一种低压变特种聚氨酯微孔弹性体及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种低压变特种聚氨酯微孔弹性体的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)向聚醚三醇中加入萘二异氰酸酯，升温至60～78℃，反应合成预聚物作为A组分；(2)将端羟基聚二甲基硅氧烷(HTPDMS)、TMP扩链剂、去离子水、催化剂以及泡沫稳定剂混合，作为B组分；(3)将A组分和B组分混合，注入70～80℃磨具中，固化30～50min，脱模，然后60～80℃固化7～9h，得到低压变特种聚氨酯微孔弹性体。本发明以萘二异氰酸酯、端羟基聚二甲基硅氧烷(HTPDMS)、聚醚三醇和扩链剂等为原料，采用半预聚法工艺制备了MPU，实现了改善低压缩永久变形性的目的。
【专利说明】一种低压变特种聚氨酯微孔弹性体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种聚氨酯微孔弹性体及其制备方法，具体涉及一种低压变特种聚氨 酯微孔弹性体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚氨酯微孔弹性体（MPU)具有优越的缓冲减振性能，在工程领域应用日渐频繁， 例如在高速铁路轨道扣件、轨道板下减振和重型车辆地板减振等部件系统中都可见MPU的 身影。在这些工程应用场合，MPU材料处于大载荷、长时限的工作环境，往往由于压缩变形面 失去弹性，使得材料失效，因此低压缩永久变形（简称LCS)是这类材料的关键指标。例如， 在高速铁路客运专线扣件系统中，MPU材料长期受到大载荷压缩和高频次反复冲击，铁道部 暂行技术规范针对该材料制定了专门的压缩永久变形测试标准，限定了上限，30%压缩永 久变形率〈5% (70°C、22h)。因此现有MPU材料在这类工程领域中的应用受到了限制。
[0003] MPU由交替的柔性链（软段）和相对刚性链（硬段）构成，软段与硬段间通过氨基 甲酸醣基相互连接。由于软段与硬段的不相容性，材料通常发生微相分离，产生软相和硬相 区域，形成合金结构，其中压缩永久变形主要受软段柔性和微相分离程度影响。将硅橡胶嵌 入软相中，可增加软相的柔性，并促进硬段与软段间微相分离程度，大幅度降低压缩永久变 形。
[0004] 罗玉媛等（罗玉媛、唐功庆和姜志国等，低压变（LCS)特种聚氨酯微孔弹性体研 制），聚氨酯工业，2012年，第27卷第3期，第13?16页）公开了一种低压变特种聚氨酯 微孔弹性体的制备方法。但是，采用该方法制备得到的聚氨酯微孔弹性体的力学性能较差， 且压缩永久变形大。
【发明内容】
[0005] 针对已有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种低压变特种聚氨酯微孔 弹性体的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0006] (1)向聚醚三醇中加入萘二异氰酸酯，升温至60?78°C，反应合成预聚物作为A 组分；
[0007] (2)将端羟基聚二甲基硅氧烷（HTPDMS)、TMP扩链剂、去离子水、催化剂以及泡沫 稳定剂混合，作为B组分；
[0008] (3)将A组分和B组分混合，注入70?80°C磨具中，固化30?50min，脱模，然后 60?80°C固化7?9h，得到低压变特种聚氨酯微孔弹性体；
[0009] 控制-NCO基团与活泼-OH基团的物质的量的比值为0.95?1.04 ;端羟基聚二 甲基硅氧烷的含量占端羟基聚二甲基硅氧烷、聚醚三醇以及萘二异氰酸酯三者质量总和的6 ?10%。
[0010] 在本发明中，萘二异氰酸酯分子结构中含有萘环，硬相软相分离结构最完全，得到 的材料的压缩永久变形最小。
[0011] R值即是指配方中-NCO基团与活泼-OH基团的物质的量的比值，是聚氨酯材料交 联程度表示方法之一，其作用是控制相对分子质量。在本发明中，R值为0. 95?1. 04,例如 0? 96、0. 97、0. 98、0. 99、1. 00、1. 01、1. 02 或者L03。
[0012] 端羟基聚二甲基硅氧烷的含量占端羟基聚二甲基硅氧烷、聚四氢呋喃醚以及萘二 异氰酸酯三者含量总和的6?10%，例如6. 2%、6. 4%、6. 6%、6. 8%、7%、7. 2%、7. 4%、 7. 6%、7. 8%、8%、8. 2%、8. 4%、8. 6%、8. 8%、9%、9. 2%、9. 4%、9. 6%或 9. 8%。
[0013] 本发明通过选择选择合适的萘二异氰酸酯，并且配合合适的R值以及端羟基聚二 甲基硅氧烷的含量，可实现压缩永久变形最小，达到< 1. 2%，并且实现了优异的力学性能， 拉伸强度彡7. 3MPa，静刚度彡21kN/mm，以及实现了优异的冲击回弹力。
[0014] 在本发明中，扩链剂和异氰酸酯反应构成MPU中的硬段，常用的是醇、胺两类扩链 齐U，且不同官能团与官能度促使硬段堆积方式不同，从而影响其力学性能。
[0015] 本发明通过采用萘二异氰酸酯与TMP扩链剂配合使用，并选择合适的R值以及端 羟基聚二甲基硅氧烷的含量，在使压缩永久变形降低的情况下，解决了TMP扩链剂的使用 造成拉伸强度下降严重的问题。
[0016] 优选地，所述催化剂为有机叔胺。
[0017] 优选地，所述泡沫稳定剂为吐温-80,其含量为聚四氢呋喃醚的1?3%。
[0018] 步骤（1)所述升温温度例如为61°C、62°C、63°C、64°C、65°C、66°C、67°C、68°C、 69。〇、701：、711：、721：、731：、741：、751：、761：或者771：。
[0019]步骤（3)所述固化时间例如为 31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、 38min、39min、40min、41min、42min、43min、44min、45min、46min、47min、48min或者 49min〇
[0020] 步骤（3)所述固化温度例如为 61°C、62°C、63°C、64°C、65°C、66°C、67°C、68°C、 69°C、7(TC、7rC、72t：、73t：、74t：、75t：、76t：、77t：、78t：*#79t：。
[0021] 步骤（3)所述固化时间例如为 7.lh、7.2h、7.3h、7.4h、7.5h、7.6h、7.7h、7.8h、 7. 9h、8h、8.lh、8. 2h、8. 3h、8. 4h、8. 5h、8. 6h、8. 7h、8. 8h或者 8. 9h。
[0022] 本发明的目的之二在于提供一种低压变特种聚氨酯微孔弹性体，其由如上所述方 法制备得到。
[0023] 与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0024]本发明以萘二异氰酸酯、端羟基聚二甲基硅氧烷（HTPDMS)、聚醚三醇和扩链剂等 为原料，采用半预聚法工艺制备了MPU。通过有机硅链段改性赋予MPU高柔顺性。通过半预 聚法工艺将硅链段嵌入聚氨酯材料中，采用TMP扩链剂增加化学交联点，形成特殊交联网 络，并且采用合适的R值以及端羟基聚二甲基硅氧烷的含量，可实现压缩永久变形最小，达 到彡1. 2%，并且实现了优异的力学性能，拉伸强度彡7. 3MPa，静刚度彡21kN/mm，并且实现 了优异的冲击回弹力。
【具体实施方式】
[0025] 下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0026] 实施例1
[0027] -种低压变特种聚氨酯微孔弹性体的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0028](1)向聚醚三醇中加入萘二异氰酸酯，升温至60°C，反应合成预聚物作为A组分；
[0029](2)将端羟基聚二甲基硅氧烷（HTPDMS)、TMP扩链剂、去离子水、催化剂以及泡沫 稳定剂混合，作为B组分；
[0030] (3)将A组分和B组分混合，注入70°C磨具中，固化30min，脱模，然后60°C固化 7h，得到低压变特种聚氨酯微孔弹性体。
[0031] 控制R值为0. 95,所述催化剂为有机叔胺，所述泡沫稳定剂为吐温-80,其含量为 聚四氢呋喃醚的1%。
[0032] 端羟基聚二甲基硅氧烷的含量占端羟基聚二甲基硅氧烷、聚醚三醇以及萘二异氰 酸酯三者含量总和的6%。
[0033] 实施例2
[0034] 一种低压变特种聚氨酯微孔弹性体的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0035] (1)向聚醚三醇中加入萘二异氰酸酯，升温至78°C，反应合成预聚物作为A组分；
[0036](2)将端羟基聚二甲基硅氧烷（HTPDMS)、TMP扩链剂、去离子水、催化剂以及泡沫 稳定剂混合，作为B组分；
[0037] (3)将A组分和B组分混合，注入80°C磨具中，固化50min，脱模，然后80°C固化 9h，得到低压变特种聚氨酯微孔弹性体。
[0038] R值为1. 04。所述催化剂为有机叔胺。所述泡沫稳定剂为吐温-80,其含量为聚四 氢呋喃醚的3 %。端羟基聚二甲基硅氧烷的含量占端羟基聚二甲基硅氧烷、聚醚三醇以及萘 二异氰酸酯三者含量总和的10%。
[0039] 实施例3
[0040] 一种低压变特种聚氨酯微孔弹性体的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0041] (1)向聚醚三醇中加入萘二异氰酸酯，升温至74°C，反应合成预聚物作为A组分；
[0042] (2)将端羟基聚二甲基硅氧烷（HTPDMS)、TMP扩链剂、去离子水、催化剂以及泡沫 稳定剂混合，作为B组分；
[0043] (3)将A组分和B组分混合，注入75°C磨具中，固化40min，脱模，然后70°C固化 8h，得到低压变特种聚氨酯微孔弹性体。
[0044] R值为1。所述催化剂为有机叔胺。所述泡沫稳定剂为吐温-80,其含量为聚四氢 呋喃醚的2 %。端羟基聚二甲基硅氧烷的含量占端羟基聚二甲基硅氧烷、聚醚三醇以及萘二 异氰酸酯三者含量总和的8%。
[0045] 实施例4
[0046] -种低压变特种聚氨酯微孔弹性体的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0047] (1)向聚醚三醇中加入萘二异氰酸酯，升温至70°C，反应合成预聚物作为A组分；
[0048] (2)将端羟基聚二甲基硅氧烷（HTPDMS)、TMP扩链剂、去离子水、催化剂以及泡沫 稳定剂混合，作为B组分；
[0049] (3)将A组分和B组分混合，注入73°C磨具中，固化35min，脱模，然后73°C固化 8h，得到低压变特种聚氨酯微孔弹性体。
[0050]R值为1. 02。所述催化剂为有机叔胺。所述泡沫稳定剂为吐温-80,其含量为聚四 氢呋喃醚的1.5%。端羟基聚二甲基硅氧烷的含量占端羟基聚二甲基硅氧烷、聚四氢呋喃醚 以及萘二异氰酸酯三者含量总和的7%。
[0051] 压缩永久变形测试按照GBT10653-2001测试；拉伸强度、断裂伸长率按照 GBT10654- 2001测试；硬度按照GBT531. 1-2008测试；冲击回弹率按照GBT670-2008测试； 静刚度按照铁道部科学技术司颁布（WJ-8型扣件暂行技术条件》中静刚度测试方法进行测 试。
[0052] 具体测试结果如下表所示：
[0053]
【权利要求】
1. 一种聚氨酯微孔弹性体的制备方法，所述方法包括如下步骤： (1) 向聚醚三醇中加入萘二异氰酸酯，升温至60?78°C，反应合成预聚物作为A组分； (2) 将端羟基聚二甲基硅氧烷、TMP扩链剂、去离子水、催化剂以及泡沫稳定剂混合，作 为B组分； (3) 将A组分和B组分混合，注入70?80°C磨具中，固化30?50min，脱模，然后60? 80°C固化7?9h，得到低压变特种聚氨酯微孔弹性体； 控制-NCO基团与活泼-OH基团的物质的量的比值为0. 95?1. 04 ;端羟基聚二甲基硅 氧烷的含量占端羟基聚二甲基硅氧烷、聚四氢呋喃醚二醇以及萘二异氰酸酯三者质量总和 的6?10%。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为有机叔胺。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述泡沫稳定剂为吐温-80,其含量为 聚四氢呋喃醚的1?3%。
4. 如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，端羟基聚二甲基硅氧烷的含量占端羟基 聚二甲基硅氧烷、聚醚三醇以及萘二异氰酸酯三者质量总和的7?10%。
5. -种聚氨酯微孔弹性体，其由如权利要求1-5之一所述方法制备得到。
【文档编号】C08G18/10GK104262583SQ201410478985
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】何健雄, 王一良 申请人:东莞市吉鑫高分子科技有限公司, 东莞市雄林新材料科技股份有限公司