陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮及其制备方法与流程

本发明属于聚氨酯胶皮制品，具体涉及陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮及其制备方法。

背景技术：

1、在石油钻井中，高压泥浆泵吸入和排出的压力通过活塞在内往复直线运动而产生。陶瓷活塞专用密封胶皮使其在往复活塞运动时具有进涨退缩的作用，不仅密封可靠，而且能更加有效地保护陶瓷。由于工况条件恶劣，需要密封胶皮有极高的强度和耐磨性能，能在高压、高热的含油泥浆环境中保持密封性。同时由于密封胶皮需要接触泥浆，较好的疏水性也能延长胶皮的使用寿命。

2、专利cn107987781a公开了一种聚氨酯密封胶，预聚物组分由聚醚多元醇与含有tdi/ndi的混合异氰酸酯组成；固化剂组分主要由填料、扩链剂和助剂组成，密封胶的热稳定性、耐水性能、耐候性均优；专利cn111286004a公开了一种疏水性的聚氨酯防凝露气密封堵材料及其制备方法，改性聚酯多元醇与甲苯二异氰酸酯及2,4-甲苯二异氰酸酯二聚体及发泡剂反应生成改性的聚酯型聚氨酯，提高了聚氨酯作为气密封堵材料的疏水性。但甲苯二异氰酸酯（tdi）对环境会造成巨大污染。

3、聚酯/mdi型聚氨酯预聚体的常规合成方式是将mdi投入多元醇中，但是由于mdi与活泼氢的反应活性高，由于空间位阻效应及电子云密度问题，当合成低异氰酸根含量的预聚体时将异氰酸酯投入多元醇中会导致合成的聚氨酯预聚体粘度过大，甚至合成过程中发生爆聚、凝胶等现象。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其不含剧毒化学品，对操作人员健康的危害小。a组分和b组分按比例固化后得到高温硬度高、高低温硬度变化小、撕裂强度高的聚氨酯弹性体，其耐磨性佳、疏水效果好，满足陶瓷活塞密封使用，本发明还提供其制备方法，科学合理，预聚体组分粘度适中、易于操作，生产时工艺条件无爆聚、凝胶等风险。

2、本发明所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其特征在于，包括以下组分：

3、a组分：固化剂；

4、b组分：异氰酸根封端的聚氨酯预聚体；

5、所述b组分包括以下质量份数的原料：

6、低分子量多元醇                 1.24-1.33份；

7、疏水改性聚酯多元醇             60.68-65.04份；

8、二异氰酸酯                     31.2-37.8份；

9、耐磨剂                         0.3-0.5份；

10、阻聚剂                         0.003-0.01份；

11、所述a组分和b组分的混合质量比为（13-14.5）:100。

12、所述固化剂为moca、mcdea、hqee、her中的一种或几种。

13、所述低分子量多元醇为乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、二乙二醇、一缩二丙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种。

14、所述疏水改性聚酯多元醇由数均分子量为500-4000，官能度为3的聚酯多元醇经疏水剂疏水改性制得。

15、所述疏水剂为碳原子总数为5-18的烷基酰氯，优选为戊酰氯、壬酰氯、癸酰氯、十二酰氯、硬脂酰氯中的一种或几种。

16、所述疏水改性聚酯多元醇的制备方法为：将水分质量含量低于0.05%的聚酯多元醇溶于n,n-二甲基甲酰胺中，加入三乙胺，升温至70-100℃，在恒温条件下边搅拌边逐滴滴加烷基酰氯，1h内加料完毕，其中聚酯多元醇和烷基酰氯的摩尔比为1:1，保持反应温度70-90℃，恒温反应5-6h，过滤去除三乙胺盐酸盐，将剩余物先用碱液洗涤，再用去离子水洗涤，烘箱烘干，即得疏水改性聚酯多元醇。

17、所述二异氰酸酯为mdi-100（4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯）、mdi-50（2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯与4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物）、mdi-100l（改性液化4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯）中的一种或几种。

18、所述阻聚剂为磷酸、苯甲酰氯、对甲苯磺酸酯中的一种或两种。

19、所述耐磨剂优选为东莞鸿鑫新材料有限公司的有机硅耐磨剂：鸿鑫hx 7025。

20、本发明所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮的制备方法，包括以下步骤：

21、（1）b组分异氰酸根封端的聚氨酯预聚体的制备：

22、取水分质量含量低于0.05%的低分子量多元醇、耐磨剂、阻聚剂混合均匀，边搅拌边逐滴滴加到二异氰酸酯中，1h内滴加完毕，氮气保护，待反应温度稳定后加入疏水改性聚酯多元醇，反应温度为80-85℃，保温3-4h，降温后密封保存，即得异氰酸根封端的聚氨酯预聚体；

23、（2）陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮的制备：

24、将a组分和b组分按照比例混合均匀，然后浇入模具中压制成型，经后硫化制得陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

26、1、本发明所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮的聚酯/二异氰酸酯体系不含剧毒化学品，对操作人员的健康影响小。

27、2、本发明将低分子量多元醇加入聚氨酯链段中，固化后制品高温硬度高、高低温硬度变化小。

28、3、本发明将低分子量多元醇缓慢投入二异氰酸酯中，使反应一直处于二异氰酸酯过量的条件下，从而使得反应过程平稳进行，减少副产物的产生。此方法可以显著降低预聚体体系粘度，生产时工艺更安全，无爆聚、凝胶等风险。

29、4、本发明使用烷基酰氯对高官能度的聚酯多元醇进行改性，制备了支链为长烷基链的低表面能聚酯多元醇。长烷基链加入陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮中，不仅提高了聚氨酯胶皮的疏水性和耐温性能，同时降低了预聚体组分的粘度。

技术特征：

1.一种陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其特征在于，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其特征在于，所述固化剂为moca、mcdea、hqee、her中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其特征在于，所述低分子量多元醇为乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、二乙二醇、一缩二丙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其特征在于，所述疏水改性聚酯多元醇由数均分子量为500-4000，官能度为3的聚酯多元醇经疏水剂疏水改性制得。

5.根据权利要求4所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其特征在于，所述疏水剂为碳原子总数为5-18的烷基酰氯。

6.根据权利要求5所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其特征在于，所述疏水改性聚酯多元醇的制备方法为：将聚酯多元醇溶于n,n-二甲基甲酰胺中，加入三乙胺，升温至70-100℃，在恒温条件下边搅拌边逐滴滴加烷基酰氯，1h内加料完毕，保持反应温度70-90℃，恒温反应，过滤去除三乙胺盐酸盐，将剩余物用碱液和水洗涤，烘箱烘干，即得疏水改性聚酯多元醇。

7.根据权利要求6所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其特征在于，所述恒温反应的时间为5-6h。

8.根据权利要求1所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其特征在于，所述二异氰酸酯为mdi-100、mdi-50、mdi-100l中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮，其特征在于，所述阻聚剂为磷酸、苯甲酰氯、对甲苯磺酸酯中的一种或两种。

10.一种权利要求1~9任一所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于聚氨酯胶皮制品技术领域，具体涉及陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮及其制备方法。本发明所述的陶瓷活塞密封用聚氨酯胶皮的制备方法，包括以下组分：A组分：固化剂；B组分：异氰酸根封端的聚氨酯预聚体；所述B组分的制备包括以下原料：低分子量多元醇、疏水改性聚酯多元醇、二异氰酸酯、耐磨剂、阻聚剂；A组分和B组分按比例固化后得到高温硬度高、高低温硬度变化小、撕裂强度高的聚氨酯弹性体，其耐磨性佳、疏水效果好，满足陶瓷活塞密封使用。其制备方法科学合理，预聚体组分粘度适中、易于操作，生产时工艺条件无爆聚、凝胶等风险。

技术研发人员：陈海良,丁鹏,宋书征,宿金明
受保护的技术使用者：山东一诺威聚氨酯股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13