用于制备复合材料的聚氨酯组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种用于制备复合材料的聚氨酯组合物，其制备得到的聚氨酯复合材料以及制备聚氨酯复合材料的方法。聚氨酯组合物包含：a)异氰酸酯组分；b)异氰酸酯反应性组分；c)自由基反应引发剂和d)有机金属催化剂；所述组分b)异氰酸酯反应性组分的羟值为200mgKOH/g

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备复合材料的聚氨酯组合物


[0001]本专利技术涉及一种用于制备复合材料的聚氨酯组合物，其制备得到的聚氨酯复合材料以及制备聚氨酯复合材料的方法。

技术介绍

[0002]由聚合物基体和纤维状填料构成的复合材料主要作为轻质结构材料用于机动车辆建造、造船、飞机制造、体育领域、建筑工业、石油工业以及电力和能源领域中。复合材料的聚合物基体可以固定纤维状填料，确保负载的传递并保护纤维状填料免受环境影响，纤维状填料用于引导负载。 通过聚合物基体和纤维状填料的合适组合，可以获得机械强度和物理性能优秀的复合材料。
[0003]复合材料中的聚合物基体，常见的有环氧树脂、聚酯、聚氨酯和聚乙烯基酯。
[0004]基于芳香族多异氰酸酯制备的聚氨酯作为复合材料中的聚合物基体，将复合材料应用于室内应用时具有良好的物理性能，但是将其应用于户外应用时，耐候性能差，复合材料容易变色、失去光泽，且聚合物基体易降解。因此在户外使用时需要在复合材料表面增加保护涂层。并且，在颜色方面，工业生产的芳香族多异氰酸酯经常已经着色为棕色，因此用浅色着色或设定特定的色调对于基于芳香族多氰酸酯制备的聚氨酯作为复合材料中的聚合物基体的体系是不可能的，或者是需要依赖于特定原材料批次的。此外，常见的芳香族多异氰酸酯例如TDI、MDI、PMDI的活性太高，制备聚氨酯的过程中反应迅速，且对水分极其敏感，会快速凝胶和固化，使聚氨酯失去流动性，难以用于后续的复合材料的制备中。这使得基于芳香族多异氰酸酯制备的聚氨酯作为复合材料的聚合物基体的体系的可操作时间短，对施工工艺要求严苛，因此工业界一直努力开发一种可操作时间长的聚氨酯基体。
[0005]专利CN10290614、CN10321001和CN103298862公开了一种存贮稳定的反应性或高反应性的聚氨酯组合物的预浸料。预浸料中的聚氨酯使用内部封端(例如脲二酮的形式)和/或通过外部封端剂封端的脂肪族多异氰酸酯制备。预浸料的缺点是固化温度高，固化时间长，难以应用于需要快速固化的工艺。
[0006]专利CN1221587公开了一种LPA杂化物，包含：具有至少一个烯不饱和键和一个对异氰酸酯反应活性基团的第一组分；可以与第一组分通过自由基聚合的烯键式不饱和单体的第二组分；可以与第一组分通过聚氨酯反应的，平均官能度至少1.75的多异氰酸酯组成的第三组分；自由基催化剂为第四组分以及占杂化物3
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20％的分子量至少为10000道尔顿的热塑性聚合物。该方法在应用时需添加多种组分，操作复杂。
[0007]专利CN103974986公开了一种自由基聚合性树脂组合物，包含具有两种不同结构的含有（甲基）丙烯酰基的聚氨酯(I)(II)和自由基聚合性不饱和单体，结构（I）由含有脂肪族环式结构的多元醇和含有脂肪族环式结构的异氰酸酯反应生成，结构式（II）由聚醚多元醇和异氰酸酯反应生成，该方法需要预先合成这两种特殊结构的聚氨酯。
[0008]CN11023368 描述了含有既可以通过异氰脲酸酯键也可以通过自由基反应机制交联的组分的可聚合组合物，该可聚合组合物包含至少一种含有烯属双键和/或异氰酸酯反
应性基团的组分、异氰酸酯、三聚催化剂和自由基起始剂，其中异氰酸酯基团和异氰酸酯反应性基团的摩尔比至少为2：1。制备该可聚合组合物的反应组分被加热时，异氰酸酯自身的三聚反应，异氰酸酯和异氰酸酯反应性基团间的加成反应，以及自由基引发的烯属双键的聚合反应同时发生。
[0009]CN110372823公开了一种单组分热固化的聚氨酯组合料，包括：改性聚氨酯低聚物、活性化合物、阻聚剂和自由基引发剂；改性聚氨酯低聚物由包括二异氰酸酯和单双键封端的聚己内酯反应聚合制得。该方法需要预先合成改性聚氨酯低聚物。
[0010]CN104045803公开了一种基于脂肪族聚氨酯体系的拉挤成型复合材料，包括透明的，在25
º
C下粘度不大于1000厘泊的脂肪族多异氰酸酯和分子量150
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400且OH官能度大于或等于3的胺起始多元醇，该脂肪族多异氰酸酯和多元醇原料成本高。
[0011]CN105985505和CN105778005都描述了一种由含双键的聚氨酯和基于各种甲基丙烯酸酯的反应性稀释剂构成的可自由基聚合的组合物。 前者异氰酸酯组分是甲苯二异氰酸酸酯残留物，后者是二苯基甲烷二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯预聚物。该组合物是两段反应机制，操作复杂。
[0012]CN104974502 和 WO2019/053061都描述了一种可由增强材料和聚氨酯组合物获得的复合材料，该聚氨酯组合物由至少一种芳香族多异氰酸酯、异氰酸酯反应性组分和自由基起始剂构成，该异氰酸酯反应性组分由至少一种多元醇和至少一种具有羟基的甲基丙烯酸酯构成。异氰酸酯基团和羟基之间的加成反应与自由基引发的甲基丙烯酸酯的链聚合同时发生。该聚氨酯组合物在无聚氨酯反应催化剂的情况下，相较于传统聚氨酯体系增加了凝胶时间，但和工业界常用的环氧树脂、不饱和树脂体系比较仍有明显差距。而且，无聚氨酯反应催化剂的体系由于反应速度降低，对于要求快速，开放式操作的工艺，例如拉挤和缠绕工艺就很难适用。
[0013]因此，本专利技术的目的是提供一种兼具优异耐候性和机械强度的聚氨酯复合材料，用于形成聚氨酯复合材料的聚氨酯基体的聚氨酯组合物具有可操作时间长和施工工艺简单的优点。

技术实现思路

[0014]本专利技术涉及一种用于制备复合材料的聚氨酯组合物，其制备得到的聚氨酯复合材料及其用途，以及制备聚氨酯复合材料的方法。
[0015]根据本专利技术的一种用于制备复合材料的聚氨酯组合物，包含：a) 异氰酸酯组分，所述异氰酸酯组分包含不少于97.5重量%的脂肪族异氰酸酯和可选的一芳香族异氰酸酯；b)异氰酸酯反应性组分，包含：b1) 至少一有机多元醇，所述有机多元醇的量为20重量%
‑
80重量%，以所述异氰酸酯反应性组分的量为100重量%计；和b2) 至少一符合式I结构的化合物：
其中，R1选自氢、甲基或乙基；R2选自具有2
‑
6 个碳原子的亚烷基、2,2
‑ꢀ
二(4
‑ꢀ
亚苯基)
‑ꢀ
丙烷、1,4
‑ꢀ
二( 亚甲基) 苯、1,3
‑ꢀ
二( 亚甲基) 苯或1,2
‑ꢀ
二( 亚甲基) 苯；n是1
‑
6的整数；c) 自由基反应引发剂；和d) 有机金属催化剂；所述组分b) 异氰酸酯反应性组分的羟值为200mgKOH/g
‑
700mgKOH/g，所述组合物的异氰酸酯基团与羟基基团的摩尔比为0.6
‑
1.5。
[0016]根据本专利技术的一个方面，提供了一种聚氨酯复合材料，包含聚氨酯树脂基体和增强材料，所述聚氨酯树脂基体通过根据本专利技术所提供的聚氨酯组合物制备。
[0017]根据本专利技术的又一方面，提供了制备聚氨酯复合材料的方法，所述聚氨酯复合材料包含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备复合材料的聚氨酯组合物，包含：a) 异氰酸酯组分，所述异氰酸酯组分包含不少于97.5重量%的脂肪族异氰酸酯和可选的一芳香族异氰酸酯；b) 异氰酸酯反应性组分，包含：b1) 至少一有机多元醇，所述有机多元醇的量为20重量%
‑
80重量%，相对于所述异氰酸酯反应性组分的总重量计；和b2) 至少一符合式I结构的化合物：其中，R1选自氢、甲基或乙基；R2选自具有2
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6 个碳原子的亚烷基、2,2
‑ꢀ
二(4
‑ꢀ
亚苯基)
‑ꢀ
丙烷、1,4
‑ꢀ
二( 亚甲基) 苯、1,3
‑ꢀ
二( 亚甲基) 苯或1,2
‑ꢀ
二( 亚甲基) 苯；n是1
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6的整数；c) 自由基反应引发剂；和d) 有机金属催化剂；所述组分b) 异氰酸酯反应性组分的羟值为200mgKOH/g
‑
700mgKOH/g，所述组合物的异氰酸酯基团与羟基基团的摩尔比为0.6
‑
1.5。2.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于，所述组分a) 脂肪族异氰酸酯是下列的一种或多种：未封闭的脂肪族二异氰酸酯、未封闭的脂肪族多异氰酸酯、未封闭的脂环族二异氰酸酯、未封闭的脂环族多异氰酸酯，以及它们的多聚体和预聚体。3.根据权利要求1或2任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，所述组分a) 异氰酸酯组分的异氰酸酯基团含量为10重量%
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61重量%，优选15重量%
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50重量%，最优选18重量%
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40重量%，相对于组分a)异氰酸酯组分的总重量计。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，所述组分b1) 有机多元醇的羟基官能度为1.7
‑
6。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，所述组分b1) 有机多元醇的羟值...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓妍，陈如其，刘立果，刘经梅，
申请(专利权)人：科思创德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：