[發明專利]用于聚氨酯-纖維復合材料的異氰酸酯預聚體及其制備方法與用途

有效

• 申請號: 202010011218.2
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111154062B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 路富有;孫淑常;尚永華;石濱;蘇黎明;孫立冬;李海軍;王玉啟;王暖程;張曉鵬
• 申請（專利權）人: 萬華化學集團股份有限公司;萬華化學（寧波）有限公司
• 主分類號: C08G18/75
• 分類號: C08G18/75;C08G18/73;C08G18/48;C08G18/10;C08L75/08;C08K7/14
• 代理公司: 北京信諾創成知識產權代理有限公司 11728
• 代理人: 王化平;陳悅軍

本發明提供一種用于聚氨酯?纖維復合材料的異氰酸酯預聚體及其制備方法與用途。該異氰酸酯預聚體，采用以下原料組分制備而成：脂肪族多異氰酸酯；分子量為200?1000道爾頓且平均官能度為2.5?6的聚醚多元醇；脂環族二異氰酸酯。本發明通過引入特定結構的聚醚多元醇對脂肪族多異氰酸酯組分進行預聚，并引入特定含量的脂環族二異氰酸酯進行共混改性，使得制備的異氰酸酯預聚體具有粘度低、機械性能佳的特點，特別適用于制備聚氨酯?纖維復合材料。

技術領域

本發明屬于高分子領域，具體涉及一種用于聚氨酯-纖維復合材料的異氰酸酯預聚體及其制備方法與用途。

背景技術

聚氨酯是一類主鏈上含有重復的氨基甲酸酯基團的大分子化合物的統稱，一般是由多異氰酸酯組分和多元醇組分在一定條件下反應形成，廣泛用于聚氨酯涂料、膠粘劑、彈性體、泡沫及纖維復合材料等諸多領域。由于異氰酸酯單體揮發性較強、且成型固化時間較長，下游產品多以異氰酸酯自聚體或異氰酸酯預聚體的形式應用。因此，異氰酸酯預聚體的研究對于聚氨酯制品的研究和開發具有重要意義。

目前，聚氨酯-纖維復合材料大部分是基于芳香族多異氰酸酯預聚體，例如多采用甲苯二異氰酸酯(TDI)及二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)類來制備，這些復合材料制品具有良好的機械性能，但由于芳香族異氰酸酯體系在陽光照射下容易發生黃變老化，其降解并暴露出內部的增強纖維，導致其機械性能發生嚴重下降。而基于脂肪族的異氰酸酯形成的復合材料雖然具有好的耐候性，但因其機械強度較弱導致使用受到限制。聚氨酯-纖維復合材料領域由于涉及增強纖維的浸漬和浸潤，適當降低異氰酸酯預聚體樹脂的粘度有助于提高纖維浸漬效率和浸漬效果，從而提高產品質量和降低成本。目前，市面上大多數異氰酸酯預聚體改性程度深，存在粘度大或強度不足等缺點，難以滿足使用要求。

為了解決上述問題，美國專利文獻US-A4443563A公開了：采用1,4-3,6雙脫水己糖醇和多異氰酸酯和多元醇進行反應制備得到聚氨酯預聚體，該預聚體可以用于漆膜、復合材料構件及泡沫等領域，但該方法在聚合物制備過程中需要使用有機溶劑來降低體系粘度，否則體系粘度過高。中國專利文獻CN102643407A公開了：依次采用多元醇和三羥甲基丙烷對異氟爾酮二異氰酸酯進行改性，然后再進行三聚反應，制備得到異氰酸酯預聚體，具有對羥基樹脂良好的相容性，機械性能良好；但是該方法步驟冗雜，體系粘度大，且制備過程需要使用有機溶劑來降低體系粘度，最終加工時大量的VOC揮發對施工環境不利。中國專利文獻CN104045806A公開了：采用多元醇改性二苯基甲烷異氰酸酯。該專利文獻要求二苯基甲烷二異氰酸酯的異構體含量必須在一定范圍，需要對二苯基甲烷異氰酸酯異構比進行提前調配，而且由于原料是基于芳香族異氰酸酯，因此在耐候性能方面表現遠不如脂族異氰酸酯。

綜上，迫切需要一種粘度低、且機械性能優異的用于聚氨酯-纖維復合材料的異氰酸酯類預聚體。

發明內容

為此，本發明的發明目的是提供一種粘度低、且機械性能優異的異氰酸酯類預聚體，進而提供其制備方法與用途，并進而提供其制備的聚氨酯-纖維復合材料。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

第一方面，本發明提供一種用于聚氨酯-纖維復合材料的異氰酸酯預聚體，采用以下原料組分制備而成：(1)脂肪族多異氰酸酯；(2)分子量為200-1000道爾頓優選490-1000道爾頓、且平均官能度為2.5-6優選2.5-4的聚醚多元醇；(3)脂環族二異氰酸酯；所述異氰酸酯預聚體中，脂環族二異氰酸酯的質量百分含量為40％-85％，優選為44-70％。

通過上述小分子量的聚醚多元醇進行預聚改性，可以適當提高材料中的硬段的相對含量，形成更多的化學交聯點和相應的交聯網，提高預聚體的官能團的支化結構。

優選地，本發明所述脂肪族多異氰酸酯為25℃下粘度不大于250厘泊的脂肪族多異氰酸酯；優選25℃下粘度為5-50厘泊。