一种有机高分子聚氨酯弹性体及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102161742 A (43)申请公布日 2011.08.24 CN 102161742 A *CN102161742A* (21)申请号 201110071801.3 (22)申请日 2011.03.24 C08G 18/66(2006.01) C08G 18/42(2006.01) C08G 18/48(2006.01) C08G 18/32(2006.01) C08L 75/06(2006.01) C08L 75/08(2006.01) C08K 5/521(2006.01) B29C 35/02(2006.01) (71)申请人 上海科华聚氨酯制品有限公司 。

2、地址 201200 上海市浦东新区川沙镇川环南 路太平一村 2 号 (72)发明人 张居华 (74)专利代理机构 上海浦东良风专利代理有限 责任公司 31113 代理人 潘志龙 (54) 发明名称 一种有机高分子聚氨酯弹性体及其制备方法 (57) 摘要 本发明为一种有机高分子聚氨酯弹性体及其 制备方法。本发明产品主要由以下组分按重量比 构成 ： 低聚物多元醇 40% 65%、 甲苯二异氰酸酯 20% 38%、 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二胺 6%13%、 配合剂8%12% ； 其中所述低聚物多元 醇在已二酸聚酯二元醇、 聚氧化丙烯二醇中任选 一种 ； 所述配合剂为阻燃剂或抗静电。

3、剂或两者的 组合。本发明的优点是 ： 本发明产品耐磨性好， 硬 度范围宽， 其硬度约为邵氏 A10 到邵氏 D80， 而且 在高硬度下仍具有 400% 800% 的伸长率， 是天 然橡胶和合成橡胶的 2 3 倍 ； 本发明产品负载 支撑容量大， 很好的冲击吸收性和阻尼性， 难以摔 坏、 碰坏， 且能有效地消除噪音和振动， 耐油性能 优异。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 CN 102161743 A1/1 页 2 1. 一种有机高分子聚氨酯弹性体， 其特征在于 ： 主要由以下组分按重量比构成 ： 低聚物多元。

4、醇 40% 65%、 甲苯二异氰酸酯 20% 38%、 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷 二胺 6% 13%、 配合剂 8% 12% ； 其中所述低聚物多元醇在已二酸聚酯二元醇 、 聚氧化丙 烯二醇中任选一种 ； 所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合。 2. 根据权利要求 1 所述的一种有机高分子聚氨酯弹性体， 其特征在于 ： 所述阻燃剂 为添加型阻燃剂， 在四 （2- 氯乙基） -2.2- 二 （氯甲基） -1,3- 亚丙基二磷酸酯、 三 （2, 氯乙 基） 磷酸酯中任选一种。 3. 根据权利要求 1 所述的一种有机高分子聚氨酯弹性体， 其特征在于 ： 所述抗静电 剂为季铵盐阳。

5、离子与非离子复合型表面活性剂。 4. 一种如权利要求 1 所述的有机高分子聚氨酯弹性体的制备方法， 其特征在于 ： 包括 如下步骤 ： 1） 将 40% 65% 的低聚物多元醇加入配有温度计、 搅拌器、 冷却装置及氮气进口 的反应釜中， 在110140温度下脱水抽真空1h， 然后降温到6575,加入20%38% 的甲苯二异氰酸在 755下搅拌反应 1.5 2h， 然后真空脱气泡， 得异氰酸酯预聚体 ； 其 中所述低聚物多元醇在已二酸聚酯二元醇 、 聚氧化丙烯二醇中任选一种 ； 2） 将步骤 1 所得异氰酸酯预聚体中加入 6% 13% 的 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲 烷二胺、 8%。

6、 12% 的配合剂， 混合搅拌均匀 1 2min， 抽真空 2 3min， 得聚氨酯高分子材 料 ； 所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合 ； 3） 将步骤2所得聚氨酯高分子材料浇入预热至80110的涂有脱模剂的模具中， 于 100 120下一次硫化 10 15min， 脱模 ； 4） 将脱模后的制品放入 90 110温度的烘箱中继续加热硫化， 即二次硫化 ； 硫化 时间需 5 8h， 即得有机高分子聚氨酯弹性体。 5. 根据权利要求 4 所述的有机高分子聚氨酯弹性体的制备方法， 其特征在于 ： 所述 步骤 2 中的阻燃剂为添加型阻燃剂， 在四 （2- 氯乙基） -2.2- 二 （氯甲基）。

7、 -1,3- 亚丙基二磷 酸酯、 三 （2, 氯乙基） 磷酸酯中任选一种。 6. 根据权利要求 4 所述的有机高分子聚氨酯弹性体的制备方法， 其特征在于 ： 所述 步骤 2 中的抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂。 权 利 要 求 书 CN 102161742 A CN 102161743 A1/5 页 3 一种有机高分子聚氨酯弹性体及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及有机高分子聚氨酯弹性体及其制备方法。 背景技术 0002 皮带输送机作为一种输送设备广泛应用于矿山、 港口、 火力发电厂及建材等行业， 是应用最广泛的输送设备之一。带式输送机广泛应用于工矿企业， 托辊是带式输。

8、送机的重 要组成部分。托辊的作用是支撑输送带和物料重量。因此托辊运转必须灵活可靠， 减少输 送带同托辊以及托辊配件的摩擦力， 对输送带的寿命起着关键作用。它种类多， 数量大， 占 了一台带式输送机总成本的 35%， 承受了 70% 以上的的阻力， 托辊的质量直接影响带式输送 机整机的正常运行、 使用寿命和能耗。因此托辊的质量尤为重要。 0003 目前国内带式输送机上使用的托辊均一般采用传统的无缝钢管材质制作而成， 为 节省材料费、 降低成本， 也可使用有缝钢管做外壳， 但对焊缝要求较高， 若焊接时残留有焊 渣则会刮破输送带。以上以金属为外壳的托辊都具有易生锈， 不耐酸、 碱、 盐等化工物质腐 。

9、蚀的缺憾， 一般使用寿命只要 1-2 年， 磨耗较高， 因而缩短了皮带的使用寿命。且金属托辊 与输送带摩擦分产生静电， 从而会引起输送带的燃烧， 引发其他火灾， 安全难以得到保证。 0004 聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称， 英文名称是 polyurethane， 它是一种新兴的有机 高分子材料， 被誉为 “第五大塑料” ， 因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。 产 品应用领域涉及轻工、 化工、 电子、 纺织、 医疗、 建筑、 建材、 汽车、 国防、 航天、 航空等。 0005 聚氨酯胶辊有发展前途。聚氨酯胶辊由铁辊芯和浇注聚氨酯弹性体包胶层组成。 在聚氨酯胶辊的制造过程中， 若工艺配方。

10、处理不当， 可能使胶辊在使用过程中出现脱芯等 问题。 0006 1. 在聚氨酯料液浇注过程中 , 要求铁芯和模具的温度与聚氨酯料液的温度相近。 当二者温差较大时， 会造成物料的固化速度不均匀， 结果导致聚氨酯材料固化后产生较大 的内应力。由于刚刚固化的聚氨酯强度很低 , 脱模后弹性体内部内应力会集中在铁芯的结 合面上 , 形成较多的裂纹， 严重时会出现明显的裂缝。 0007 2. 在金属辊芯四周浇注聚氨酯液体原料， 形成的聚氨酯弹性体与辊芯之间有一 定的结合力。但聚氨酯托辊在动态工作状态下， 聚氨酯弹性体与辊芯之间会产生较大的剪 切力， 托辊的聚氨酯层有时会发生 “脱胶” 、“掉块” 等现象。。

11、这对聚氨酯与金属的结合强度 有相当高的要求。 发明内容 0008 本发明的目的在于为了克服金属材质托辊使用中存在的关键缺陷的不足， 提供一 种弹性高、 延展性强、 硬度高用于托辊的有机高分子聚氨酯弹性体及其制备方法。 0009 本发明是这样实现的 ： 一种有机高分子聚氨酯弹性体， 其特征在于 ： 主要由以下 组分按重量比构成 ： 低聚物多元醇 40% 65%、 甲苯二异氰酸酯 20% 38%、 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷 说 明 书 CN 102161742 A CN 102161743 A2/5 页 4 二胺6%13%、 配合剂8%12% ； 其中所述低聚物多元醇在已二酸聚酯。

12、二元醇、 聚氧化丙烯 二醇中任选一种 ； 所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合。 0010 所述阻燃剂为添加型阻燃剂， 在四 （2- 氯乙基） -2.2- 二 （氯甲基） -1,3- 亚丙基二 磷酸酯、 三 （2, 氯乙基） 磷酸酯中任选一种。 0011 所述抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂。 0012 一种上述的有机高分子聚氨酯弹性体的制备方法， 包括如下步骤 ： 1）将 40% 65% 的低聚物多元醇加入配有温度计、 搅拌器、 冷却装置及氮气进口的反应釜中， 在 110 140温度下脱水抽真空 1h， 然后降温到 65 75， 加入 20% 38% 的甲苯二异氰酸在 75。

13、5下搅拌反应 1.5 2h， 然后真空脱气泡， 得异氰酸酯预聚体 ； 其中所述低聚物多元 醇在已二酸聚酯二元醇、 聚氧化丙烯二醇中任选一种 ； 2） 将步骤 1 所得异氰酸酯预聚体中加入 6% 13% 的 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲 烷二胺、 8% 12% 的配合剂， 混合搅拌均匀 1 2min， 抽真空 2 3min， 得聚氨酯高分子材 料 ； 所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合 ； 3） 将步骤2所得聚氨酯高分子材料浇入预热至80110的涂有脱模剂的模具中， 于 100 120下一次硫化 10 15min， 脱模 ； 4） 将脱模后的制品放入 90 110温度的烘箱中继。

14、续加热硫化， 即二次硫化 ； 硫化 时间需 5 8h， 即得有机高分子聚氨酯弹性体。 0013 所述步骤 2 中的阻燃剂为添加型阻燃剂， 在四 （2- 氯乙基） -2.2- 二 （氯甲 基） -1,3- 亚丙基二磷酸酯、 三 （2, 氯乙基） 磷酸酯中任选一种。 0014 所述步骤 2 中的抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂。 0015 本发明的有益效果是 ： 本发明产品耐磨性好， 硬度范围宽， 其硬度约为邵氏 A10 到 邵氏 D80， 而且在高硬度下仍具有 400% 800% 的伸长率， 是天然橡胶和合成橡胶的 2 3 倍 ； 本发明产品中加入了阻燃剂、 抗静电剂， 消除了托辊。

15、在运转过程中产生的静电及燃烧现 象 ； 本发明产品负载支撑容量大， 很好的冲击吸收性和阻尼性， 难以摔坏、 碰坏， 且能有效地 消除噪音和振动， 耐油性能优异。 具体实施方式 0016 本发明有机高分子聚氨酯弹性体主要由以下组分按重量比构成 ： 低聚物多元醇 40% 65%、 甲苯二异氰酸酯 20% 38%、 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷 二胺 6% 13%、 配合剂 8% 12% ； 其中所述低聚物多元醇在已二酸聚酯二元醇 、 聚氧化丙 烯二醇中任选一种 ； 所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合。所述阻燃剂为添加型 阻燃剂， 在四 （2- 氯乙基） -2.2- 二 （氯甲基。

16、） -1,3- 亚丙基二磷酸酯、 三 （2, 氯乙基） 磷酸酯 中任选一种。所述抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂。 0017 本发明有机高分子聚氨酯弹性体的制备方法， 包括如下步骤 ： 1） 将 40% 65% 的 低聚物多元醇加入配有温度计、 搅拌器、 冷却装置及氮气进口的反应釜中， 在 110 140 温度下脱水抽真空 1h， 然后降温到 65 75 , 加入 20% 38% 的甲苯二异氰酸在 755 下搅拌反应 1.5 2h， 然后真空脱气泡， 得异氰酸酯预聚体 ； 其中所述低聚物多元醇在已二 酸聚酯二元醇、 聚氧化丙烯二醇中任选一种 ； 2） 将步骤 1 所得异氰酸酯预聚。

17、体中加入 6% 13% 的 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基 说 明 书 CN 102161742 A CN 102161743 A3/5 页 5 甲烷二胺、 8% 12% 的配合剂， 混合搅拌均匀 1 2min， 抽真空 2 3min， 得聚氨酯高分子 材料 ； 所述配合剂为阻燃剂或抗静电剂或两者的组合 ； 所述阻燃剂为添加型阻燃剂， 在四 （2- 氯乙基） -2.2- 二 （氯甲基） -1,3- 亚丙基二磷酸酯、 三 （2, 氯乙基） 磷酸酯中任选一种 ； 所述抗静电剂为季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂 ； 3） 将步骤 2 所得聚氨酯高分子材料浇入预热至 80 110的涂有脱模。

18、剂的模具中， 于 100 120下一次硫化 10 15min， 脱模 ； 4） 将脱模后的制品放入 90 110温度的烘箱中继续加热硫化， 即二次硫化 ； 硫 化时间需 5 8h， 即得有机高分子聚氨酯弹性体。 0018 下面就具体实施例， 对本发明作进一步阐述。 0019 实施例一 ： 本实施例有机高分子聚氨酯弹性体由已二酸聚酯二元醇 53%、 甲苯二异氰酸酯 24%、 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二胺 11%、 四 （2- 氯乙基） -2.2- 二 （氯甲基） -1,3- 亚丙基二 磷酸酯 8%、 季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂 4% 构成。 0020 制备步骤 ： 1。

19、） 将 53% 的已二酸聚酯二元醇加入配有温度计、 搅拌器、 冷却装置及氮 气进口的反应釜中， 在110温度下脱水抽真空1h， 然后降温到65,加入24%的甲苯二异 氰酸在 755下搅拌反应 1.5h， 然后真空脱气泡， 得异氰酸酯预聚体 ； 2） 将步骤 1 所得异氰酸酯预聚体中加入 11% 的 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二 胺、 8% 的四 （2- 氯乙基） -2.2- 二 （氯甲基） -1,3- 亚丙基二磷酸酯、 4% 的季铵盐阳离子与非 离子复合型表面活性剂， 混合搅拌均匀 1.5min， 抽真空 2min， 得聚氨酯高分子材料 ； 3） 将步骤 2 所得聚氨酯高分子材。

20、料浇入预热至 90的涂有脱模剂的模具中， 于 110下一次硫化 15min， 脱模 ； 4） 将脱模后的制品放入 100温度的烘箱中继续加热硫化， 即二次硫化 ； 硫化时间 需 6h， 即得有机高分子聚氨酯弹性体。 0021 实施例二 ： 本实施例有机高分子聚氨酯弹性体由已二酸聚酯二元醇 60%、 甲苯二异氰酸酯 26%、 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二胺 6%、 四 （2- 氯乙基） -2.2- 二 （氯甲基） -1,3- 亚丙基二 磷酸酯 8%。 0022 制备步骤 ： 1） 将 60% 的已二酸聚酯二元醇加入配有温度计、 搅拌器、 冷却装置及氮 气进口的反应釜中， 在130。

21、温度下脱水抽真空1h， 然后降温到70,加入26%的甲苯二异 氰酸在 755下搅拌反应 2h， 然后真空脱气泡， 得异氰酸酯预聚体 ； 2） 将步骤 1 所得异氰酸酯预聚体中加入 6% 的 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二 胺、 8% 的四 （2- 氯乙基） -2.2- 二 （氯甲基） -1,3- 亚丙基二磷酸酯， 混合搅拌均匀 1min， 抽真 空 2min， 得聚氨酯高分子材料 ； 3） 将步骤 2 所得聚氨酯高分子材料浇入预热至 85的涂有脱模剂的模具中， 于 100下一次硫化 12min， 脱模 ； 4） 将脱模后的制品放入 110温度的烘箱中继续加热硫化， 即二次硫化 ；。

22、 硫化时间 需 5h， 即得有机高分子聚氨酯弹性体。 0023 实施例三 ： 本实施例有机高分子聚氨酯弹性体由已聚氧化丙烯二醇 48%、 甲苯二异氰酸酯 32%、 说 明 书 CN 102161742 A CN 102161743 A4/5 页 6 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二胺 9%、 季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂 11%。 0024 制备步骤 ： 1） 将 48% 的已聚氧化丙烯二醇加入配有温度计、 搅拌器、 冷却装置及氮 气进口的反应釜中， 在 140温度下脱水抽真空 1h 左右， 然后降温到 75 , 加入 32% 的甲 苯二异氰酸在 755下搅拌反应 1.5h。

23、， 然后真空脱气泡， 得异氰酸酯预聚体 ； 2） 将步骤 1 所得异氰酸酯预聚体中加入 9% 的 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二 胺、 11% 的季铵盐阳离子与非离子复合型表面活性剂， 混合搅拌均匀 2min， 抽真空 3min， 得 聚氨酯高分子材料 ； 3） 将步骤 2 所得聚氨酯高分子材料浇入预热至 110的涂有脱模剂的模具中， 于 120下一次硫化 12min， 脱模 ； 4） 将脱模后的制品放入 105温度的烘箱中继续加热硫化， 即二次硫化 ； 硫化时间 需 7h， 即得有机高分子聚氨酯弹性体。 0025 下面通过实验数据对本发明进行分析。 0026 1. 多元醇的种类。

24、对弹性体性能的影响 ： 由于已二酸酯二元醇和聚氧化丙烯二醇结构上的不同， 由其得到的弹性体的性能也不 完全相同， 尤其是强度和耐油性能。以两类多元醇分别制 NCO 质量分数为 3% 的预聚体， 用 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二胺扩链， 得到弹性体。比较其物理力学性能和耐油、 耐溶 剂性能如表 1 所示。 0027 表 1 多元醇种类对聚氨酯弹性体性能的影响。 0028 从表 1 中可以看出由已二酸酯二元醇预聚而成弹性体在强度、 弹性、 压缩永久变 形和耐油性上均比聚氧化丙烯二醇弹性体好。 0029 2. 扩链剂 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二胺用量对弹性体力学性能。

25、影响。 0030 以 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二胺作扩链剂， 改变其用量， 可以制得不同力学 性能的弹性体。见表 2。 0031 表 2 ： 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二胺用量对弹性体力学性能的影响。 说 明 书 CN 102161742 A CN 102161743 A5/5 页 7 0032 从表 2 中可以看出， 随着 3,3 - 二氯 -4,4 - 二苯基甲烷二胺用量的增加， 聚氨酯 弹性体的断裂伸长率逐渐渐增大 ： 拉伸强度有一个增大的趋势， 并在其用量为 13% 时达到 最大值 ； 邵 A 硬度则变化不大， 均保持在邵 A88 95 区间范围内。 0033 3以阻燃剂用量对聚氨酯高分子材料性能的影响， 见表 3。 0034 表 3 ： 从表 3 中可以看出， 随着阻燃剂用量的增大， 聚氨酯弹性体的氧指数呈递增趋势， 表明 其阻燃性能提高。 说 明 书 CN 102161742 A 。