一种涂装设备用聚氨酯弹性体及其制备方法

文档序号:9390888阅读:644来源:国知局
一种涂装设备用聚氨酯弹性体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种聚氨酯弹性体及其制备方法,特别涉及一种可应用于涂装设备等行业的聚氨酯弹性体产品,属于高分子材料技术领域。
【背景技术】
[0002]在涂装设备行业中,管道、板材等主要使用不锈钢和聚氯乙烯材质,在长时间接触含有溶剂的油漆、粉漆后,会在转接口处形成漆料的累积,导致管道堵塞及爆裂,严重影响设备使用寿命,给生产安全带来极大的隐患,因此有必要采用一种高硬度、耐溶剂的新材质材料对涂装设备管道转接口处进行涂膜保护,保持管道畅通。此外,环保和市场竞争力的要求,对涂膜材料的环保性、低成本性提出了很高的要求。
[0003]聚氨酯具有优异的耐磨性、良好耐油和耐腐蚀性能,在汽车、航空、机械、建筑、生物材料等领域具有广泛的应用。当前的聚氨酯虽然具有一定的耐溶剂性和力学性能,但使用一段时间后出现因溶剂引起的溶胀以及硬度、拉伸强度的大幅度下降,严重影响其使用性能;不仅如此,在合成制备的过程中还大量使用有机溶剂。显然这些问题不能满足涂装设备行业所需的涂膜材料的要求。
[0004]在众多聚氨酯弹性体研发工作中,人们发现通过添加功能填料可改善聚氨酯弹性体的硬度和耐溶剂性能。公开号为CN103980697A的中国发明专利公开了一种采用经偶联剂表面改性的二氧化硅来改善聚氨酯弹性体的力学性能、耐温、耐油性能的方法。杨茹果等人(参见文献:中国聚氨酯工业协会弹性体专业委员会2011年会,2011 (7):318-324)也指出:二氧化硅及微孔分子筛均能改善聚氨酯弹性的力学性能及耐溶剂性能。同时,朱则刚等人的研究也发现,聚氨酯与低表面能的硅元素的相容性差,涂装设备中即使引入少量含硅物质,也会引起涂层间附着力下降、涂膜产生缩孔、易导致表面不干的斑点等问题(参见文献:现代涂料与涂装,2009 (2):37-38)。因此,采用含硅材料(高岭土、硅酸盐、纳米二氧化硅等)复合改善聚氨酯弹性体的耐溶剂性和硬度的方法不适用于研发涂装设备行业。
[0005]提高聚氨酯分子中软段的极性是提高其耐溶剂型能的常用方法。通常,使用极性较大的聚酯多元醇合成的聚氨酯弹性体的耐溶剂性能优异。石雅琳等人(参见文献:化学推进剂与高分子材料,2009 (7):43-45)采用自制聚酯多元醇合成制备了低硬度耐溶剂聚氨酯弹性体,其在环己酮中24h增重率接近18%,但硬度较低(邵A硬度为O?60之间),且其主要原料为自制的聚酯多元醇,合成工艺复杂,成本高昂,不适合工业应用。
[0006]通过改变聚氨酯弹性体的硬度含量(即-NC0/-0H的摩尔比),可在一定程度提高聚氨酯弹性体的硬度、耐溶剂等宏观性能。如孙海鸥等(参见文献:化学推进剂与高分子材料,2009 (7):31-33)制备了高硬度聚氨酯弹性体,其预聚体中异氰酸根(-NC0)含量高达31%,导致固化速度过快,短期内温度急剧上升,易出现凝胶,不利于操作。此外,原料使用极性低的聚醚多元醇,降低了聚氨酯弹性体的耐溶剂性,同时使用价格高昂的IPDI (异佛尔酮二异氰酸酯),不适于涂装设备行业。故通过调整-NC0/-0H来改变聚氨酯弹性体的耐溶剂和硬度等性能的方法较少采用。
[0007]在大宗原料已确定的情况下,一种常用的提高聚氨酯弹性体耐溶剂性、硬度等性能方法是加入小分子醇、胺类扩链交联剂(如1,4 丁二醇、丙三醇、乙二醇、三乙醇胺、三羟基甲基丙烷、二邻氯二苯胺甲烷、双酚A)等。但在使用过程中,该方法存在反应活性较强、操作工艺性能较差、对人体及环境有害等问题(如二邻氯二苯胺甲烷、双酚A等)。
[0008]公开号为CN103408719A的中国发明专利公布了一种低硬度(邵A50-60)的耐溶剂聚氨酯弹性体的制备方法,由于采用了软化剂调整制品的硬度,因此,所制备的产品尺寸稳定差,在环己酮24h浸泡后重量变化率接近30%。涂装行业中较多采用的溶剂是溶解能力更强、毒性更低的甲乙酮,因此,该产品不能用于长时间接触溶剂的涂装设备。
[0009]公开号为CN103467973B的中国发明专利公布了一种低硬度的耐溶剂聚氨酯胶辊的制备方法,制品中含有可对环境造成危害的铅、汞,且制备工艺复杂。
[0010]通过对聚氨酯高硬度耐溶剂弹性体相关文献的检索和市场的调查,尚未发现适用于涂装设备领域的耐溶剂、高硬度(多邵A90)、低成本、绿色环保的产品。

【发明内容】

[0011]为克服现有技术存在的问题,本发明提供一种耐溶剂、高硬度、低成本、具有绿色环保特点,适用于涂装设备的聚氨酯弹性体及其制备方法。本发明所提供的聚氨酯弹性体,其邵A硬度多90,适合于涂装行业中大量使用的不锈钢和硬质聚氯乙烯(PVC)材质管道的硬度;同时该弹性体具有突出的耐溶剂性能(甲乙酮中24h浸泡重量变化率不高于14%),满足涂装设备行业对耐溶剂性的要求(甲乙酮中24h浸泡重量变化率不高于15%)。
[0012]实现本发明目的的技术方案是,提供一种涂装设备用聚氨酯弹性体的制备方法,按质量计,包括如下步骤:
1、将30?60份含水量在0.02wt%以下的混合聚酯多元醇和40?60份的二异氰酸酯混合物加入到反应釜中,在温度为65?70°C的条件下反应1.0?1.5小时,制得异氰酸根-NCO封端的聚氨酯半预聚体,记为A组分;
2、将A组分与8?15份含水量在0.02wt%以下的含羟基树脂缓慢混合15min?20min,在温度为75?80°C的条件下反应I?1.5h,制得端基为-NCO封端的聚氨酯预聚体,记为B组分;
3、将10?16份扩链剂与0.02?0.05份有机铋催化剂混合,真空脱水至体系内含水量在0.02wt%以下,记为C组分;所述的扩链剂包括4-羟乙基氧乙基-1-羟乙基苯二醚、3-羟乙基氧乙基-1-羟乙基苯二醚、氢化双酚A、1,3-丙二醇-双(4-氨基苯甲酸)酯、3,5’ 一二氨基一对一氯苯甲酸异丁酯中的一种;
4、将C组分加入到B组分中,混合搅拌均匀后,在温度为80?95°C的条件下真空脱泡处理1min?15min,再缓慢降压,出料;将物料浇注入模具后,经硫化和阶梯式后处理工艺处理,脱模,制得一种涂装设备用聚氨酯弹性体。
[0013]本发明所述的A组分,其中二异氰酸酯中的-NCO基团摩尔数与聚酯多元醇的羟值摩尔数的比值R值为1.5:1?5:1。
[0014]所述的混合聚酯多元醇包括数均分子量为1000?2000的聚酯二元醇,数均分子为350?600、平均官能度为2?3的蓖麻油聚酯多元醇;所述聚酯二元醇与蓖麻油聚酯多元醇的质量比为10: I?1:1。
[0015]所述的二异氰酸酯混合物为4,4’ - 二苯甲烷二异氰酸酯与2,4’ - 二苯甲烷二异氰酸酯的混合物;混合物中-NCO的含量为30?32wt%。
[0016]所述的含羟基树脂为双酚A 二缩水甘油醚、端羟基聚丁二烯中的一种,或它们的混合物。
[0017]所述的有机铋催化剂为异辛酸铋、月桂酸铋、新癸酸铋中的一种。
[0018]所述的硫化工艺为温度120?130°C,处理时间1.5?2.5h ;所述的阶梯后处理工艺条件为 100 °c /3h+80°C /3h+60°C /4h。
[0019]所述的聚酯二元醇为聚四氢呋喃二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚亚乙基碳酸酯二醇、聚ε己内酯二醇中的一种。
[0020]本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的一种涂装设备用聚氨酯弹性体。它的硬度高于邵Α90,在甲乙酮中浸泡24h后,聚氨酯弹性体的重量变化率小于14%。
[0021]与现有技术相比,本发明取得的有益的效果是:
1、本发明提供的聚氨酯弹性体在制备过程中未加入无机填料(如纳米二氧化硅、滑石粉、尚岭土、分子筛、石墨等),而是通过设计尚分子结构,引入环氧基、氣基、酿键、酯键等官能团,通过提高聚氨酯分子极性和交联结构改善聚氨酯弹性体的力学性能及耐溶剂性能,满足了涂装设备行业对聚氨酯弹性体的严格的使用要求,扩大了聚氨酯的应用范围。
[0022]2、本发明采用阶梯式后处理工艺,有助于分子结构的逐步有序交联,从而获得具有高力学性能的聚氨酯弹性体。
[0023]3、本发明制备过程中不使用溶剂及有毒原料,绿色环保,原料利用率100%,且大量使用可再生的生物基材料代替现在有的来自与石油资源的材料,其来源广泛、成本更低、性能更好、工艺性操作性更简单,适合规模生产。
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例1?5和对比利I?2提供的聚氨酯弹性体的邵氏硬度对比图。
[0025]图2是本发明实施例1?5和对比利I?2提供的聚氨酯弹性体在甲乙酮中浸泡24h重量变化率变化图。
[0026]图3是本发明实施例1?5和对比利I?2提供的聚氨酯弹性体的拉伸强度对比图。
[0027]图4是本发明实施例1?5和对比利I?2提供的聚氨酯弹性体的冲击弹性对比图。
[0028]图5是本发明实施例5提供的聚氨酯弹性体的红外(IR)谱图。
[0029]具体的实施方式
以下结合附图、实施例和对比例对本发明技术方案做
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