尺寸稳定的聚氨酯和复合材料制造技术

刚性聚氨酯和复合材料由包含芳族多异氰酸酯和多元醇混合物的反应混合物制成。多元醇混合物具有为125至275的平均羟基当量和为每分子2.5至4个羟基的平均羟基官能度。多元醇混合物的5重量％至33重量％是三异丙醇胺。由这种反应混合物制成的刚性聚氨酯具有优异的尺寸稳定性，即使当在室温或接近室温下固化时也是如此。是如此。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】尺寸稳定的聚氨酯和复合材料
[0001]本专利技术涉及聚氨酯和聚氨酯复合材料及其制备方法。
[0002]刚性聚氨酯和由刚性聚氨酯制成的复合材料可用作许多类型的建筑物中的承重构件。与建筑金属如钢相比，它们具有强度高和重量低的优点。因此，它们可用作甲板铺板、机动车和其他车辆结构梁、工字梁和用于建造建筑物的其他梁、窨井盖以及道路铺面等等。
[0003]通过固化包括一种或多种多异氰酸酯和一种或多种多元醇的前体材料来制备刚性聚氨酯。固化可以在大约室温或在略微升高的温度下进行。在略微升高的温度诸如50℃至80℃下固化提供一些优点，因为在模具中的固化时间更短并且可以获得更完全的固化。不幸的是，由于增加的能量和设备费用，高温固化增加了制造成本。这些附加成本可能变得相当大，特别是在制造非常大的部件时。
[0004]一些制造商优选通过使用室温固化来避免这些额外成本。然而，使用室温固化制备的部件通常表现为尺寸稳定性不足。它们倾向于表现出不希望的热膨胀和收缩量。当在热环境中或在没有温度控制且温度可随着时间或日期或一年中的季节而变化很大的环境中使用时，部件可能表现出显著的膨胀或收缩量。
[0005]期望提供一种表现出更大的尺寸稳定性(尤其是当在不使用高温固化的情况下生产时)的刚性聚氨酯或聚氨酯复合材料。
[0006]本专利技术在第一方面是复合材料，其包含连续树脂相和基于复合材料的重量为8重量％至85重量％的包含填料颗粒、增强纤维或填料颗粒和增强纤维两者的不连续相，其中连续树脂相是固化聚氨酯，所述固化聚氨酯是通过为95至150的异氰酸酯指数表征的形成聚氨酯的反应混合物的反应产物，反应混合物包含
[0007]A)芳族多异氰酸酯或芳族多异氰酸酯混合物，芳族多异氰酸酯或芳族多异氰酸酯混合物具有为2至4的异氰酸酯官能度和为80至175的异氰酸酯当量；
[0008]B)多元醇混合物，多元醇混合物具有为125至275的平均羟基当量和为每分子2.5至4个羟基的平均羟基官能度，其中三异丙醇胺占多元醇混合物的5重量％至33重量％。
[0009]本专利技术还涉及一种用于制备前述复合材料的方法，其包括(i)将增强纤维和/或填料颗粒和形成聚氨酯的反应混合物引入模具的腔中或引入模型上，闭合模具或向模型施加机械压力，使得增强纤维和/或填料颗粒变得嵌入形成聚氨酯的反应混合物中，以及(ii)在模具腔中或模型上存在增强纤维和/或填料颗粒的情况下固化形成聚氨酯的反应混合物以形成复合材料，其中形成聚氨酯的反应混合物通过为95至150的异氰酸酯指数表征并且包含
[0010]A)芳族多异氰酸酯或芳族多异氰酸酯混合物，芳族多异氰酸酯或芳族多异氰酸酯混合物具有为2至4的异氰酸酯官能度和为80至175的异氰酸酯当量；
[0011]B)多元醇混合物，多元醇混合物具有为125至275的平均羟基当量和为每分子2.5至4个羟基的平均羟基官能度，其中三异丙醇胺占多元醇混合物的5重量％至33重量％。
[0012]本专利技术的聚氨酯和复合材料具有非常好的尺寸稳定性，如通过本文所述的方法所确定，甚至当在室温或仅略高于室温下固化时也是如此。多元醇混合物和芳族多异氰酸酯表现出非常适于制备大型模制品的固化特征(curing profile)。当用于在浇铸工艺诸如
LFI(长纤维注射)工艺以及其他工艺诸如S
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RIM、树脂传递模制和其他工艺中制备纤维增强复合材料时，多元醇混合物和芳族多异氰酸酯表现良好。
[0013]形成聚氨酯的反应混合物包含多元醇混合物，其中的一种是三异丙醇胺(TIPA)。TIPA的量仅基于多元醇的重量，而不基于形成聚氨酯的反应混合物中可能存在的其他成分的重量。TIPA占多元醇混合物的5重量％至33重量％。在该宽范围内，将TIPA的量从5重量％增加至约20重量％至25重量％倾向于改善尺寸稳定性，因此优选的较低量为至少10重量％、至少12重量％或至少15重量％。
[0014]TIPA可以包含按重量计95％至100％TIPA的纯或基本上纯的材料的形式提供。包含98％至99.5％TIPA的商品级是合适的。此类高度浓缩级的TIPA是室温固体，并且如果期望可将其熔融以与多元醇共混物的其他组分配混。如果期望，可使用TIPA在合适溶剂中的混合物或溶液。这种混合物或溶液可例如包含80重量％至97重量％的TIPA和相应地3重量％至20重量％的另一材料，诸如水、不同于TIPA的多元醇、或非异氰酸酯反应性的溶剂。如果TIPA作为与水的混合物提供，则优选将形成聚氨酯的反应混合物中的水(包括与TIPA一起提供的水)的总量保持在下文提及的量之内。这种混合物或溶液中存在的任何多元醇以多元醇混合物的重量而不是TIPA的重量来计数。TIPA本身具有为约191.3的分子量和为3的羟基官能度。
[0015]最优选的是，三乙醇胺(TEOA)不存在或占多元醇混合物的至多2重量％、至多0.5重量％或至多0.1重量％。
[0016]多元醇混合物包括至少一种不同于TIPA和TEOA的另外的多元醇，使得多元醇混合物具有为125至275的平均羟基当量和为每分子2.5至4个羟基的平均羟基官能度。平均羟基当量可为至少140(羟基数400.7mg KOH/g)、至少150(羟基数374)、至少160(羟基数350.6)，并且可为例如最多至250(羟基数224.4)、最多至225(羟基数249.3)、最多至210(羟基数267.1)或最多至200(羟基数280.5)。多元醇混合物的羟基当量可以通过使用众所周知的滴定方法测量共混物的羟基数来确定，或者可以由单独多元醇的当量和/或羟基数计算得到。
[0017]多元醇混合物优选包含不超过5重量％、优选地不超过2重量％的除TIPA和/或TEOA以外的含胺多元醇。多元醇混合物可包含不超过1重量％、不超过0.5重量％或不超过0.25重量％的另一含胺多元醇，并且可不包含其他含胺多元醇。
[0018]多元醇混合物中的一种或多种另外的多元醇可具有为31至3000或更高的羟基当量，以及为2至8或更高、优选地2至6的羟基官能度，条件是多元醇混合物具有如之前所述的平均羟基当量和官能度。优选的是，不超过25重量％的多元醇混合物是官能度为5或更高的一种或多种多元醇。多元醇混合物可包含至多10重量％、至多5重量％或至多2重量％的官能度为5或更大的多元醇，并且可不包含此类多元醇。
[0019]多元醇混合物优选包含不超过10重量％的除TIPA以外的羟基当量小于70的多元醇。它可包含不超过5重量％、不超过2重量％或不超过1重量％的除TIPA以外的羟基当量小于70的多元醇。
[0020]在一些实施方案中，另外的多元醇包括至少一种具有2至4、优选地3至4个羟基和为150至300、优选地175至275或175至225的羟基当量并且不含氮原子的多元醇。这样的一种或多种多元醇可占多元醇混合物的至少50重量％、至少60重量％或至少70重量％并且占其最多至95重量％或最多至90重量％。这种特定的另外多元醇优选地是通过烷氧基化具有
2至4、优选地3至4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种复合材料，其包含连续树脂相和基于所述复合材料的重量为8重量％至85重量％的包含填料颗粒、增强纤维或填料颗粒和增强纤维两者的不连续相，其中所述连续树脂相是固化聚氨酯，所述固化聚氨酯是通过为95至150的异氰酸酯指数表征的形成聚氨酯的反应混合物的反应产物，所述反应混合物包含A)芳族多异氰酸酯或芳族多异氰酸酯混合物，所述芳族多异氰酸酯或芳族多异氰酸酯混合物具有为2至4的异氰酸酯官能度和为80至175的异氰酸酯当量；B)多元醇混合物，所述多元醇混合物具有为125至275的平均羟基当量和为每分子2.5至4个羟基的平均羟基官能度，其中三异丙醇胺占所述多元醇混合物的5重量％至33重量％。2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述不连续相包含直径为0.5至10μm且长度为2mm至150mm的增强纤维。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中所述纤维是玻璃纤维。4.根据权利要求2或3所述的复合材料，其中所述不连续相还包含填料颗粒。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的复合材料，其包含2重量％至15重量％的增强纤维、30重量％至70重量％的填料颗粒以及20重量％至50重量％的所述连续树脂相。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的复合材料，其具有不大于65％的空隙体积。7.一种用于制备根据权利要求1所述的复合材料的方法，其包括(i)将增强纤维和/或填料颗粒和形成聚氨酯的反应混合物引入模具的腔中或引入模型上，闭合所述模具或向所述模型施加机械压力，使得所述增强纤维和/或填料颗粒变得嵌入所述形成聚氨酯的反应混合物中，以及(ii)在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：