一種增強聚氨酯微孔彈性體復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種增強聚氨酯微孔彈性體復合材料及其制備方法；該材料為多元醇A組分和預聚物B組分的反應產物，所述多元醇A組分為60～95重量份的聚合物聚醚多元醇、5～40重量份的聚醚多元醇I和助劑的混合物，所述預聚物B組分為35～70重量份的異氰酸酯和30～50重量份的聚醚多元醇II反應制成的預聚物，聚醚多元醇II中添加了0.1～7.5重量份的無機納米填料，預聚物的NCO基含量為17～30wt.%；該材料的制備方法為澆注成型工藝。本發明在降低材料成本的同時提高了聚醚型聚氨酯微孔彈性體的機械性能，大大拓寬了材料的應用領域，可作為鞋零件、鞋底材料、承重輪胎、汽車減震緩沖材料、橋梁緩沖減震材料等。
【專利說明】一種增強聚氨酯微孔彈性體復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及聚氨酯微孔彈性體的合成【技術領域】，具體涉及一種增強聚氨酯微孔彈性體復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]聚氨酯微孔彈性體是指密度介于0.25~0.9g/cm3的微發泡聚氨酯材料，其加工簡單，具有質量輕、彈性好、耐磨、耐折、耐油性好等多方面的優點，可作為鞋零件、鞋底材料、承重輪胎及汽車緩沖材料等使用，在國民經濟生活中發揮重要作用。按原料的不同，聚氨酯微孔彈性體可分為聚酯型和聚醚型兩種。聚酯型聚氨酯微孔彈性體機械強度高，耐磨性好，但是耐水解性較差。而聚醚型聚氨酯微孔彈性體耐水解性能突出，低溫柔順性能優異，加工性能良好，但機械強度差，從而極大地限制了其應用的領域。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明提供了一種增強聚氨酯微孔彈性體復合材料及其制備方法，在降低成本的同時提高聚醚型聚氨酯微孔彈性體的機械性能。
[0004]本發明的增強聚氨酯微孔彈性體復合材料，該材料為多元醇A組分和預聚物B組分的反應產物，所述多元醇A組分為60~95重量份的聚合物聚醚多元醇、5~40重量份的聚醚多元醇I和助劑的混合物，所述預聚物B組分為35~70重量份的異氰酸酯和30~50重量份的聚醚多元醇II反應制成的預聚物，聚醚多元醇II中添加了 0.1~7.5重量份的無機納米填料，預聚物的NCO基含量為17~30wt%。
[0005]本發明中，所述聚合物聚醚多元醇為環氧丙烷環氧乙烷共聚醚與丙烯腈、苯乙烯的接枝共聚物，其重均分子量為3000~10000、官能度為2~4、接枝率為20~60wt.%。
[0006]本發明中，所述聚醚多元醇I選自聚氧化丙烯多元醇、聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚多元醇和聚四氫呋喃多元醇中的一種或幾種，其重均分子量為1000~10000、官能度為2~4。
[0007]本發明中，所述助劑包括5~15重量份的擴鏈劑、0.2~4重量份的發泡劑、0.2~2重量份的勻泡劑硅油和0.2~4重量份的催化劑。
[0008]本發明中，所述異氰酸酯選自4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯、碳化二亞胺改性4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯和1，5-萘二異氰酸酯中的一種或幾種。
[0009]本發明中，所述聚醚多元醇II選自聚氧化丙烯多元醇、聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚多元醇和聚四氫呋喃多元醇中的一種或幾種，其重均分子量為1000~10000、官能度為2~4。
[0010]本發明中，所述無機納米填料選自納米二氧化鈦、納米二氧化硅、納米碳酸鈣、有機高嶺土、納米碳纖維、納米碳納米管、分子篩、納米碳化硅、白炭黑、納米稀土以及它們的有機化改性物中的一種或幾種。
[0011]本發明中，所述擴鏈劑選自乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4- 丁二醇、一縮二乙二醇、一縮二丙二醇、新戊二醇、甲基丙二醇和氫醌雙(2-羥乙基)醚中的一種或幾種。
[0012]本發明中，所述發泡劑為化學發泡劑或物理發泡劑，優選為水和1，1-二氯-1-氟代乙烷(F-141b)的混合物。
[0013]本發明中，所述催化劑為胺類催化劑或有機錫類催化劑。
[0014]本發明的增強聚氨酯微孔彈性體復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0015]I)多元醇A組分制備:將聚合物聚醚多元醇加入到反應釜中，在60~220°C下加熱攪拌15分鐘~10小時，得到均勻分散的穩定膠狀液；隨后加入聚醚多元醇I和助劑，充分攪拌混合后，冷卻密封保存備用；
[0016]2)預聚物B組分制備:將異氰酸酯和添加了無機納米填料的聚醚多元醇II加入到反應釜中，在60~100°C下反應2~4小時，充分攪拌混合，冷卻后密封保存備用；
[0017]3)增強聚氨酯微孔彈性體復合材料的制備:調節多元醇A組分和預聚物B組分的溫度，使多元醇A組分溫度控制為30~55°C，預聚物B組分的溫度控制為30~55°C，利用澆注機分別將多元醇A組分和預聚物B組分注入混合腔，同時以4000~12000轉/分的速度混合均勻，隨后注入到30~90°C的模具中，成型后脫模，熟化，制備出增強聚氨酯微孔彈性體復合材料。
[0018]本發明的有益效果在于:
[0019]I)本發明采用特定配方的雙組分體系，控制多元醇A組分中聚醚多元醇的種類及配比，并且在預聚物B組分的聚醚多元醇中添加無機納米填料，控制預聚物的NCO基含量，從而制得了拉伸強度、模量和撕裂強度等多方面的機械性能較高的聚醚型聚氨酯微孔彈性體；因此，本發明在降低材料 成本的同時提高了聚醚型聚氨酯微孔彈性體的機械性能，大大拓寬了材料的應用領域，可作為鞋零件、鞋底材料、承重輪胎、汽車減震緩沖材料、橋梁緩沖減震材料等；
[0020]2)本發明采用雙組分體系和澆注成型工藝，工藝簡單易控制，可在較低溫度下進行生產，有利于節能降耗，產品質量穩定，生產成本低。
【具體實施方式】
[0021]以下將對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0022]實施例1
[0023]I)多元醇A組分制備:將60千克的聚合物聚醚多元醇(環氧丙烷環氧乙烷共聚醚與丙烯腈、苯乙烯的接枝共聚物，重均分子量為3500、官能度為2、接枝率為23wt.%)加入到反應釜中，在70~80°C下加熱攪拌60分鐘，得到均勻分散的穩定膠狀液；隨后加入5千克的聚醚多元醇I (聚氧化丙烯多元醇，重均分子量為2000、官能度為2)和5千克的1，4- 丁二醇、0.2千克的發泡劑F-141b、0.2千克的勻泡劑硅油、0.2千克的催化劑Dabco EG，充分攪拌混合后，冷卻密封保存備用；
[0024]2)預聚物B組分制備:將0.1千克分子篩添加在30千克聚醚多元醇11(聚四氫呋喃多元醇，重均分子量為1000、官能度為2)中，再與35千克的異氰酸酯(30千克4，4’- 二苯基甲烷二異氰酸酯、5千克碳化二亞胺改性4，4’- 二苯基甲烷二異氰酸酯)一起加入到反應釜中，在60~65°C下反應2小時，降溫，檢測NCO基的含量，當滿足NCO基含量等于18wt.%后,冷卻'封保存備用；[0025]3)增強聚氨酯微孔彈性體復合材料的制備:調節多元醇A組分和預聚物B組分的溫度，使多元醇A組分溫度控制為30~35°C，預聚物B組分的溫度控制為30~35°C，利用澆注機分別將多元醇A組分和預聚物B組分注入混合腔，同時以5000轉/分的速度混合均勻，隨后注入到30~35°C的模具中，成型后脫模，熟化，制備出增強聚氨酯微孔彈性體復合材料。
[0026]實施例2
[0027]實施例2與實施例1的區別在于:預聚物B組分制備中使用的無機納米填料為0.5千克的納米二氧化鈦。
[0028]實施例3
[0029]實施例3與實施例1的區別在于:預聚物B組分制備中使用的無機納米填料為2千克的納米碳酸鈣。
[0030]實施例4
[0031]I)多元醇A組分制備:將75千克的聚合物聚醚多元醇(環氧丙烷環氧乙烷共聚醚與丙烯腈、苯乙烯的接枝共聚物，重均分子量為5000、官能度為3、接枝率為45wt.%)加入到反應釜中，在100~110°C下加熱攪拌2小時，得到均勻分散的穩定膠狀液；隨后加入20千克的聚醚多元醇I (聚 氧化丙烯氧化乙烯共聚醚多元醇，重均分子量為5000、官能度為3)和10千克的乙二醇、I千克的發泡劑F-141b、I千克的勻泡劑硅油、I千克的催化劑Dabco EG,充分攪拌混合后，冷卻密封保存備用；
[0032]2)預聚物B組分制備:將2千克納米二氧化硅添加在40千克聚醚多元醇II (聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚多元醇，重均分子量為5000、官能度為3)中，再與50千克的異氰酸酯(40千克4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯、10千克碳化二亞胺改性4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯)一起加入到反應釜中，在80°C下反應3小時，降溫，檢測NCO基的含量，當滿足NCO基含量等于22wt.%后，冷卻密封保存備用；
[0033]3)增強聚氨酯微孔彈性體復合材料的制備:調節多元醇A組分和預聚物B組分的溫度，使多元醇A組分溫度控制為40~50°C，預聚物B組分的溫度控制為40~50°C，利用澆注機分別將多元醇A組分和預聚物B組分注入混合腔，同時以10000轉/分的速度混合均勻，隨后注入到40~50°C的模具中，成型后脫模，熟化，制備出增強聚氨酯微孔彈性體復合材料。
[0034]實施例5
[0035]實施例5與實施例4的區別在于:預聚物B組分制備中使用的無機納米填料為5千克的分子篩。
[0036]實施例6
[0037]實施例6與實施例4的區別在于:預聚物B組分制備中使用的無機納米填料為7千克的納米碳化娃。
[0038]實施例7
[0039]I)多元醇A組分制備:將95千克的聚合物聚醚多元醇(環氧丙烷環氧乙烷共聚醚與丙烯腈、苯乙烯的接枝共聚物，重均分子量為8000、官能度為4、接枝率為60wt.%)加入到反應釜中，在200~220°C下加熱攪拌8小時，得到均勻分散的穩定膠狀液；隨后加入40千克的聚醚多元醇I (聚四氫呋喃多元醇，重均分子量為9000、官能度為4)和10千克的1，2-丙二醇、3千克的發泡劑F-141b、2千克的勻泡劑硅油、4千克的催化劑Dabco EG，充分攪拌混合后，冷卻密封保存備用；
[0040]2)預聚物B組分制備:將5千克白炭黑添加在50千克聚醚多元醇II (聚四氫呋喃多元醇，重均分子量為9000、官能度為4)中，再與70千克的異氰酸酯(甲苯二異氰酸酯)一起加入到反應釜中，在90~100°C下反應4小時，降溫，檢測NCO基的含量，當滿足NCO基含量等于30wt.%后，冷卻密封保存備用；
[0041]3)增強聚氨酯微孔彈性體復合材料的制備:調節多元醇A組分和預聚物B組分的溫度，使多元醇A組分溫度控制為40~50°C，預聚物B組分的溫度控制為40~50°C，利用澆注機分別將多元醇A組分和預聚物B組分注入混合腔，同時以10000轉/分的速度混合均勻，隨后注入到40~50°C的模具中，成型后脫模，熟化，制備出增強聚氨酯微孔彈性體復合材料。
[0042]實施例8
[0043]實施例8與實施例7的區別在于:預聚物B組分制備中使用的無機納米填料為7.5千克的納米二氧化硅。
[0044]實施例9
[0045]實施例9與實施例7的區別在于:預聚物B組分制備中使用的無機納米填料為2千克的有機聞嶺土。
[0046]實施例1~9制備得到的增強聚氨酯微孔彈性體復合材料與市場上普通的聚醚型聚氨酯微孔彈性體(記為對比例)的機械性能如下表所示:
[0047]
【權利要求】
1.一種增強聚氨酯微孔彈性體復合材料，其特征在于:該材料為多元醇A組分和預聚物B組分的反應產物,所述多元醇A組分為60~95重量份的聚合物聚醚多元醇、5~40重量份的聚醚多元醇I和助劑的混合物，所述預聚物B組分為35~70重量份的異氰酸酯和30~50重量份的聚醚多元醇II反應制成的預聚物,聚醚多元醇II中添加了 0.1~7.5重量份的無機納米填料，預聚物的NCO基含量為17~30wt.%。
2.根據權利要求1所述的增強聚氨酯微孔彈性體復合材料，其特征在于:所述聚合物聚醚多元醇為環氧丙烷環氧乙烷共聚醚與丙烯腈、苯乙烯的接枝共聚物，其重均分子量為3000~10000、官能度為2~4、接枝率為20~60wt.%。
3.根據權利要求1所述的增強聚氨酯微孔彈性體復合材料，其特征在于:所述聚醚多元醇I選自聚氧化丙烯多元醇、聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚多元醇和聚四氫呋喃多元醇中的一種或幾種，其重均分子量為1000~10000、官能度為2~4。
4.根據權利要求1所述的增強聚氨酯微孔彈性體復合材料，其特征在于:所述助劑包括5~15重量份的擴鏈劑、0.2~4重量份的發泡劑、0.2~2重量份的勻泡劑硅油和0.2~4重量份的催化劑。
5.根據權利要求1所述的增強聚氨酯微孔彈性體復合材料，其特征在于:所述異氰酸酯選自4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯、碳化二亞胺改性4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯和1，5-萘二異氰酸酯中的一種或幾種。
6.根據權利要求1所述的增強聚氨酯微孔彈性體復合材料，其特征在于:所述聚醚多元醇II選自聚氧化丙烯多元醇、聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚多元醇和聚四氫呋喃多元醇中的一種或幾種，其重均分子量為1000~10000、官能度為2~4。.
7.根據權利要求1所述的增強聚氨酯微孔彈性體復合材料，其特征在于:所述無機納米填料選自納米二氧化鈦、納米二氧化娃、納米碳酸韓、有機高嶺土、納米碳纖維、納米碳納米管、分子篩、納米碳化硅、白炭黑、納米稀土以及它們的有機化改性物中的一種或幾種。
8.權利要求1至7任意一項所述的增強聚氨酯微孔彈性體復合材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: O多元醇A組分制備:將聚合物聚醚多元醇加入到反應釜中，在60~220°C下加熱攪拌15分鐘~10小時，得到均勻分散的穩定膠狀液；隨后加入聚醚多元醇I和助劑，充分攪拌混合后，冷卻密封保存備用； 2)預聚物B組分制備:將異氰酸酯和添加了無機納米填料的聚醚多元醇II加入到反應釜中，在60~100°C下反應2~4小時，充分攪拌混合，冷卻后密封保存備用； 3)增強聚氨酯微孔彈性體復合材料的制備:調節多元醇A組分和預聚物B組分的溫度，使多元醇A組分溫度控制為30~55°C，預聚物B組分的溫度控制為30~55°C，利用澆注機分別將多元醇A組分和預聚物B組分注入混合腔，同時以4000~12000轉/分的速度混合均勻，隨后注入到30~90°C的模具中，成型后脫模，熟化，制備出增強聚氨酯微孔彈性體復合材料。
【文檔編號】C08G18/10GK103467974SQ201310403497
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】不公告發明人 申請人:重慶杰博科技有限公司