:在10(Tl20°C條件下真空脫水2~4h ； 或所述的步驟(1)中擴鏈劑的乾燥的條件為:在10(Tl2(rC條件下真空脫水2~4h。
7.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於:所述的步驟(1)中攪拌時間為3 ~5min，攪拌速度為 10(Tl20r/min。
8.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於:所述的步驟(1)中模具預先塗有矽酮脫模劑，將塗有脫模劑的模具預熱，預熱溫度為9(Tll(TC。
9.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於:所述的步驟(2)中固化是指在真空烘箱，溫度為9(T110°C下進行脫泡固化，固化的時間為2~4h。
10.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於:所述的步驟(2)中熟化的溫度為120~160°C，時間為6~10h。
【文檔編號】C08G18/66GK103804622SQ201210443788
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月8日 優先權日:2012年11月8日
【發明者】劉明昌 申請人:合肥傑事傑新材料股份有限公司