CN106832191A - 一种聚氨酯弹性体及其制品和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚氨酯制备与应用技术领域，提供的一种聚氨酯弹性体及其制品和制备方法，所述聚氨酯弹性体由以下原料组成：聚醚多元醇、二异氰酸酯、催化剂、低分子二元醇扩链剂和阻燃剂，所述聚醚多元醇与所述二异氰酸酯的重量比为1:0.3‑1.0，所述催化剂的量为所述聚醚多元醇重量的0.01‑0.1％，所述低分子二元醇的量为所述聚醚多元醇重量的0.5‑2.0％，所述阻燃剂的量为所述聚醚多元醇重量的5‑10％。本发明提供的聚氨酯弹性体不仅具有良好的耐磨性和回弹性，而且还具有良好的防火性能。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯制备与应用技术领域，具体涉及一种聚氨酯弹性体及其制品和制备方法。
背景技术
聚氨酯弹性减震垫是介于橡胶和塑料的一种高分子材料。制作聚氨酯弹性减震垫的原材料品种繁多，配方多种多样，经常被制成减震垫用于各个领域。通常要求在交通工具领域和建筑领域使用的防火聚氨酯弹性体具有合适硬度、良好的耐磨性和高回弹性；通常聚氨酯弹性体在使用过程中所受到的外界条件是动态的，即聚氨酯弹性提需要承受外力的作用，因此要求材料具有较低的内生热，以减少内生热引起的材料内部的缺隙和破坏；除此之外，如果使用部位具有一定的特殊性，则要求用在此处的聚氨酯弹性体具有更好的防火性能。在现有的聚氨酯弹性体配方中，通常能够保证硬度好、高耐磨、高回弹的聚氨酯弹性体防火性能差，而防火性能好的聚氨酯弹性体强度差，耐磨性差，并且不能保证聚氨酯弹性体具有良好的动态性能。
专利耐高温的浇注型聚氨酯弹性体组合物及其制备方法(公告号CN104448196A)，公开了一种耐高温的浇注型聚氨酯弹性体组合物及其制备方法，A组分：按照如下制备方法得到：以重量百分数计，由二异氰酸酯27％～44％与聚合物多元醇56％～73％在70℃～90℃反应2～3小时，得到异氰酸根质量含量为6～10％的预聚物；所述聚合物多元醇采用官能度2，以四氢呋喃为起始剂数均分子量在1000～2000范围内的聚四氢呋喃多元醇，或者官能度为2，以双酚A为起始剂数均分子量在500～1000范围内的聚醚多元醇；所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。B组分：一种芳香二元胺固化剂。该发明应用的四氢呋喃是一种易挥发的试剂，不仅不易储存，而且已引起火灾和爆炸，给生产车间造成了安全隐患。
专利无卤阻燃聚氨酯弹性体及其制备方法(公告号CN102276784A)，公开了一种环保完全达标的无卤阻燃聚氨酯弹性体，以重量百分比计，包括以下原料：三羟乙基异氰尿酸酯5-10％，金属氢氧化3-10％，膨胀型石墨3-5％，聚醚多元醇30-45％，二异氰酸酯25-35％，扩链剂5-10％，抗氧剂0.1-0.5％，催化剂0.1-0.5％。本发明所述的无卤阻燃聚氨酯弹性体，在制备过程中没有添加含卤阻燃剂，添加的为无卤阻燃剂，而且，采用的其它原料也都是不会导致成品环保不达标的物质；这样得到的无卤阻燃聚氨酯弹性体具有良好的阻燃性能,本发明针对现有技术的不足，提供一种使用流动性好，适应大磨具发泡、吸音性能好且低VOC含量的聚氨酯及其制备方法。该发明通过添加无卤阻燃剂得到一种环保的具有良好阻燃性能的聚氨酯弹性体，但是并不能保证提供的聚氨酯弹性体具有良好的强度和耐磨性。
因此，急需一种硬度好，耐磨性良好，高回弹的，并具有防火功能的聚氨酯弹性体。
发明内容
本发明为了针对现有聚氨酯弹性体存在的问题，本发明提供一种聚氨酯弹性体及其制品和制备方法，本发明提供了如下的技术方案：
一种聚氨酯弹性体，所述聚氨酯弹性体由以下原料组成：聚醚多元醇、二异氰酸酯、催化剂、低分子二元醇扩链剂和阻燃剂，所述聚醚多元醇与所述二异氰酸酯的重量比为1:0.3-1.0，所述催化剂的量为所述聚醚多元醇重量的0.01-0.1％，所述低分子二元醇的量为所述聚醚多元醇重量的0.5-2.0％，所述阻燃剂的量为所述聚醚多元醇重量的5-10％。
优选的，所述聚醚多元醇为数均分子量为500-3000，所述聚醚多元醇为聚环氧乙烷多元醇和环氧乙烷环氧丙烷共聚多元醇中的一种或几种。
优选的，所述二异氰酸酯为二甲联苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
优选的，所述聚醚多元醇与所述二异氰酸酯的重量比为1：0.3-0.7，能得到性能最佳的聚氨酯弹性体。
优选的，所述催化剂为三亚乙基二胺或二月桂酸二丁基锡。
优选的，所述低分子二元醇扩链剂为乙二醇、1,6-乙二醇、4-丁二醇中的一种或几种。
优选的，所述阻燃剂包括亚磷酸酯类和三聚氰胺类阻燃剂，所述亚磷酸酯类阻燃剂与所述三聚氰胺类阻燃剂的重量比为1：0.05-0.10:0.05-0.30。
优选的，所述亚磷酸酯类阻燃剂为含卤亚磷酸酯阻燃剂和无卤亚磷酸酯类阻燃剂中的一种或几种；所述三聚氰胺类阻燃剂为三聚氰胺。
一种聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
S1：预聚物的合成：将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂加入反应器中进行混合搅拌，并将反应器内的温度控制在70-120℃，生成异氰酸根基团封端的预聚物；
S2：终反应：待上一步反应充分后，向反应器中加入低分子二元醇扩链剂和阻燃剂，然后将温度调节至80-130℃，混合搅拌后得到终产物；
S3：浇筑：将上一步骤中合成的终产物通过混合浇筑头浇筑在模具中；
S4：熟化：将浇筑有终产物的模具放入热空气循环室中熟化30-60min；
S5：脱模：将上述熟化后的模具取出，对模具内的终产物进行脱模，即得到聚氨酯弹性体。
优选的，S1-S5中所述聚醚多元醇与所述二异氰酸酯的重量比为1:0.3-1.0，所述催化剂的量为所述聚醚多元醇重量的0.01-0.1％，所述低分子二元醇的量为所述聚醚多元醇重量的0.5-2.0％，所述阻燃剂的量为所述聚醚多元醇重量的5-10％。
优选的，所述模具在浇筑前应预热至70-120℃，防止终产物接触模具后发生快速冷却。
优选的，所述热空气循环室内的温度在熟化时应控制在50-90℃。
优选的，一种由上述步骤制得的聚氨酯弹性体为原料制成弹性减震垫，具有高回弹性、耐磨性和防火性等优点。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的聚氨酯弹性体的具有防火性能好，耐磨性好，回弹性高的优点；
2、本发明采用的原料和试剂在生产过程中不存在燃烧和爆炸的危险性；
3、反应生产的二异酸酯封端的预聚物可以长时间保存，储存时间可达10-20小时；
4、由本发明提供的聚氨酯弹性体制得的制品具有更长的使用寿命；
5、本发明提供的制备方法工艺步骤简单，可控性好。
具体实施方式
实施例1
一种聚氨酯弹性体，由以下原料组成：数均分子量为3000的聚环氧丙烷多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、三亚乙基二胺、1,4—丁二醇和三苯基亚磷酸酯，具体制备工艺步骤为：
S1：预聚物的合成：将聚环氧丙烷多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯按照重量比1：0.25投入反应器中混合搅拌，控制反应温度为80-110℃，并加入三亚乙基二胺，其中三亚乙基二胺的重量为聚环氧丙烷多元醇的0.02％，反应生成异氰酸根基团封端的低分子预聚体；
S2：终反应：将1,4-丁二醇和三苯基亚磷酸酯按照1:4比例混合,然后加入反应器中使混合物与异氰酸根基团封端的低分子预聚体在90-120℃的环境中继续反应，反应结束后得终产物；
S3：浇筑：将S2中得到的终产物浇筑到温度为90-110℃的模具中；
S4：熟化，将浇筑好的模具放入温度为60-80℃的热空气循环室进行熟化，熟化时间为50min；
S5：脱模，将熟化后的模具取出，进行脱模，得到聚氨酯弹性体。
实施例2
一种聚氨酯弹性体，由以下原料组成：数均分子量为5000的聚环氧乙烷环氧丙烷多元醇、二甲基甲苯二异氰酸酯、三亚乙基二胺、1,4—丁二醇和含卤亚磷酸酯阻燃剂，所述含卤亚磷酸酯阻燃剂为三氯苯基亚磷酸酯，具体制备工艺步骤为：
S1：预聚物的合成：将聚环氧乙烷环氧丙烷多元醇和二甲基甲苯二异氰酸酯按照重量比1：0.23投入反应器中混合搅拌，控制反应温度为80-110℃，并加入三亚乙基二胺，其中三亚乙基二胺的重量为聚环氧丙烷多元醇的0.02％，反应生成以氢酸根基团封端的预聚体；
S2：终反应：将1,4-丁二醇和三氯苯基亚磷酸酯按照0.18:1比例混合,然后加入反应器中使混合物与以氢酸根基团封端的预聚体在90-120℃的环境中继续反应，反应结束后得终产物；
S3：浇筑：将S2中得到的聚氨酯弹性体浇筑到温度为90-100℃的模具中；
S4：熟化，将浇筑好的模具放入温度为60-80℃的热空气循环室进行熟化，熟化时间为50min；
S5：脱模，将熟化后的模具取出，进行脱模，得到聚氨酯弹性体。
对比例1
一种聚氨酯弹性体，由以下原料组成：数均分子量为3000的聚环氧丙烷多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、三亚乙基二胺和1,4—丁二醇，具体制备工艺步骤为：
S1：预聚物的合成：将聚环氧丙烷多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯按照重量比1：0.25投入反应器中混合搅拌，控制反应温度为80-110℃，并加入三亚乙基二胺，其中三亚乙基二胺的重量为聚环氧丙烷多元醇的0.02％，反应生成异氰酸根基团封端的低分子预聚体；
S2：终反应：将1,4-丁二醇加入反应器中使混合物与异氰酸根基团封端的低分子预聚体在90-120℃的环境中继续反应，反应结束后得终产物；
S3：浇筑：将S2中得到的终产物浇筑到温度为90-110℃的模具中；
S4：熟化，将浇筑好的模具放入温度为60-80℃的热空气循环室进行熟化，熟化时间为50min；
S5：脱模，将熟化后的模具取出，进行脱模，得到聚氨酯弹性体。
对比例2
一种聚氨酯弹性体，由以下原料组成：聚醚多元醇、二甲基甲苯二异氰酸酯、三亚乙基二胺和1,4—丁二醇，所述含卤亚磷酸酯阻燃剂为三氯苯基亚磷酸酯，具体制备工艺步骤为：
S1：预聚物的合成：将聚醚多元醇和二甲基甲苯二异氰酸酯按照重量比1：0.23投入反应器中混合搅拌，控制反应温度为80-110℃，并加入三亚乙基二胺，其中三亚乙基二胺的重量为聚环氧丙烷多元醇的0.02％，反应生成以氢酸根基团封端的预聚体；
S2：终反应：将1,4-丁二醇加入反应器中使混合物与以氢酸根基团封端的预聚体在90-120℃的环境中继续反应，反应结束后得终产物；
S3：浇筑：将S2中得到的聚氨酯弹性体浇筑到温度为90-100℃的模具中；
S4：熟化，将浇筑好的模具放入温度为60-80℃的热空气循环室进行熟化，熟化时间为50min；
S5：脱模，将熟化后的模具取出，进行脱模，得到聚氨酯弹性体。
按照实施例1和2，对比例1和2所述的原料配比和制作方法制作聚氨酯弹性体，然后对制得的聚氨酯进行性能检测，检测结果如表1所示：
表1
由表1中的数据可以显示出本发明提供的聚氨酯弹性体具有良好的回弹性、拉伸强度和防火性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚氨酯弹性体，其特征在于，所述聚氨酯弹性体由以下原料组成：聚醚多元醇、二异氰酸酯、催化剂、低分子二元醇扩链剂和阻燃剂，所述聚醚多元醇与所述二异氰酸酯的重量比为1:0.3-1.0，所述催化剂的量为所述聚醚多元醇重量的0.01-0.1％，所述低分子二元醇的量为所述聚醚多元醇重量的0.5-2.0％，所述阻燃剂的量为所述聚醚多元醇重量的5-10％。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯弹性体，其特征在于，所述聚醚多元醇为数均分子量为500-3000，所述聚醚多元醇为聚环氧乙烷多元醇和环氧乙烷环氧丙烷共聚多元醇中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯弹性体，其特征在于，所述二异氰酸酯为二甲联苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯弹性体，其特征在于，所述催化剂为三亚乙基二胺或二月桂酸二丁基锡。
5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯弹性体，其特征在于，所述低分子二元醇扩链剂为乙二醇、1,6-乙二醇、4-丁二醇中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种聚氨酯弹性体，其特征在于，所述阻燃剂包括亚磷酸酯类和三聚氰胺类阻燃剂，所述亚磷酸酯类阻燃剂与所述三聚氰胺类阻燃剂的重量比为1：0.05-0.10:0.05-0.30。
7.根据权利要求7所述的一种聚氨酯弹性体，其特征在于，所述亚磷酸酯类阻燃剂为含卤亚磷酸酯阻燃剂和无卤亚磷酸酯类阻燃剂中的一种或几种；所述三聚氰胺类阻燃剂为三聚氰胺。
8.一种制备权利要求1-7任一项所述聚氨酯弹性体的方法，包括如下步骤：
S1：预聚物的合成：将聚醚多元醇、二异氰酸酯和催化剂加入反应器中进行混合搅拌，并将反应器内的温度控制在70-120℃，生成异氰酸根基团封端的预聚物；
S2：终反应：待上一步反应充分后，向反应器中加入低分子二元醇扩链剂和阻燃剂，然后将温度调节至80-130℃，混合搅拌后得到终产物；
S3：浇筑：将上一步骤中合成的终产物通过混合浇筑头浇筑在模具中；
S4：熟化：将浇筑有终产物的模具放入热空气循环室中熟化30-60min；
S5：脱模：将上述熟化后的模具取出，对模具内的终产物进行脱模，即得到聚氨酯弹性体。
9.根据权利要求9所述的一种聚氨酯弹性体，其特征在于，所述模具在浇筑前应预热至70-120℃，所述热空气循环室内的温度在熟化时应控制在50-90℃。
10.一种以权利要求9提供的聚氨酯弹性体制成的聚氨酯弹性减震垫。
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