聚氨酯复合材料及其制备方法_2

文档序号:9257617阅读:来源:国知局
其组合。
[0049] 在本发明优选的实施例中,异氰酸酯组分a)选自二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、 多苯基甲烷多异氰酸酯(PMDI)、以及它们的多聚体、预聚体或其组合。
[0050] 封端的异氰酸酯也可以用作异氰酸酯组分a),其可通过使过量的有机多异氰酸酯 或它们的混合物与多元醇化合物反应来制备。本领域普通技术人员熟知这些化合物及其制 备方法。
[0051] 在本发明的实施例中,异氰酸酯反应性组分包含一种或多种有机多元醇bl)。所述 有机多元醇的含量为21-60wt. %,基于所述聚氨酯组合物的总重量按IOOwt. %计。所述有 机多元醇可以为本领域中常用于制备聚氨酯的有机多元醇,包括但不限于:聚醚多元醇、聚 醚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇、聚合物多元醇、基于植物油的多元醇或其组 合。
[0052] 所述聚醚多元醇可以通过已知的工艺过程制备,例如,在催化剂存在下,由烯烃氧 化物与起始剂反应制得。所述的催化剂,优选但不限于碱性氢氧化物、碱性醇盐、五氯化锑、 氟化硼合乙醚、或它们的混合物。所述的烯烃氧化物,优选但不限于四氢呋喃、环氧乙烷、环 氧丙烷、1,2-环氧丁烷、2, 3-环氧丁烷、氧化苯乙烯、或它们的混合物,特别优选环氧乙烷 和/或环氧丙烷。所述的起始剂,优选但不限于多羟基化合物或多胺基化合物,所述多羟基 化合物,优选但不限于水、乙二醇、1,2_丙二醇、1,3_丙二醇、二甘醇、三羟甲基丙烷、甘油、 双酚A、双酚S或它们的混合物,所述多胺基化合物,优选但不限于乙二胺、丙二胺、丁二胺、 己二胺、二亚乙基三胺、甲苯二胺或它们的混合物。
[0053] 所述聚醚碳酸酯多元醇也可以用于本发明,所述聚醚碳酸酯多元醇可以通过使用 双金属氰化物催化剂使二氧化碳和环氧烷化物在包含活性氢的起始物上加成而制备。
[0054] 所述聚酯多元醇,由二元羧酸或二元羧酸酐与多元醇反应制得。所述的二元羧酸, 优选但不限于含2-12个碳原子的脂肪族羧酸,所述含2-12个碳原子的脂肪族羧酸,优选但 不限于丁二酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷基羧酸、顺丁烯二 酸、反丁烯二酸、邻苯二甲酸、异酞酸、对苯二酸、或它们的混合物。所述的二元羧酸酐,优选 但不限于邻苯二甲酸酐、四氯苯酐、马来酸酐、或它们的混合物。所述的与二元羧酸或二元 羧酸酐反应的多元醇,优选但不限于乙二醇、二甘醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、二丙二醇、 1,3-甲基丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、1,10-癸二醇、丙三醇、 三羟甲基丙烷、或它们的混合物。所述的聚酯多元醇,还包括由内酯制备的聚酯多元醇。所 述由内酯制备的聚酯多元醇,优选但不限于,ε-己内酯。优选地,所述聚酯多元醇的分子 量为200-3000,官能度为2-6,优选为2-4,更优选为2-3。
[0055] 所述的聚碳酸酯二醇,可以由二元醇与二烃基碳酸酯或二芳基碳酸酯或光气反应 制得。所述的二元醇,优选但不限于1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4- 丁二醇、1,5-戊二醇、 1,6_己二醇、二甘醇、三聚甲醛二醇、或它们的混合物。所述的二烃基碳酸酯或二芳基碳酸 酯,优选但不限于二苯基碳酸酯。
[0056] 所述聚合物多元醇可为聚合物改性的聚醚多元醇,优选接枝聚醚多元醇,聚醚 多元醇分散体。所述接枝聚醚多元醇,优选基于苯乙烯和/或丙烯腈的接枝聚醚多元 醇;所述苯乙烯和/或丙烯腈可以由苯乙烯、丙烯腈、苯乙烯与丙烯腈的混合物原位聚合 而成;所述苯乙稀与丙稀腈的混合物中,苯乙稀与丙稀腈的比为90 : 10-10 : 90,优选 70 : 30-30 : 70。本发明所述聚合物多元醇也可为蓖麻油,木焦油等生物基多元醇。所述聚 合物聚醚多元醇分散体包括分散相,例如,无基填料、聚脲、聚酰肼、含有键合形式叔氨基基 团和/或三聚氰胺的聚氨醋。所述分散相的量为l-50wt. %,优选l-45wt. %,以聚合物聚醚 多元醇的重量按IOOwt. %计。优选地聚合物聚醚多元醇中聚合物固体含量为20% -45%, 以所述聚合物聚醚重量为1〇〇%计,羟值为2〇-5〇11^1(0!1/^。
[0057] 当用于本发明时,基于植物油的多元醇包括植物油、植物油多元醇或其改性产物。 植物油是由不饱和脂肪酸和甘油制备的化合物或者是从植物的果实、种子、胚芽中提取油 月旨,优选但不限于花生油、豆油、亚麻油、蓖麻油、菜子油、棕榈油。所述植物油多元醇,是由 一种或几种植物油起始的多元醇。合成植物油多元醇的起始剂包括但不限大豆油、棕榈油、 花生油、低芥酸菜子油和蓖麻油。植物油多元醇的起始剂可通过裂解、氧化或酯交换等工 艺引入羟基,再通过本领域技术人员熟知的制备有机多元醇的工艺制备相应的植物油多元 醇。
[0058] 本领域技术人员熟知轻值的测量方法,例如在Houben Weyl,Methoden der Organischen Chemie, vol. XIV/2Makromolekulare Stoffe,ρ·17,Georg Thieme Verlag ; Stuttgart 1963中所公开的。将该文献的全部内容以引用的方式合并入本文中。
[0059] 当用于本发明时,除非另外指明,有机多元醇的官能度、羟值均是指平均官能度和 平均羟值。
[0060] 在本发明的实施例中,异氰酸酯反应性组分还包含一种或多种具有式(I)结构的 化合物b2)
[0061]
[0062] 其中,R1选自氢、甲基或乙基;1?2选自具有2-6个碳原子的亚烷基;η为选自1-6的 整数。
[0063] 在本发明优选的实施例中,R2选自亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、1-甲基-1, 2-亚乙基、2-甲基-1,2-亚乙基、I -乙基-1,2-亚乙基、2-乙基-1,2 -亚乙基、I-甲基-1, 3-亚丙基、2-甲基-1,3-亚丙基、3 -甲基-1,3-亚丙基、I-乙基-1,3 -亚丙基、2-乙基-1, 3- 亚丙基、3-乙基-1,3-亚丙基、1-甲基-1,4-亚丁基、2-甲基-1,4-亚丁基、3-甲基-1, 4- 亚丁基和4-甲基-1,4-亚丁基、2, 2-二(4-亚苯基)-丙烷、1,4-二亚甲基苯、1,3-二 亚甲基苯、1,2-二亚甲基苯。
[0064] 在本发明优选的实施例中,所述b2)组分选自:甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟 丙酯、甲基丙烯酸羟丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯或其组合。
[0065] 式(I)化合物可以通过本领域常用的方法制备,例如可以通过(甲基)丙烯酸酐 或(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰卤化合物与HO-(R2O)n-H通过酯化反应制备,本领域技 术人员熟知该制备方法,例如《聚氨酯原料及助剂手册》(刘益军,2005年4月1日出版)第 三章、《聚氨酯弹性体》(刘厚钧,2012年8月出版)第二章中的说明,将该文献的全部内容 以引用的方式合并入本文中。
[0066] 在本发明的实施例中,聚氨酯组合物还包含C)自由基反应引发剂。本发明所用的 自由基引发剂可加入多元醇组分或异氰酸酯组分或两个组分中都可以添加。这些引发剂包 括但不限于过氧化物、过硫化物、过氧化碳酸酯、过氧化硼酸、偶氮化合物或者其它合适的 可引发含双键化合物固化的自由基引发剂,其实例包括氧化异丙基碳酸叔丁酯、过氧化-3, 5, 5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化甲乙酮、异丙苯过氧化氢。
[0067] 自由基反应引发剂的含量通常为0. l_8wt. %,基于异氰酸酯反应性组分的总重量 按IOOwt. %计。此外,还可以存在一种加速剂,如钴化合物或胺类化合物。
[0068] 在本发明的实施例中,聚氨酯组合物还可以包含用于催化异氰酸酯基团(NCO)与 羟基(OH)反应的催化剂。合适的聚氨酯反应的催化剂优选但不限于胺类催化剂、有机金属 催化剂、或它们的混合物。所述的胺类催化剂,优选但不限于三乙基胺、三丁基胺、三亚乙基 二胺、N-乙基吗啉、Ν,Ν,Ν',Ν' -四甲基-乙二胺、五甲基二亚乙基-三胺、N,N-甲基苯胺、 N,N-二甲基苯胺、或它们的混合物。所述的有机金属催化剂,优选但不限于有机锡类化合 物,例如:乙酸锡(II)、辛酸锡(II)、乙基己酸锡、月桂酸锡、二丁基氧化锡、二丁基二氯化 锡、二丁基二乙酸锡、二丁基马来酸锡、二辛基二乙酸锡、或它们的混合物。所述催化剂的用 量为0.0 Ol-IOwt. %,基于异氰酸醋反应性组分的总重量按IOOwt. %计。
[0069] 在本发明实施例中,聚氨酯反应,即异氰酸酯基团与羟基的加成聚合反应,其中异 氰酸酯基团可以包含在有机多异氰酸酯(组分Α)中的异氰酸酯基团,也可以是包含在有机 多异氰酸酯(组分Α)与有机多元醇(bl)组分)或b2)组分反应中间产物中的异氰酸酯基 团,羟基可以是包含在有机多元醇(bl)组分)或b2)组分中的羟基,也可以是包含在有机 多异氰酸酯(组分A)与有机多元醇(bl)组分)或b2)组分反应中间产物中的羟基。
[0070] 在本发明实施例中,自由基聚合反应是烯键的加成聚合反应,其中烯键可以是包 含在b2)组分中的烯键,也可以是包含在b2)组分与有机多异氰酸酯反应中间产物中的烯 键。
[0071] 在本发明实施例中,聚氨酯加成聚合反应(即异氰酸酯基团与羟基的加成聚合反 应)与自由基聚合反应同时存在。本领域技术人员公知,可以选择合适
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