CN103923457A - 一种高耐磨聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐磨聚氨酯弹性体及其制备方法，由预聚体组分(A组分)和扩链剂组分(B组分)两部分组成，A组分以重量份计由100份聚酯或聚醚多元醇、15～30份TDI、0～20份软化剂、0.5～2有机减磨剂、2～10气相白炭黑组成；B组分为混合二胺类扩链剂，由甲基-双(3-氯-2，6-二乙基-苯胺)(MCDEA)和其他二胺类扩链剂混合物组成。本发明材料具有优异的耐磨性能和力学性能，可用于制备聚氨酯筛板、筛网、传送带等选矿设备领域的产品。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯弹性体及其制备方法，特别涉及具有优异的耐磨性能和力学性能的聚氨酯产品。
背景技术
聚氨酯筛板和筛网是矿石筛分的工作面，在运行过程中，物料对筛板和筛网产生滑动摩擦、滚动摩擦、冲击、磨损和腐蚀等作用，工作环境恶劣，筛板和筛网的耐磨性能是影响其使用寿命的重要因素，目前市场上用于聚氨酯筛板和筛网的材料通常为聚酯/甲苯二异氰酸酯(TDI)/4,4′-二氨基-3,3′-二二氯二苯甲烷(MOCA)体系，其磨耗(DIN53516)一般大于50mm3，使用寿命通常为三到六个月。
聚氨酯材料在实际使用中通常是通过更换原料或加入抗磨助剂或填料来改善耐磨性能。胡奉伟，葛铁军.MCDEA对聚氨酯弹性体耐磨性的影响[J].创新沈阳文集，262-266，采用PTMG和TDI-80合成预聚体，分别用MOCA和MCDEA扩链，考察了两种扩链剂对弹性体耐磨性能的影响，相同条件下，MCDEA比MOCA耐磨性好。陶海涛.改性HTBN型聚氨酯弹性体的制备及性能研究[D].齐齐哈尔大学2011，对聚醚型聚氨酯中石墨和二硫化钼加入量对弹性体耐磨性能的影响进行研究，材料的耐磨性能提高不大。刘芳，吴小华，刘安石，等.减磨耐磨聚氨酯复合材料摩擦性能的研究[J].塑料工业，1997(4)：76-78通过在聚醚/TDI预聚体中加入具有减磨功能的添加剂进行物理共混，用MOCA扩链，考察减磨添加剂对材料耐磨性能的影响，结果表明：有机硅和有机蜡类添加剂与胶料相容性较好，能明显改善材料耐磨性能，而含氟材料和无机填料对耐磨性改善不明显，并且与胶料的相容性较差，体系发生明显的相分离。
专利文献CN102264786A公开了一种靴形压带，其包括由含异氰酸酯基团的预聚物和扩链剂共混物制得的聚氨酯聚合物，该预聚物是用对苯二异氰酸酯(PPDI)制备，且该扩链剂共混物包括甲基-双(3-氯-2，6-二乙基-苯胺)(MCDEA)，其使用的原料PPDI价格昂贵。
专利文献CN103254387A公开了一种高耐磨聚氨酯弹性体及其制备方法，该发明通过加入超高分子量的乙烯粉，提高了弹性体的耐磨性和拉伸强度最大27.9，磨耗大于100mm3/1000m。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种高耐磨聚氨酯弹性体，该弹性体具有优异的耐磨性能和力学性能。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种高耐磨聚氨酯弹性体材料的制备方法。
本发明的高耐磨聚氨酯弹性体材料由预聚体组分(A组分)和扩链剂组分(B组分)两部分组成：
(1)A组分，以重量份计：
有机减磨剂为有机硅、有机氟或有机蜡类的一种或几种混合物，例如有甲基硅油、氟碳乳液或液体石蜡等。气相白炭黑比表面积为150～380m2/g较好，例如EVONIK的A200、A380等。
其中聚酯或聚醚多元醇优选聚酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇(PTMG)、聚碳酸酯二元醇(PCD)或其组合。聚酯二元醇优选数均分子量为1000-3000的聚己二酸系聚酯二元醇、聚己内酯二元醇(PCL)。聚四氢呋喃二元醇(PTMG)优选数均分子量1000-3000。
软化剂为邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二甲氧基乙酯(DMEP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)、二乙二醇二苯甲酸酯(DEG)、二丙二醇二苯甲酸酯(DPG)等中的一种或几种掺混。
(2)B组分为混合二胺类扩链剂，由甲基-双(3-氯-2，6-二乙基-苯胺)(MCDEA)和其他二胺类扩链剂混合物组成，其中MCDEA与其他二胺扩链剂的摩尔比优选为0.5～1.5∶1，其他二胺扩链剂可选用4，4’-二氨基-3，3’-二氯二苯甲烷(MOCA)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)或二乙基甲苯二胺(DETDA)等一种或几种的混合物。
本发明的高耐磨聚氨酯弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)A组分的制备：将聚酯或聚醚多元醇、软化剂、有机减磨剂和气相白炭黑，按计量加入反应器搅拌，混合0.5～1h，通过球磨机进行二次混合分散后，加入反应器，料温升至120～130℃，真空脱水2～3h，降温后加入TDI，反应温度控制在75～95℃，反应时间为1.5～2h，真空脱泡，降温出料，密封保存；
(2)B组分的制备：分别将不同的胺类扩链剂加热融化后，按照相应的摩尔比混合均匀后备用；
(3)弹性体的制备：物料浇注可采用手工浇注或机器浇注，扩链系数为0.9～0.95，A组分温度70～90℃，B组分温度100～130℃，模具温度100～120℃，凝胶时间4～8min，脱模时间20～40min，后硫化温度为100～120℃，硫化时间12～16h。
本发明方法所得弹性体性能见表1。
表1弹性体性能
| 硬度/邵A | 92～97 |
| 凝胶时间/min | 4～7 |
| 脱模时间/min | 20～40 |
| 拉伸强度/MPa | 45～60 |
| 撕裂强度/N/mm | 100～120 |
| 伸长率/％ | 400～550 |
| 磨耗/mm3 | <30 |
本发明采用气相白炭黑和有机减磨剂的共同使用，改善了有机类助剂在物料中的分散均匀性，整体提高了材料的耐磨性能。所发明的材料具有优异的耐磨性能和力学性能，可用于制备聚氨酯筛板、筛网、传送带等选矿设备领域的产品。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，不限于本发明。
聚酯多元醇LM2456为黎明化工研究院生产的己二酸乙二醇丁二醇酯聚酯多元醇，分子量2000；聚酯多元醇LM2856为黎明化工研究院生产的己二酸乙二醇丙二醇酯聚酯多元醇，分子量2000；PTMG-1000为聚四氢呋喃，分子量为1000。
实施例1
A组分的合成：先将1000g聚酯多元醇LM2456、100gDEP、10g甲基硅油和30g白炭黑混合后，加入球磨机进行二次混合分散，然后取585g加入反应器，加热至125℃，真空下脱水2h后，将料温降至70℃，加入220gTDI，在75℃、氮气保护下反应2h。
B组分的制备：将MOCA与MCDEA分别融化后按摩尔比为1∶0.5混合均匀。
弹性体的制备：将A、B组分按照0.93的扩链系数混合脱泡后，浇入100℃2mm模具，40min脱模，125℃后硫化12h，室温放置7天后测性能。所得材料性能见表2。
实施例2
A组分的合成：先将1000gPTMG-1000、20g氟碳乳液和60g白炭黑混合后，加入球磨机进行二次混合分散，然后取510g加入反应器，加热至120℃，真空下脱水2h后，将料温降至70℃，加入242gTDI，在95℃、氮气保护下反应1.5h。
B组分的合成：将MOCA与MCDEA分别融化后按摩尔比为1∶1.5混合均匀。
弹性体的制备：将A、B组分按照0.9的扩链系数混合脱泡后，浇入120℃2mm模具，20min脱模，100℃后硫化16h，室温放置7天后测性能。所得材料性能见表2。
对比例1
A组分的合成：在反应器中加入500g聚酯多元醇LM2856加热至100-110℃，真空下脱水3h后，将料温降至70℃，加入100gTDI，在80℃、氮气保护下反应3h使反应完全。
B组分的制备：将MOCA与MCDEA分别融化后按摩尔比为1∶0.5混合均匀。
弹性体的制备：将A、B组分按照0.93的扩链系数混合脱泡后，浇入100℃2mm模具，40min脱模，100℃后硫化16h，室温放置7天后测性能。所得材料性能见表2。
表2实施例材料性能
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 |
| 硬度/邵A | 91 | 95 | 91 |
| 凝胶时间/min | 7 | 4 | 6.5 |
| 脱模时间/h | 40 | 20 | 35 |
| 拉伸强度/MPa | 46 | 52 | 45 |
| 撕裂强度/N/mm | 103 | 110 | 105 |
| 伸长率/％ | 460 | 520 | 480 |
| 磨耗/mm3 | 28 | 24 | 43 |
Claims (10)
1.一种高耐磨聚氨酯弹性体，由预聚体组分(A组分)和扩链剂组分(B组分)两部分组成：
(1)A组分，以重量份计：
(2)B组分为混合二胺类扩链剂，由甲基-双(3-氯-2，6-二乙基-苯胺)(MCDEA)和其他二胺类扩链剂混合物组成。
2.根据权利要求1所述的高耐磨聚氨酯弹性体，其特征是有机减磨剂是指有机硅、有机氟或有机蜡类的一种或几种混合物。
3.根据权利要求2所述的高耐磨聚氨酯弹性体，其特征是有机减磨剂是指有甲基硅油、氟碳乳液或液体石蜡，气相白炭黑比表面积为150～380m2/g。
4.根据权利要求1所述的高耐磨聚氨酯弹性体，其特征是聚酯或聚醚多元醇是指聚酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇(PTMG)、聚碳酸酯二元醇(PCD)或其组合。
5.根据权利要求4所述的高耐磨聚氨酯弹性体，其特征是聚酯二元醇是指数均分子量为1000-3000的聚己二酸系聚酯二元醇、聚己内酯二元醇(PCL)；聚四氢呋喃二元醇(PTMG)数均分子量为1000-3000。
6.根据权利要求1所述的高耐磨聚氨酯弹性体，其特征是软化剂为邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二甲氧基乙酯(DMEP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)、二乙二醇二苯甲酸酯(DEG)、二丙二醇二苯甲酸酯(DPG)中的一种或几种掺混。
7.根据权利要求1所述的高耐磨聚氨酯弹性体，其特征是MCDEA与其他二胺扩链剂的摩尔比优选为0.5～1.5∶1，其他二胺扩链剂为4，4’-二氨基-3，3’-二氯二苯甲烷(MOCA)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)或二乙基甲苯二胺(DETDA)一种或几种的混合物。
8.一种制备权利要求1～7之一所述的高耐磨聚氨酯弹性体的方法，包括以下步骤：
(1)A组分的制备：将聚酯或聚醚多元醇、软化剂、有机减磨剂和气相白炭黑，按计量加入反应器搅拌，混合0.5～1h，通过球磨机进行二次混合分散后，加入反应器，料温升至120～130℃，真空脱水2～3h，降温后加入TDI，反应温度控制在75～95℃，反应时间为1.5～2h，真空脱泡，降温出料，密封保存；
(2)B组分的制备：分别将不同的胺类扩链剂加热融化后，按照相应的摩尔比混合均匀后备用；
(3)弹性体的制备：物料浇注可采用手工浇注或机器浇注，扩链系数为0.9～0.95，A组分温度70～90℃，B组分温度100～130℃，模具温度100～120℃，凝胶时间4～8min，脱模时间20～40min，后硫化温度为100～120℃，硫化时间12～16h。
9.根据权利要求8所述的制备高耐磨聚氨酯弹性体的方法，其特征是所得弹性体具有以下性能：
10.根据权利要求8或9所述的制备高耐磨聚氨酯弹性体的方法，其特征是所得弹性体可用于制备聚氨酯筛板、筛网或传送带。
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