[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于密封材料的熱固化聚氨酯彈性體組合料的合成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510965111.0
• 申請(qǐng)日: 2015-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105461877A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙雨花;王軍威;亢茂青;殷寧;李其峰;馮月蘭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C08G18/12
• 分類(lèi)號(hào): C08G18/12;C08G18/66;C08G18/44;C08G18/32
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專(zhuān)利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種用于密封材料的熱固化聚氨酯彈性體組合料的合成方法。

背景技術(shù)

液壓、氣壓傳動(dòng)裝置作為裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備，在采礦業(yè)、石油化工、機(jī)械制造、工程機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。所使用的密封件是防止液體介質(zhì)泄漏、保持系統(tǒng)壓力、維持能量傳遞或轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，對(duì)保證系統(tǒng)的正常工作至關(guān)重要。密封件材料不僅要具有高強(qiáng)度、低壓縮永久變形、高耐磨性與合適的彈性，還要具備高抗水解性能、耐油性和熱穩(wěn)定性(孟凱等，煤礦現(xiàn)代化工，33(5)，1999)。

密封材料早期主要采用丁腈橡膠，隨著液壓傳動(dòng)裝置的發(fā)展，聚氨酯、硅橡膠、氟橡膠、尼龍、氟硅橡膠等具有獨(dú)特性能新材料得以迅速發(fā)展。其中聚氨酯耐磨性極高、彈性好、硬度范圍寬，具有優(yōu)異的機(jī)械性能和耐化學(xué)品性，從20世紀(jì)70年代以來(lái)在鍛壓機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸密封中得到廣泛應(yīng)用。然而，常用的聚氨酯材料由異氰酸酯與聚醚或聚酯多元醇制備而來(lái)，聚醚體系如聚氧化乙烯醚、氧化丙烯醚及其共聚醚等制備的聚氨酯材料雖具有較高的柔韌性和耐低溫性，但機(jī)械性能較差，耐油性及耐熱性較低；而聚酯多元醇體系的聚氨酯雖然耐熱性和機(jī)械性能有所提高，但酯鍵的存在導(dǎo)致其耐水性較差，難以滿(mǎn)足目前普遍采用的油水傳動(dòng)介質(zhì)的液壓裝置密封要求，尤其是高壓、高速運(yùn)行的液壓裝置，在運(yùn)行過(guò)程中常伴隨著傳動(dòng)介質(zhì)溫度的升高，密封材料發(fā)生水解、軟化，降低密封材料的機(jī)械性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，磨損增大，變形幅度增大，發(fā)生磨損、泄露、定位不準(zhǔn)等問(wèn)題，使用壽命低。采用聚酯、聚醚混合的預(yù)聚體法工藝，由于聚酯與聚醚的極性相差較大導(dǎo)致其相容性較差，所制得的彈性體的機(jī)械性能下降，耐水耐油性能也不能達(dá)到預(yù)期。因此，對(duì)于液壓密封這種苛刻工況條件下的聚氨酯密封材料來(lái)說(shuō)，需進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度、耐高溫性、耐各種介質(zhì)的廣泛性、耐壓縮永久變形等性能.。

目前聚氨酯密封材料的制備普遍采用甲苯二異氰酸酯(TDI)與聚醚多元醇為主料。與TDI相比，4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)揮發(fā)性低，分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，與PTMG聚醚反應(yīng)所制備的聚氨酯材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐磨性和更高的耐水性，內(nèi)生熱更低，能夠在較寬的溫度和使用頻率范圍內(nèi)保持良好的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，而且更為環(huán)保(趙雨花等，合成橡膠工業(yè)，37(3)，2014)。另外，與PTMG相比，聚碳酸酯二醇(PCDL)是由碳酸酯基團(tuán)與含4～6個(gè)碳原子的烴類(lèi)基團(tuán)交替相連而成的一種新型的聚合物多元醇，具有獨(dú)特的碳酸酯基團(tuán)，與低極性的油類(lèi)相容性低，具有疏油性，能夠顯著提高聚氨酯材料的耐油性；同時(shí)，強(qiáng)極性的碳酸酯基團(tuán)在材料分子結(jié)構(gòu)中形成廣泛的氫鍵作用，能夠顯著提高材料的機(jī)械性能；而PCDL中低極性的烴類(lèi)基團(tuán)又賦予聚氨酯材料優(yōu)良的疏水性，能夠顯著提高材料的耐水性(MariaC.T，JBiomedMaterRes,36(4),1997)。因此，由PCDL所合成的聚氨酯材料不僅具有高機(jī)械強(qiáng)度，而且耐水、耐油、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)品性和耐候性?xún)?yōu)異，適于具有高耐久性應(yīng)用要求的場(chǎng)合。然而，聚碳酸酯二醇中的碳酸酯基團(tuán)的極性很強(qiáng)，導(dǎo)致其在熔融狀態(tài)的粘度較大，對(duì)加工操作帶來(lái)許多不便，其應(yīng)用受到很大限制。另外，以MDI和PCDL為原料采用預(yù)聚體法制備聚氨酯彈性體時(shí)，所合成預(yù)聚體的粘度較大，加工困難，也導(dǎo)致這種原料體系在密封材料制備方面的專(zhuān)利及研究報(bào)道很少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供了一種具有機(jī)械性能好，壓縮永久變形小，回彈性好，耐磨性和加工性能好的適用于密封材料的聚氨酯彈性體組合料的合成方法。

本發(fā)明利用適度支化的多元醇原料以及不同種類(lèi)多元醇的合理配伍，通過(guò)合理控制異氰酸酯指數(shù)，將聚碳酸酯二醇或聚己內(nèi)酯二醇與MDI合成適中粘度的半預(yù)聚體，然后將聚醚多元醇用于配制擴(kuò)鏈劑以改善組合料各組分的粘度，適當(dāng)提高交聯(lián)密度，以改善彈性體的彈性性能，壓縮永久變形性能和耐磨性而達(dá)到發(fā)明目的。

本發(fā)明從上述密封材料的需求著手，針對(duì)市場(chǎng)的現(xiàn)有原料體系，進(jìn)行原料的配方優(yōu)化，發(fā)明了一種適用于高端密封材料的聚氨酯彈性體的制備方法。

本發(fā)明是采用半預(yù)聚體法通過(guò)配方的合理調(diào)節(jié)和優(yōu)化，達(dá)到改善加工工藝和提高綜合性能的目的。

本發(fā)明分為三個(gè)步驟：

(1)半預(yù)聚體的合成(B組分)：由預(yù)先脫水的多元醇和二異氰酸酯反應(yīng)合成端異氰酸酯基的半預(yù)聚體，備用；

(2)擴(kuò)鏈劑的配制(A組分)：是由預(yù)先脫水的多元醇，小分子擴(kuò)鏈劑，催化劑和助劑混合均勻，備用；

(3)將端異氰酸酯基的半預(yù)聚體(B組分)、擴(kuò)鏈劑(A組分)兩組分按計(jì)量比混合均勻、澆注、模壓熱固化成型，后硫化。