一种聚氨酯弹性体组合料及其制备方法，聚氨酯弹性体的制备及其应用技术

本发明专利技术公开了一种聚氨酯弹性体组合料及其制备方法和应用，其包含异氰酸酯预聚物和固化剂组分，预聚物是由二异氰酸酯与聚醚多元醇反应得到，固化剂组分是由高伯羟基含量的聚醚多元醇、蓖麻油基多元醇、端羟基氢化聚丁二烯、小分子胺类交联剂和催化剂制备而成。该组合料可以使制品的脱模时间缩短至10min‑15min,且强度上升快无需高温二段硫化。其应用主要为健身器材的包胶,如哑铃、杠铃等。采用该组合料包胶的健身器材其回弹性能、抗撕裂性能比采用传统橡胶包胶的健身器材在相同硬度下高50％，且具有良好的光候稳定性、抗热氧老化性、耐冲击性、耐摔打性以及良好的加工工艺性能。

Polyurethane elastomer composite material and preparation method thereof, preparation and application of polyurethane elastomer

The invention discloses a polyurethane elastomer composite material and preparation method and application thereof, which comprises isocyanate prepolymer and a curing agent component, prepolymer is obtained by the reaction of diisocyanate and polyether polyol, a curing agent component is composed of high content of primary hydroxyl groups of polyether polyols, castor oil based polyols, hydroxyl terminated hydrogenated polybutadiene and small molecular amine crosslinking agent and catalyst prepared. The composite material can make the product release time is shortened to 10min 15min, and the intensity increases rapidly without high temperature vulcanization two. Its application is mainly for fitness equipment package, such as dumbbell, barbell, etc.. The combination of material encapsulated fitness equipment its resilience, tear resistance than the traditional rubber coated fitness equipment in the same hardness as high as 50%, and has thermal stability, good light when oxygen aging resistance, impact resistance, beat and processing good performance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于聚氨酯弹性体领域，具体涉及一种聚氨酯弹性体组合料及其制备方法，还涉及采用该组合料制备聚氨酯弹性体以及该聚氨酯弹性体可用于制备包胶类健身器材。
技术介绍
随着人们生活水平的提高,健身运动成了很多人生活的一部分，如用健身的哑铃、杠铃等锻炼身体或进行健美训练。健身用的哑铃或杠铃是由哑铃或杠铃杆及在其二侧重量相同的哑铃片组成。在健身房内使用的哑铃或杠铃片，越来越多采用内是钢铁材料，外是由橡胶或聚氨酯包覆的结构，其目的是保护健身房内的地板及其他健身设施。传统的橡胶包覆材料因其含有众多的双键，因此在受到热、氧、紫外线等外部条件下容易发生老化，丧失强度和弹性，从而对哑铃的使用产生消极的影响。此外，橡胶材料的加工工艺较为复杂，包括开炼、混炼、密炼、一段热硫化以及二段热硫化等，极大降低了包胶哑铃、杠铃的生产效率。聚氨酯是一种性能介于橡胶和塑料之间的高分子合成材料，其特点是硬度可调范围宽，其硬度范围可在邵A10到邵D80之间变化，且在高硬度下仍具有良好的弹性和韧性。与橡胶相比，在相同的硬度下，其弹性要好于橡胶。其次，聚氨酯的分子结构中不含有不饱和的化学键，因而其耐老化性能优异，使用寿命长。再次，聚氨酯的加工成型工艺简单，既可以采用一次注塑成型又可以采用一次浇注成型，还可以通过催化剂种类以及含量的变化，实现其室温熟化，极大提高了包胶哑铃或杠铃的生产效率。公开专利CN102232092公开了一种聚氨酯的制造方法，，该专利用于健身器材方面是作为溶剂型双组份涂料来应用的，其作为涂层只用于基体表面，主要对基体本身起保护作用，且涂覆较薄，不能提高健身器材的弹性，而且由于其为溶剂型涂料，不环保。因此，需要寻求一种聚氨酯组合料配方，既能够在保证哑铃良好使用性能的前提下延长其使用寿命，又能够在制备哑铃时降低脱模时间，实现室温熟化，提高生产效率。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种聚氨酯弹性体组合料及其制备方法，该配方原料易得，A、B组分调配简便且制备工艺简单可行。本专利技术的另一个目的在于提供一种聚氨酯弹性体的制备方法，通过使用本专利技术的组合料制备聚氨酯弹性体，降低脱模时间，实现室温熟化，提高生产效率。本专利技术的再一个目的提供所述的聚氨酯弹性体在用于包胶类健身器材的用途，所述的健身器材可以是哑铃或杠铃、铃片，由其制备的聚氨酯哑铃、杠铃性能优异，其回弹性能、抗撕裂性能比传统橡胶制备的哑铃、杠铃提高50％。为达到以上专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种聚氨酯弹性体组合料，其包含A组分(固化剂组分)和B组分(预聚体组分)，A组分：以A组分总重量计，包含：高伯羟基含量的聚醚多元醇50wt％-86wt％，优选60wt％-80wt％；蓖麻油基多元醇1wt％-5wt％，优选2wt％-4wt％；端羟基氢化聚丁二烯2wt％-6wt％，优选3wt％-5wt％；数均分子量在100-300范围的小分子胺类交联剂10wt％-40wt％，优选11wt％-34wt％；催化剂100ppm-2000ppm，优选1000-2000ppm；B组分：由二异氰酸酯与聚醚多元醇反应得到的NCO含量为10wt％-15wt％的预聚物。A组分与B组分的重量比为100：80～100：120。本专利技术所述的组合料中，所述的高伯羟基含量的聚醚多元醇官能度为2～4，数均分子量在2000-7000范围内，伯羟基含量为70％-90％(以羟基总量计)；优选所述的高伯羟基含量的聚醚多元醇官能度为3～4，数均分子量在3000-6500范围内。本专利技术所述的组合料中，所述的蓖麻油基多元醇的羟值在100-200mgKOH/g范围内，且官能度为2-3。优选所述的蓖麻油基多元醇的官能度为2.5-2.7，羟值160-195mgKOH/g。更进一步优选UricH-30(日本伊藤制油株式会社)。这类多元醇具有比一般的聚醚型和聚酯型多元醇更好的热稳定性、耐水解性、耐酸性和耐化学品性能，并且具有优异的柔韧性、电绝缘性和耐磨性以及耐冲击等力学性能。本专利技术所述的组合料中，所述的端羟基氢化聚丁二烯数均分子量在1000-3500范围内。作为一种优选的方法，所述的端羟基氢化聚丁二烯官能度为1.8～2.0，数均分子量2000-3500，更优选所述的端羟基氢化聚丁二烯的官能度为1.9，数均分子量为2100或3100。更进一步优选HLBH-P2000或HLBH-P3000(法国CrayValley公司)。这类多元醇具有类似天然橡胶及丁基橡胶等聚合物的性能，制备的聚氨酯弹性体具有优异的力学性能、低温柔顺性以及耐老化性，此外主链为饱和结构，具有更好的光候稳定性。本专利技术A组分中选用的高伯羟值含量的聚醚多元醇和低分子量的小分子胺类交联剂能够在聚氨酯弹性体的分子结构中产生足够的交联度和刚度，为聚氨酯弹性体提供较高的强度和弹性，此外较高的伯羟基含量极大提高了A组分的反应活性，可以有效缩短弹性体的脱模时间和熟化时间。聚丁二烯链段可以依靠其自身内旋转来改善普通多元醇的耐低温性能，由此制备的聚氨酯弹性体可具备优良的弹性和低温柔韧性。作为一种优选的方案，本专利技术所述的组合料中，所述的小分子胺类交联剂为亚甲基双邻氯苯胺、3,5-二乙基甲苯二胺、3,5-二甲硫基甲苯二胺、4,4′-亚甲基双(2-乙基苯胺)、甲苯二胺以及4,4′-二苯基甲烷二胺的一种或多种，优选亚甲基双邻氯苯胺。此胺类交联剂的分子结构中含有苯环，并且生成的脲基具有较强的极性，这些结构在很大程度上可赋予弹性体较高的强度、抗撕裂性能和耐摔打性能。本专利技术所述的组合料中，所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、有机铋、有机锌、有机锆以及有机铅中的一种或多种。作为一种优选的方案，所述的催化剂为异辛酸铋和异辛酸锌的混合物，以催化剂总重计，催化剂中铋含量为16-20wt％，锌含量为19-22wt％。其中有机铋对NCO基团的选择性更佳，制成的终产品力学性能更佳，有机锌可使聚氨酯弹性体的分子链产生有效的交联，使制品气泡少，表面光泽度高。选择两种催化剂在合适的配比下协同作用使得制备的聚氨酯弹性体力学性能好，气泡少，表面光亮，使制品快速脱模，提高生产效率，并保证制品在室温条件下能快速熟化，尽快达到最终性能，提高生产效率。作为一种优选的方案，本专利技术所述的组合料中，B组分由40wt％-60wt％的二苯基甲烷二异氰酸酯与40wt％-60wt％的聚醚多元醇反应得到，基于B组分总量。优选地，所述的二苯基甲烷二异氰酸酯为4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯以及碳化二亚胺改性的MDI中的一种或多种，更优选4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯和2,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯各占50％的混合物，例如万华化学集团股份有限公司生产的MDI-50。所述的聚醚多元醇以1,2-丙二醇作为起始剂，与环氧丙烷聚合得到，其数均分子量为900-3000,不含任何EO链节。所述的聚氨酯弹性体组合料的制备方法如下：A组分按照如下制备方法得到：将高伯羟基含量的聚醚多元醇、蓖麻油基多元醇、端羟基氢化聚丁二烯、小分子胺类交联剂、催化剂在100℃-110℃，-0.1～-0.095MPa(表压)以下脱水至水含量≤500ppm，得到固化剂组分；B组分制备：将二异氰酸酯与聚醚多元醇在70℃-80℃下反应1.5-3小时。本专利技术的组合料A组分与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚氨酯弹性体组合料，其特征在于，其包含A组分和B组分：A组分：以A组分总重量计，包含：高伯羟基含量的聚醚多元醇50wt％‑86wt％，优选60wt％‑80wt％；蓖麻油基多元醇1wt％‑5wt％，优选2wt％‑4wt％；端羟基氢化聚丁二烯2wt％‑6wt％，优选3wt％‑5wt％；数均分子量在100‑300范围的小分子胺类交联剂10wt％‑40wt％，优选11wt％‑34wt％；催化剂100ppm‑2000ppm，优选1000‑2000ppm；B组分：由二异氰酸酯与聚醚多元醇反应得到的NCO含量为10wt％‑15wt％的预聚物。

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯弹性体组合料，其特征在于，其包含A组分和B组分：A组分：以A组分总重量计，包含：高伯羟基含量的聚醚多元醇50wt％-86wt％，优选60wt％-80wt％；蓖麻油基多元醇1wt％-5wt％，优选2wt％-4wt％；端羟基氢化聚丁二烯2wt％-6wt％，优选3wt％-5wt％；数均分子量在100-300范围的小分子胺类交联剂10wt％-40wt％，优选11wt％-34wt％；催化剂100ppm-2000ppm，优选1000-2000ppm；B组分：由二异氰酸酯与聚醚多元醇反应得到的NCO含量为10wt％-15wt％的预聚物。2.根据权利要求1所述的组合料，其特征在于，所述的高伯羟基含量的聚醚多元醇官能度为2～4，数均分子量在2000-7000范围内，伯羟基含量为70％-90％；优选所述的高伯羟基含量的聚醚多元醇官能度为3-4，数均分子量在3000-6500范围内。3.根据权利1或2所述的组合料，其特征在于：所述的蓖麻油基多元醇官能度为2-3，羟值100-200mgKOH/g，优选所述的蓖麻油基多元醇的官能度为2.5-2.7，羟值160-195mgKOH/g。4.根据权利1-3中任一项所述的组合料，其特征在于：所述的端羟基氢化聚丁二烯数均分子量在1000-3500范围内，优选所述的端羟基氢化聚丁二烯官能度为1.8～2.0，数均分子量2000-3500，更优选所述的端羟基氢化聚丁二烯的官能度为1.9，数均分子量为2100或3100。5.根据权利1所述的组合料，其特征在于：所述的B组分，由40wt％-60wt％的二苯基甲烷二异氰酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗建勋，王凯，齐旺顺，胡兵波，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37