本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚氨酯弹性体及其制备方法和应用。
背景技术：
聚氨酯弹性体是一种由软段和硬段交替构成的嵌段聚合物，其性能介于橡胶和塑料之间，特别适用于缓冲领域和其他阻尼体系。优良的动态、静态力学性能和便宜、方便的加工方法都决定了其在我国工业应用领域的重要性。特别是由于通过使用异氟尔酮二异氰酸酯(ndi)制备的聚氨酯弹性体具有卓越的弯曲疲劳抗性，已被大量用于自行车、摩托车、汽车悬挂装置、家具或高振动基体的辅助弹簧。一般的制备方法中，通常采用市售的聚酯多元醇等为主的多羟基聚合物组分，但有时制品会存在硬度偏高，不适合于应用要求的缺点。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提出一种聚氨酯弹性体的制备方法。
本发明的聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：s101：首先将重量份数为30份～50份的萘二异氰酸酯与重量份数为100份～150份的聚醚多元醇混合，然后加热到110℃～130℃并搅拌5h～8h，得到第一预聚体；s102：将重量份数为1份～10份的异氟尔酮二异氰酸酯、重量份数为0.1份～1份的二苯基甲烷二异氰酸酯、重量份数为0.1份～1份的甲苯二异氰酸酯与重量份数为10份～20份的聚酯多元醇混合，然后加热到100℃～110℃并搅拌4h～6h，得到第二预聚体；s103：向所述第一预聚体中加入重量份数为0.1份～1份的扩链剂、重量份数为10份～20份的异氟尔酮二异氰酸酯，再搅拌反应3h～6h，得到第三预聚体；s104：向所述第二预聚体中加入重量份数为0.1份～1份的扩链剂、重量份数为10份～20份的萘二异氰酸酯，再搅拌反应3h～6h，得到第四预聚体；s105：将所述第三预聚体、所述第四预聚体、重量份数为50份～70份的水和重量份数为8份～12份的乳化剂混合，然后依次进行发泡、熟化处理，得到聚氨酯弹性体。
本发明实施例的聚氨酯弹性体的制备方法得到的聚氨酯弹性体具有更优异断裂伸长率，在抗冲击时可以更好的单向伸长，不会立即脆断，同时具有更好的加工性能和储存稳定性，适用于制备自行车、摩托车、汽车悬挂装置、家具、电梯或高振动基体的辅助弹簧和减震装置等，具有广泛的应用前景。
另外，根据本发明上述实施例的聚氨酯弹性体的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
作为本发明进一步优选的实施方式，所述聚醚多元醇和所述聚酯多元醇均为二元醇。
作为本发明进一步优选的实施方式，所述扩链剂至少包括乙二醇、丙二醇、4,4’-双仲丁基氨基二苯基甲烷、1,4-双仲丁氨基苯和3,5-二甲基硫基甲苯二胺中的一种。
作为本发明进一步优选的实施方式，所述乳化剂为丙烯酸聚醚酯乳化剂。
作为本发明进一步优选的实施方式，所述丙烯酸聚醚酯乳化剂的制备方法包括如下步骤：s201：将重量份数为80份～90份的聚乙二醇丁基缩水甘油醚和重量份数为0.01份～1份的四甲基哌啶氮氧化物混合，在保护气体氛围下将温度升高到100℃～120℃；s202：向所述步骤s201的产物中加入重量份数为65份～75份的甲基丙烯酸和重量份数为0.1份～1份的四正丁基溴化铵反应3h～4h，得到丙烯酸聚醚酯乳化剂。
作为本发明进一步优选的实施方式，在所述步骤s201中，所述保护气体至少包括氮气、氦气、氖气和氢气中的一种。
作为本发明进一步优选的实施方式，在所述步骤s103中，熟化处理的温度为100℃～120℃，时间为14h～16h。
本发明的另一个目的在于提出上述制备方法得到的聚氨酯弹性体。
本发明的再一个目的在于提出所述的聚氨酯弹性体在辅助弹簧装置和减震装置中的应用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是实施例1的聚氨酯弹性体的动态热分析曲线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的一个目的在于提出一种聚氨酯弹性体的制备方法。
本发明的聚氨酯弹性体的制备方法，具体包括如下步骤：
s101：首先将重量份数为30份～50份的萘二异氰酸酯与重量份数为100份～150份的聚醚多元醇混合，然后加热到110℃～130℃并搅拌5h～8h，得到第一预聚体；
s102：将重量份数为1份～10份的异氟尔酮二异氰酸酯、重量份数为0.1份～1份的二苯基甲烷二异氰酸酯、重量份数为0.1份～1份的甲苯二异氰酸酯与重量份数为10份～20份的聚酯多元醇混合，然后加热到100℃～110℃并搅拌4h～6h，得到第二预聚体；
s103：向所述第一预聚体中加入重量份数为0.1份～1份的扩链剂、重量份数为10份～20份的异氟尔酮二异氰酸酯，再搅拌反应3h～6h，得到第三预聚体；
s104：向所述第二预聚体中加入重量份数为0.1份～1份的扩链剂、重量份数为10份～20份的萘二异氰酸酯，再搅拌反应3h～6h，得到第四预聚体；
s105：将所述第三预聚体、所述第四预聚体、重量份数为50份～70份的水和重量份数为8份～12份的乳化剂混合，然后依次进行发泡、熟化处理，得到聚氨酯弹性体。
通过本发明方法得到的聚氨酯弹性体具有更优异断裂伸长率，在抗冲击时可以更好的单向伸长，不会立即脆断，同时具有更好的加工性能和储存稳定性，适用于制备自行车、摩托车、汽车悬挂装置、家具、电梯或高振动基体的辅助弹簧和减震装置等，具有广泛的应用前景。
本发明的另一个目的在于提出上述制备方法得到的聚氨酯弹性体。
本发明的再一个目的在于提出所述的聚氨酯弹性体在辅助弹簧装置和减震装置中的应用。
下面通过具体实施例详细描述本发明。
实施例1
实施例1提出了一种聚氨酯弹性体的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)首先将重量份数为30份的萘二异氰酸酯与重量份数为150份的聚氧化丙烯二醇混合，然后加热到110℃并搅拌8h，得到第一预聚体。
(2)将重量份数为1份的异氟尔酮二异氰酸酯、重量份数为1份的二苯基甲烷二异氰酸酯、重量份数为0.1份的甲苯二异氰酸酯与重量份数为20份的聚己二酸-丁二醇酯混合，然后加热到100℃并搅拌6h，得到第二预聚体。
(3)向所述第一预聚体中加入重量份数为0.1份的丙二醇、重量份数为20份的异氟尔酮二异氰酸酯，再搅拌反应3h，得到第三预聚体。
(4)向所述第二预聚体中加入重量份数为1份的4,4’-双仲丁基氨基二苯基甲烷、重量份数为10份的萘二异氰酸酯，再搅拌反应6h，得到第四预聚体。
(5)将重量份数为80份的聚乙二醇丁基缩水甘油醚和重量份数为1份的四甲基哌啶氮氧化物混合，在氮气氛围下将温度升高到100℃。
(6)向所述步骤(5)的产物中加入重量份数为75份的甲基丙烯酸和重量份数为0.1份的四正丁基溴化铵反应4h，得到丙烯酸聚醚酯乳化剂。
(7)将所述第三预聚体、所述第四预聚体、重量份数为50份的水和重量份数为12份的丙烯酸聚醚酯乳化剂混合，然后依次进行发泡、熟化处理，得到聚氨酯弹性体。
对实施例1制备的聚氨酯弹性体进行dma测试，得到的动态热分析曲线如图1所示。测试条件为-100℃～200℃温度，升温速率为10℃/min。
实施例2
实施例2提出了一种聚氨酯弹性体的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)首先将重量份数为50份的萘二异氰酸酯与重量份数为100份的聚四氢呋喃二醇混合，然后加热到130℃并搅拌5h，得到第一预聚体。
(2)将重量份数为10份的异氟尔酮二异氰酸酯、重量份数为0.1份的二苯基甲烷二异氰酸酯、重量份数为1份的甲苯二异氰酸酯与重量份数为10份的聚己内酯混合，然后加热到110℃并搅拌4h，得到第二预聚体。
(3)向所述第一预聚体中加入重量份数为1份的1,4-双仲丁氨基苯、重量份数为10份的异氟尔酮二异氰酸酯，再搅拌反应6h，得到第三预聚体。
(4)向所述第二预聚体中加入重量份数为0.1份的乙二醇、重量份数为20份的萘二异氰酸酯，再搅拌反应3h，得到第四预聚体。
(5)将重量份数为90份的聚乙二醇丁基缩水甘油醚和重量份数为0.01份的四甲基哌啶氮氧化物混合，在氦气氛围下将温度升高到120℃。
(6)向所述步骤(5)的产物中加入重量份数为65份的甲基丙烯酸和重量份数为1份的四正丁基溴化铵反应3h，得到丙烯酸聚醚酯乳化剂。
(7)将所述第三预聚体、所述第四预聚体、重量份数为70份的水和重量份数为8份的丙烯酸聚醚酯乳化剂混合，然后依次进行发泡、熟化处理，得到聚氨酯弹性体。
实施例3
实施例3提出了一种聚氨酯弹性体的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)首先将重量份数为40份的萘二异氰酸酯与重量份数为125份的四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇混合，然后加热到120℃并搅拌6h，得到第一预聚体。
(2)将重量份数为5份的异氟尔酮二异氰酸酯、重量份数为0.5份的二苯基甲烷二异氰酸酯、重量份数为0.5份的甲苯二异氰酸酯与重量份数为15份的聚己二酸-丁二醇-乙二醇酯混合，然后加热到105℃并搅拌5h，得到第二预聚体。
(3)向所述第一预聚体中加入重量份数为0.5份的3,5-二甲基硫基甲苯二胺、重量份数为15份的异氟尔酮二异氰酸酯，再搅拌反应4h，得到第三预聚体。
(4)向所述第二预聚体中加入重量份数为0.5份的4,4’-双仲丁基氨基二苯基甲烷、重量份数为15份的萘二异氰酸酯，再搅拌反应4h，得到第四预聚体。
(5)将重量份数为85份的聚乙二醇丁基缩水甘油醚和重量份数为0.5份的四甲基哌啶氮氧化物混合，在氢气氛围下将温度升高到110℃。
(6)向所述步骤(5)的产物中加入重量份数为70份的甲基丙烯酸和重量份数为0.5份的四正丁基溴化铵反应4h，得到丙烯酸聚醚酯乳化剂。
(7)将所述第三预聚体、所述第四预聚体、重量份数为60份的水和重量份数为10份的丙烯酸聚醚酯乳化剂混合，然后依次进行发泡、熟化处理，得到聚氨酯弹性体。
对比例1
对比例1提出了一种聚氨酯弹性体的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)首先将重量份数为30份的萘二异氰酸酯与重量份数为150份的聚氧化丙烯二醇混合，然后加热到110℃并搅拌8h，得到第一预聚体。
(2)将重量份数为1份的异氟尔酮二异氰酸酯、重量份数为1份的二苯基甲烷二异氰酸酯、重量份数为0.1份的甲苯二异氰酸酯与重量份数为20份的聚己二酸-丁二醇酯混合，然后加热到100℃并搅拌6h，得到第二预聚体。
(3)向所述第一预聚体中加入重量份数为0.1份的丙二醇、重量份数为20份的异氟尔酮二异氰酸酯，再搅拌反应3h，得到第三预聚体。
(4)向所述第二预聚体中加入重量份数为1份的4,4’-双仲丁基氨基二苯基甲烷、重量份数为10份的萘二异氰酸酯，再搅拌反应6h，得到第四预聚体。
(5)将所述第三预聚体、所述第四预聚体、重量份数为50份的水和重量份数为12份的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯乳化剂混合，然后依次进行发泡、熟化处理，得到聚氨酯弹性体。
对比例2
对比例2提出了一种聚氨酯弹性体的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)首先将重量份数为50份的萘二异氰酸酯与重量份数为100份的聚四氢呋喃二醇混合，然后加热到130℃并搅拌5h，得到第一预聚体。
(2)将重量份数为10份的异氟尔酮二异氰酸酯、重量份数为0.1份的二苯基甲烷二异氰酸酯、重量份数为1份的甲苯二异氰酸酯与重量份数为10份的聚己内酯混合，然后加热到110℃并搅拌4h，得到第二预聚体。
(3)向所述第一预聚体中加入重量份数为1份的1,4-双仲丁氨基苯、重量份数为10份的异氟尔酮二异氰酸酯，再搅拌反应6h，得到第三预聚体。
(4)向所述第二预聚体中加入重量份数为0.1份的乙二醇、重量份数为20份的萘二异氰酸酯，再搅拌反应3h，得到第四预聚体。
(5)将所述第三预聚体、所述第四预聚体、重量份数为70份的水和重量份数为8份的六甲撑二异氰酸酯乳化剂混合，然后依次进行发泡、熟化处理，得到聚氨酯弹性体。
对比例3
对比例3提出了一种聚氨酯弹性体的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)首先将重量份数为40份的萘二异氰酸酯与重量份数为125份的四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇混合，然后加热到120℃并搅拌6h，得到第一预聚体。
(2)将重量份数为5份的异氟尔酮二异氰酸酯、重量份数为0.5份的二苯基甲烷二异氰酸酯、重量份数为0.5份的甲苯二异氰酸酯与重量份数为15份的聚己二酸-丁二醇-乙二醇酯混合，然后加热到105℃并搅拌5h，得到第二预聚体。
(3)向所述第一预聚体中加入重量份数为0.5份的3,5-二甲基硫基甲苯二胺、重量份数为15份的异氟尔酮二异氰酸酯，再搅拌反应4h，得到第三预聚体。
(4)向所述第二预聚体中加入重量份数为0.5份的4,4’-双仲丁基氨基二苯基甲烷、重量份数为15份的萘二异氰酸酯，再搅拌反应4h，得到第四预聚体。
(5)将所述第三预聚体、所述第四预聚体、重量份数为60份的水和重量份数为10份的2,4-甲苯二异氰酸酯乳化剂混合，然后依次进行发泡、熟化处理，得到聚氨酯弹性体。
对比例4
对比例4提出了一种聚氨酯弹性体的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)首先将重量份数为30份的萘二异氰酸酯与重量份数为150份的聚氧化丙烯二醇混合，然后加热到110℃并搅拌8h，得到第一预聚体。
(2)向所述第一预聚体中加入重量份数为0.1份的丙二醇、重量份数为20份的萘二异氰酸酯，再搅拌反应3h，得到第二预聚体。
(3)将重量份数为80份的聚乙二醇丁基缩水甘油醚和重量份数为1份的四甲基哌啶氮氧化物混合，在氮气氛围下将温度升高到100℃。
(4)向所述步骤(3)的产物中加入重量份数为75份的甲基丙烯酸和重量份数为0.1份的四正丁基溴化铵反应4h，得到丙烯酸聚醚酯乳化剂。
(5)将所述第二预聚体、重量份数为50份的水和重量份数为12份的丙烯酸聚醚酯乳化剂混合，然后依次进行发泡、熟化处理，得到聚氨酯弹性体。
对比例5
对比例5提出了一种聚氨酯弹性体的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将重量份数为10份的异氟尔酮二异氰酸酯、重量份数为0.1份的二苯基甲烷二异氰酸酯、重量份数为1份的甲苯二异氰酸酯与重量份数为10份的聚己内酯混合，然后加热到110℃并搅拌4h，得到第一预聚体。
(2)向所述第一预聚体中加入重量份数为0.1份的乙二醇、重量份数为20份的异氟尔酮二异氰酸酯，再搅拌反应3h，得到第二预聚体。
(3)将重量份数为90份的聚乙二醇丁基缩水甘油醚和重量份数为0.01份的四甲基哌啶氮氧化物混合，在氦气氛围下将温度升高到120℃。
(4)向所述步骤(3)的产物中加入重量份数为65份的甲基丙烯酸和重量份数为1份的四正丁基溴化铵反应3h，得到丙烯酸聚醚酯乳化剂。
(5)将所述第二预聚体、重量份数为70份的水和重量份数为8份的丙烯酸聚醚酯乳化剂混合，然后依次进行发泡、熟化处理，得到聚氨酯弹性体。
测试各实施例与对比例的聚氨酯弹性体的机械性能和硬度。其中，静态机械性能的测试从1557520mm的试片中取样，测试项目为常态下的拉伸强度和断裂伸长率。采用邵c硬度计在制品表面平坦光滑处直接测试，结果见表1。
表1:各实施例与对比例的聚氨酯弹性体的机械性能和硬度
通过表1可以看出，实施例1-3制备的聚氨酯弹性体相对于对比例1-3制备的聚氨酯弹性体，其断裂伸长率明显增加，密度、拉伸强度和硬度相应有所降低。实施例1-3采用的丙烯酸聚醚酯乳化剂是一种性能优良的反应型乳化剂，可以提高乳液聚合的稳定性，使反应过程更加充分完全，制备的聚氨酯弹性体相对于对比例1-3具有更好的加工性能和储存稳定性和更优异断裂伸长率。
而比较实施例1-3和对比例4-5，可以看出，对比例4-5制备的聚氨酯弹性体，其密度、硬度和拉伸强度明显要比实施例1-3高很多，但是断裂伸长率明显降低。可以看出，相对于对比例4-5单纯采用异氟尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯与聚酯多元醇反应或单纯采用萘二异氰酸酯与聚醚多元醇反应得到的聚氨酯弹性体，实施例1-3制备的聚氨酯弹性体的性能更加优良。实施例1-3制备的聚氨酯弹性体具有较大的断裂伸长率，在抗冲击时可以更好的单向伸长，不会立即脆断，更适用于制备自行车、摩托车、汽车悬挂装置、家具、电梯或高振动基体的辅助弹簧和减震装置。
综上，通过本发明方法得到的聚氨酯弹性体具有更优异断裂伸长率，在抗冲击时可以更好的单向伸长，不会立即脆断，同时具有更好的加工性能和储存稳定性，适用于制备自行车、摩托车、汽车悬挂装置、家具、电梯或高振动基体的辅助弹簧和减震装置等，具有广泛的应用前景。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。