[發明專利]一種耐高溫抗穿刺聚氨酯彈性體的制備方法

在審

• 申請號: 201510243704.6
• 申請日: 2015-05-13
• 公開（公告）號: CN104829799A
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發明（設計）人: 劉力;李國良;梁永日;溫世鵬;胡水
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08G18/44
• 分類號: C08G18/44;C08G18/73;C08G18/66
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于聚氨酯彈性體領域，特別涉及一種耐高溫抗穿刺聚氨酯彈性體的制備方法。

背景技術

聚氨酯彈性體以多元醇為軟段，以多異氰酸酯和小分子擴鏈劑為硬段，因軟硬段的熱力學不相容性，呈現出一種介于橡膠和塑料之間的性能。其性能調節范圍廣、擁有優異的機械性能和耐磨性、良好的耐化學試劑和耐低溫等性能。但是聚氨酯彈性體在高溫下材料內部結構容易被破壞，一般在80℃以上使用時，材料的綜合性能下降很多。另外聚氨酯彈性經常用于國防工業和工程輪胎上，使用條件惡劣，對于聚氨酯彈性體的抗穿刺能力要求較高，但對于抗穿刺聚氨酯彈性體的研究未見諸與報導。

本發明中選取脂肪族異氰酸酯和聚碳酸酯二醇。原因在于，一方面異氰酸酯和多元醇均為脂肪族直鏈，鏈段柔軟，易于形成結晶，可以提升材料的機械性能。而且充當填料作用的硬段結晶熔融溫度較高，使得聚氨酯彈性體在高溫下也能夠保持較高的機械性能，耐高溫性能優良。此外，通過調控熱處理溫度范圍和熱處理時間，可以調控結晶性能，獲得耐高溫性能更好的聚氨酯彈性體。另一方面聚碳酸酯二醇氧元素含量高，與同為脂肪族的異氰酸酯相容性好，軟硬段間可以形成氫鍵，動態損耗模量較高，在受到高速沖擊作用時，能夠損耗大部分能量。同時軟段的玻璃化轉變溫度接近于室溫，且溫度范圍寬，使得聚氨酯彈性體受到尖銳物體的沖擊時，會在瞬間以玻璃態變形，提升聚氨酯彈性體的抗穿刺能力。

發明內容

本發明的目的是提供一種耐高溫抗穿刺聚氨酯彈性體的制備方法，得到的彈性體力學性能完善，在較高的溫度下動態力學性能保持較好，抗穿刺性能優異，適用于強應力-應變條件下使用的輪胎、膠輥等材料。

一種耐高溫抗穿刺聚氨酯彈性體的制備方法，該聚氨酯彈性體是由聚碳酸酯二元醇、二異氰酸酯和擴鏈劑通過兩步法溶液聚合而成，合成的產物在170℃的條件下壓制成片，然后在室溫下用1.0MPa的壓力冷壓60s，最后將裝有聚合物的模具放置在100-140℃的真空烘箱中真空熟化16-24h，取出后在空氣中退火降至室溫，并在室溫下放置5-8天。

所述冷壓是使材料在快速降溫過程中產生冷結晶，結晶影響材料的機械性能和高溫性能。

所述真空熟化的溫度為有序無序轉變溫度以上，熔融溫度以下，具體的在100-140℃范圍內。

所述真空熟化的時間為16-24h，該操作加之后期的退火處理，都為使材料結晶結構更加完善。

所述的聚碳酸酯二元醇是由碳酸酯與1,6-己二醇反應合成的，生產廠家為日本聚氨酯工業株式會社。聚碳酸酯二元醇的數均分子量一般為500-5000，優選為600-4000，進一步優選為1000-3000。

所述二異氰酸酯為脂肪族的六亞甲基二異氰酸酯(HDI)，擴鏈劑為丁二醇。

本發明所述的異氰酸根與羥基的摩爾比為1-1.02。

一種耐高溫抗穿刺聚氨酯彈性體的制備方法，本發明利用兩步法，在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中反應。第一步將質量分數為68.6-70.5wt％的聚碳酸酯二元醇在-0.1MPa的真空度、120℃的溫度下除水后，與29.5-31.4wt％的二異氰酸酯混合，在70℃氮氣氣氛中反應三個小時，制成聚氨酯預聚體。第二步聚氨酯預聚體與丁二醇按照質量比100：10.3-12.7進行投料，在80℃下反應兩個小時，生成物真空脫泡后放入70℃真空烘箱中真空烘干。合成的產物在170℃的條件下壓制成片，然后在室溫下用1.0MPa的壓力冷壓60s，最后將裝有聚合物的模具放置在100-140℃的真空烘箱中真空熟化16-24h，取出后在空氣中退火降至室溫，并在室溫下放置5-8天。

本發明所用產品均為市售產品。

與現代技術相比，該發明有以下的特點：

本發明所制得的聚氨酯彈性體，制品力學性能優良，在較高的溫度下動態力學性能保持較好，抗穿刺能力優異，適用于強應力-應變條件下使用的輪胎、膠輥等材料。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案更加清楚，下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明，但不以任何形式限制本發明。熟悉本領域的技術人員可根據本發明做出各種相應的變形，但這些都應屬于本發明的保護范圍。

薄膜的抗穿刺能力按照美國標準ASTMD4833-07規定的方法測試，測試速率是300mm/min，薄膜厚度2mm，直徑大于50mm。

實施例1