高硬度聚氨酯复合材料及其制备方法技术

本申请涉及聚氨酯的技术领域，尤其涉及一种高硬度聚氨酯复合材料及其制备方法；高硬度聚氨酯复合材料，通过预聚原料和扩链原料反应而得；所述预聚原料包括聚合物多元醇以及二异氰酸酯，所述扩链原料包括扩链剂以及催化剂；所述聚合物多元醇包括聚酯多元醇或聚醚多元醇；所述二异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯或对苯二异氰酸酯。高硬度聚氨酯复合材料的制备方法，通过制备预聚体和扩链料，之后将两者混合并加热反应制得高硬度聚氨酯复合材料。本申请所制得的聚氨酯复合材料具有良好的硬度、力学强度以及耐磨性；其中，聚氨酯复合材料的硬度均大于88A。

【技术实现步骤摘要】
高硬度聚氨酯复合材料及其制备方法
本申请涉及聚氨酯的
，尤其是涉及一种高硬度聚氨酯复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯又称为聚氨基甲酸酯，是一种分子主链中含有氨基和甲酸酯基的聚合物；由于聚氨酯材料具有耐磨、耐油、软硬度可调以及可设计性强等优异特性而广泛应用于各个领域。目前，相关技术中，聚氨酯材料通过预聚体合成以及扩链反应而值得，其硬度可以通过原料配比的调整而调节；具有较高硬度的聚氨酯材料的邵氏硬度可达到85A左右，可用于筛板、摇床、清洗管以及滑板轮等。针对上述中的相关技术，专利技术人认为相关技术中的聚氨酯材料尽管具有不错的硬度，但是对于脚轮、托辊以及轧钢棍等对硬度要求更高领域的应用就不太适合了。
技术实现思路
针对相关技术存在的不足，为了赋予聚氨酯复合材料更高的硬度，本申请提供了一种高硬度聚氨酯复合材料及其制备方法。第一方面，本申请提供的一种高硬度聚氨酯复合材料，采用如下技术方案：高硬度聚氨酯复合材料，通过预聚原料和扩链原料反应而得；所述预聚原料包括聚合物多元醇以及二异氰酸酯，所述扩链原料包括扩链剂以及催化剂；所述聚合物多元醇包括聚酯多元醇或聚醚多元醇；所述二异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯或对苯二异氰酸酯。通过采用上述技术方案，二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯以及对苯二异氰酸酯用作聚氨酯材料分子链的硬段部分，可以赋予所制备的聚氨酯材料较高的硬度。可选的，所述预聚原料还包括交联剂；所述扩链原料还包括缩醛树脂、氮化硅、陶瓷粉、脱泡剂以及抗氧化剂。通过采用上述技术方案，交联剂可以提高制备的聚氨酯材料的交联程度，从而提高聚氨酯材料的力学强度和硬度。缩醛树脂、氮化硅以及陶瓷粉均具有良好的硬度，有利于提高聚氨酯的力学性能。可选的，预聚原料包括100质量份的聚合物多元醇、100-150质量份的二异氰酸酯以及1-3质量份的交联剂；所述扩链原料包括18-25质量份的扩链剂、6-12质量份的缩醛树脂、3-8质量份的氮化硅、5-10质量份的陶瓷粉、0.1-0.5质量份的催化剂、0.5-1质量份的脱泡剂以及1-5质量份的抗氧化剂。通过采用上述技术方案，通过各原料成分的配伍，赋予聚氨酯复合材料较高的硬度，良好的耐磨性和力学强度。可选的，所述聚酯多元醇包括聚碳酸亚丙酯二醇、聚己内酯二醇或聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇；所述聚醚多元醇包括聚丙二醇或聚四氢呋喃醚二醇。通过采用上述技术方案，聚碳酸亚丙酯二醇、聚己内酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇、聚丙二醇及聚四氢呋喃醚二醇均能很好的参与聚氨酯的合成，保证了聚氨酯复合材料能顺利合成，并具有良好的性能。可选的，所述扩链剂为3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷或1,4-丁二醇。通过采用上述技术方案，3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷及1,4-丁二醇均能很好的使扩链反应顺利进行，为聚氨酯复合材料的合成提供了保障。可选的，所述催化剂为三乙烯二胺或二月桂酸二丁基锡。通过采用上述技术方案，三乙烯二胺及二月桂酸二丁基锡能促进聚氨酯合成反应的顺利进行。第二方面，本申请提供的一种高硬度聚氨酯复合材料的制备方法，采用如下技术方案：高硬度聚氨酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)对聚合物多元醇以及二异氰酸酯进行脱水；之后在氮气保护下将两者混合；之后加热反应得到预聚物；2)将扩链剂以及催化剂混合均匀并脱水，得到扩链料；3)将预聚物和扩链料混合并加热反应得到成品。通过采用上述技术方案，能够顺利合成具有高硬度的聚氨酯复合材料。可选的，所述步骤1)中，将聚合物多元醇以及二异氰酸酯分别加热到105-115℃并真空脱水1-3h，之后冷却到室温；在氮气保护下将脱水后的二异氰酸酯滴加到脱水后的聚合物多元醇中并搅拌；之后升温到75-85℃后保温2-4h，得到预聚物。通过采用上述技术方案，通过加热真空脱水可以减少异氰酸酯与水发生反应，减小预聚物的粘度异常增大的可能性，从而有利于聚氨酯材料的顺利合成。同时采用氮气保护，同样是为了减少异氰酸酯与空气中的湿气反应，从而促进聚氨酯材料的顺利合成。可选的，所述步骤2)中，将扩链剂以及催化剂混合均匀；升温到70-80℃后真空脱水分，之后保温2-4h；之后冷却得到扩链料。通过采用上述技术方案，对原料脱水，减少异氰酸酯与水的反应，从而有利于聚氨酯复合材料的顺利合成以及其性能的提高。可选的，所述步骤3)中，预聚物和扩链料在2000-5000r/m的搅拌速度下快速混合均匀；之后注入90-110℃的模具中，升温到115-130℃固化，再熟化得到成品。通过采用上述技术方案，预聚物和扩链料发生反应，扩链料促进了预聚物的扩链反应并赋予所制备的聚氨酯复合材料良好的性能。综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果之一：1.本申请所制得的聚氨酯复合材料具有良好的硬度、力学强度以及耐磨性；其中，聚氨酯复合材料的硬度均大于88A。2.本申请通过交联剂的引入，通过交联剂和聚合物多元醇以及二异氰酸酯相互之间的作用，提高了聚氨酯复合材料分子链的交联程度，从而提高了聚氨酯复合材料的硬度和力学强度。3.本申请通过缩醛树脂、氮化硅以及陶瓷粉的引入以及与其他原料成分的配伍，提高了聚氨酯的力学性能。具体实施方式以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。目前相关技术中，具有较高硬度的聚氨酯材料的邵氏硬度在85A左右，其能够很好地应用于筛板、摇床、清洗管以及滑板轮等领域；但是对于脚轮、托辊以及轧钢棍等对硬度要求更高领域就不太适合了。基于该问题，专利技术人通过二异氰酸酯的选择，交联剂、缩醛树脂、氮化硅以和陶瓷粉的加入，材料之间配伍进行调整，以及制备时工艺的控制，制得硬度大于89A的聚氨酯材料。实施例中所用的原材料中：聚碳酸亚丙酯二醇购自广东达志环保科技股份有限公司，分子量为2000，羟值为54-56mgKOH/g，粘度为1400-1800mPa·s(40℃)；聚己内酯二醇购自湖南聚仁化工新材料科技有限公司，分子量为1000，羟值为108-116mgKOH/g，酸值＜0.25mgKOH/g，粘度为125mPa·s(65℃)；聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇购自徐州熠辉扬新材料有限公司，分子量为1000，羟值为106-118mgKOH/g，酸值≤0.5mgKOH/g；聚丙二醇购自南通润洲化工有限公司，分子量为1000，羟值为102-125mgKOH/g，酸值≤0.5mgKOH/g；聚四氢呋喃醚二醇购自济南朋多商贸有限公司，分子量为950-1050，羟值为107-117mgKOH/g，酸值＜0.005mgKOH/g。二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)购自南通润洲化工有限公司，密度为1.04g/cm3，型号为PM200；甲苯二异氰酸酯(TDI)购自南通润洲化工有限公司，密度为1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高硬度聚氨酯复合材料，其特征在于：通过预聚原料和扩链原料反应而得；所述预聚原料包括聚合物多元醇以及二异氰酸酯，所述扩链原料包括扩链剂以及催化剂；/n所述聚合物多元醇包括聚酯多元醇或聚醚多元醇；所述二异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯或对苯二异氰酸酯。/n

【技术特征摘要】
1.高硬度聚氨酯复合材料，其特征在于：通过预聚原料和扩链原料反应而得；所述预聚原料包括聚合物多元醇以及二异氰酸酯，所述扩链原料包括扩链剂以及催化剂；
所述聚合物多元醇包括聚酯多元醇或聚醚多元醇；所述二异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯或对苯二异氰酸酯。


2.根据权利要求1所述的高硬度聚氨酯复合材料，其特征在于：所述预聚原料还包括交联剂；所述扩链原料还包括缩醛树脂、氮化硅、陶瓷粉、脱泡剂以及抗氧化剂。


3.根据权利要求2所述的高硬度聚氨酯复合材料，其特征在于：预聚原料包括100质量份的聚合物多元醇、100-150质量份的二异氰酸酯以及1-3质量份的交联剂；所述扩链原料包括18-25质量份的扩链剂、6-12质量份的缩醛树脂、3-8质量份的氮化硅、5-10质量份的陶瓷粉、0.1-0.5质量份的催化剂、0.5-1质量份的脱泡剂以及1-5质量份的抗氧化剂。


4.根据权利要求3所述的高硬度聚氨酯复合材料，其特征在于：所述聚酯多元醇包括聚碳酸亚丙酯二醇、聚己内酯二醇或聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇；所述聚醚多元醇包括聚丙二醇或聚四氢呋喃醚二醇。


5.根据权利要求3所述的高硬度聚氨酯复合材料，其特征在于：所述扩链剂为3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷或1,4-丁二醇。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立胜，傅运军，高鹏，柳尧辉，
申请(专利权)人：烟台辰宇汽车部件有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37