一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聚氨酯彈性體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溜冰鞋屬于娛樂(lè)體育用品的一種，分為冰刀鞋，旱冰鞋，輪滑鞋三種。冰刀鞋鞋底是一片鋒利的刀片，旱冰鞋鞋底是兩排四顆輪子，輪滑鞋鞋底是一排四顆輪子，利用滾動(dòng)和滑行原理讓人可以在高速下滑行，做出各種華麗的動(dòng)作。因?yàn)楸缎仨毜玫奖贤ㄟ^(guò)專(zhuān)利的訓(xùn)練才能熟練使用，因此目前比較大眾流行的是旱冰鞋和輪滑鞋。
[0003]旱冰鞋和輪滑鞋因?yàn)樾釉O(shè)置有輪子，因此能在普通的平地上使用。作為最主要的部件一一輪子，也包括滑板等的主要承載和運(yùn)行部件，其硬度、耐磨性、回彈率、耐撕裂強(qiáng)度等等一直是人們研究的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體，其硬度為50A，拉伸強(qiáng)度大于50KN/m，磨耗小于38mm3，回彈率大于50%，對(duì)環(huán)境友好。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體的制備方法，其工藝簡(jiǎn)單易行，生產(chǎn)成本低，得到的產(chǎn)品質(zhì)量好。
[0006]本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體，由以下重量份的原料組成:
聚醚多元醇20-40份
二苯基甲烷二異氰酸酯30-40份
1,4-丁二醇10-21 份
抗氧劑2-8份
添加劑A1-3份
抗UV劑0.7-2份抗靜電劑0.003-0.007份，所述添加劑A為美國(guó)Smooth-on公司生產(chǎn)，由上海智新科技有限公司銷(xiāo)售的TASK系列中的組分A。
[0007]抗UV劑優(yōu)選使用博納化工的UV-9，可以延緩彈性體的老化程度。
[0008]所述抗氧劑為本領(lǐng)域常用的抗氧劑，如1010、168或1076等等。
[0009]所述抗靜電劑為乙氧基化脂肪族烷基胺等非離子型抗靜劑的效果較佳，如乙氧基化烷基胺、乙氧基化烷基酸胺、乙氧基月桂酷胺等等，抗靜電效果持久，在濕度較小的環(huán)境下依然能保持較好的防靜電效果。
[0010]聚醚多元醇是一類(lèi)常用的聚氨酯原料，它是分子主鏈結(jié)構(gòu)上還有醚鍵、端基帶有羥基的醇類(lèi)聚合物或齊聚物。因其結(jié)構(gòu)中的醚鍵內(nèi)聚能較低，并易于旋轉(zhuǎn)，因此由它制備的聚氨酯材料低溫柔韌性能好、耐水解性能優(yōu)良。手感好、體系粘度低、易與異氰酸酯等組分互溶，加工性能優(yōu)良。由于它是以石油裂解產(chǎn)物為原料制成的，故產(chǎn)量高、價(jià)格低廉。但機(jī)械性能不如聚酯多元醇基聚氨酯，耐油和抗磨性都不理想，因此本發(fā)明通過(guò)添加添加劑A、結(jié)合抗UV劑和抗靜電劑，綜合提高其機(jī)械性能。
[0011]本發(fā)明添加少量的抗靜電劑，尤其適用于一些設(shè)置有電子元器件的輪滑或滑板裝備，提高材料的抗靜電性能，防止對(duì)電子元器件的影響。
[0012]聚氨酯彈性體在固態(tài)下使用，在各種外力作用下所表現(xiàn)的力學(xué)性能是其使用性能的重要指標(biāo)。力學(xué)性能主要取決于化學(xué)結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，大分子鏈的主價(jià)力，分子間作用力和分子鏈的柔順性。
[0013]聚氨酯彈性體能否有可逆性結(jié)晶結(jié)構(gòu)，主要取決于軟鏈段的極性、分子量、分子間力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)的規(guī)整性。
[0014]但是在硬度越低的情況下，微相分離越小，力學(xué)性能強(qiáng)度變小，回彈增大。撕裂強(qiáng)度降低。
[0015]普通的低硬度聚氨酯溜冰輪，在達(dá)到紹爾硬度50A的情況下，拉伸強(qiáng)度，撕裂強(qiáng)度，300%定伸應(yīng)力變小，回彈及斷裂伸長(zhǎng)率變大，無(wú)法滿足用戶的需求。
[0016]本公司在原來(lái)普通配方上添加使用添加劑A后，明顯的提高了拉伸強(qiáng)度，撕裂強(qiáng)度，定伸應(yīng)力以及耐熱性，且確?；貜椉皵嗔焉a(chǎn)率變化不大，滿足輪子的綜合性能的需求。
[0017]添加劑A作用機(jī)理:
添加劑A為復(fù)合硅橡膠中的其中一種組分，用以制備硅橡膠模塊的模殼。此添加劑為無(wú)色透明油性液體，粘度400 mPa.So
[0018]本發(fā)明特殊添加了添加劑A，在不增加整體化學(xué)交聯(lián)密度的情況下，顯著的提高了高分子的交聯(lián)密度，故硬度及力學(xué)性能上升，由于此添加劑不影響化學(xué)交聯(lián)密度，故并不影響材料的微相分離，故彈性體的回彈及斷裂伸長(zhǎng)率變化不大，解決了當(dāng)降低硬度的同時(shí)不會(huì)增加回彈率的問(wèn)題。本發(fā)明選用美國(guó)Smooth-on公司生產(chǎn)，由上海智新科技有限公司銷(xiāo)售的TASK系列中的組分A，其中，目前美國(guó)Smooth-on公司生產(chǎn)的TASK系列有2、3和8三種，包括A組分和B組分，在使用過(guò)程中是A組分與B組分進(jìn)行混合使用的。本發(fā)明只使用其中的A組分作為添加劑A，得到了意想不到的技術(shù)效果。
[0019]進(jìn)一步的，一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體，由以下重量份的原料組成:
聚醚多元醇20-30份
二苯基甲烷二異氰酸酯30-35份
1,4-丁二醇10-15 份
抗氧劑2-4份
添加劑A1-3份
抗UV劑0.7-1.3份
抗靜電劑0.003-0.007份。
[0020]進(jìn)一步的，一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體，由以下重量份的原料組成:
聚醚多元醇31份-40份
二苯基甲烷二異氰酸酯36-40份 1.4-丁二醇16-21 份抗氧劑 5-8份添加劑A 1-3份抗UV劑 1.4-2份
抗靜電劑0.003-0.007份。
[0021 ]進(jìn)一步的，一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體，由以下重量份的原料組成:
聚醚多元醇34份
二苯基甲烷二異氰酸酯32份
1.4-丁二醇18 份抗氧劑 4份添加劑A 2份抗UV劑 1.1份
抗靜電劑0.005份。
[0022]其中，所述聚醚多元醇由PPG1000和PPG2000按照重量比為1:1混合后的聚醚多元醇。
[0023]其中，所述聚醚多元醇PPG1000的分子量為110-125dMtS900-1000mgK0H/g。
[0024]其中，所述聚醚多元醇PPG2000的分子量為51-58，酸值為2100-2200 mgKOH/g。
[0025]其中，所述聚醚多元醇PPG1000以四臂聚乙二醇作為起始劑，以三氟化硼乙醚作為引發(fā)劑，以環(huán)氧丙烷作為開(kāi)環(huán)劑引發(fā)四氫呋喃的聚合反應(yīng)得到，所述四臂聚乙二醇、四氫呋喃、三氟化硼乙醚和環(huán)氧丙烷的質(zhì)量比為1:3:0.5:0.15。
[0026]其中，所述聚醚多元醇PPG2000以四臂聚乙二醇作為起始劑，以三氟化硼乙醚作為引發(fā)劑，以環(huán)氧丙烷作為開(kāi)環(huán)劑引發(fā)四氫呋喃的聚合反應(yīng)得到，所述四臂聚乙二醇、四氫呋喃、三氟化硼乙醚和環(huán)氧丙烷的質(zhì)量比為2:5:1:0.1。
[0027]—種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體的制備方法，包括以下兩個(gè)制備步驟:
預(yù)聚體合成:
A、按配方量將PPG1000和PPG2000按比例1:1、添加劑A、抗氧劑、抗靜電劑、抗UV劑加入反應(yīng)釜中升溫至120°C，真空脫水1小時(shí)后真空冷卻至室溫；
B、將步驟A冷卻后的反應(yīng)物加入二苯基甲烷二異氰酸酯并加熱，保持溫度在65°C，攪拌直至NC0含量在12-16%，得到預(yù)聚體組分;冷卻后備用；
彈性體合成:
將合成后的預(yù)聚體加熱至45-55°C，加入1，4-二丁醇，在100°C下烘烤0.5_1小時(shí)，得到一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體。
[0028]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明使用聚醚多元醇作為主要原料制備聚氨酯彈性體，成本低，特殊加入作為復(fù)合硅橡膠的組分之一的添加劑A，能夠降低聚氨酯的硬度的同時(shí)保證其必須的回彈性和撕裂強(qiáng)度，滿足拉伸強(qiáng)度大于15MPa，撕裂強(qiáng)度大于50KN/m，回彈大于50%，磨耗小于38m3，尤其適用于溜冰輪、滑板輪的使用。
[0029]本發(fā)明的另一有益效果在于:制備工藝簡(jiǎn)單、易操作，制備成本低，得到的聚氨酯彈性體滿足拉伸強(qiáng)度大于15MPa，撕裂強(qiáng)度大于50KN/m,回彈大于50%，磨耗小于38m3，尤其適用于溜冰輪、滑板輪的使用。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，實(shí)施方式提及的內(nèi)容并非對(duì)本發(fā)明的限定。
[0031 ] 實(shí)施例1
PPG100010份
PPG200010份
二苯基甲烷二異氰酸酯35份
1,4-丁二醇10 份抗氧劑2份添加劑A1份
抗UV劑0.7份抗靜電劑0.003份，所述添加劑A為美國(guó)Smooth-on公司生產(chǎn)，
由上海智新科技有限公司銷(xiāo)售的TASK系列中的組分A。
[0032]通過(guò)以下的制備方法制備:
預(yù)聚體合成:
A、按重量份將PPG1000和PPG2000按比例1:1、添加劑A、抗氧劑、抗靜電劑、抗UV劑加入反應(yīng)釜中升溫至120°C，真空脫水1小時(shí)后真空冷卻至室溫；
B、將步驟A冷卻后的反應(yīng)物加入二苯基甲烷二異氰酸酯并加熱，保持溫度在65°C，攪拌直至NC0含量在14%，得到預(yù)聚體組分;冷卻后備用；
彈性體合成:
將合成后的預(yù)聚體加熱至45°C，加入1，4-二丁醇，在100°C下烘烤0.5小時(shí)，得到一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體。
[0033]得到的聚氨酯彈性體的力學(xué)性能如下:
硬度50A，拉伸強(qiáng)度15MPa，直角撕裂強(qiáng)度大于45KN/m，磨耗小于40mm，回彈大于40%，玻璃化溫度為90°C。
[0034]實(shí)施例2
PPG100015份
PPG200015份
二苯基甲烷二異氰酸酯30份
1，4_ 丁二醇13 份抗氧劑4份添加劑A2份抗UV劑1份抗靜電劑0.005份，所述添加劑A為美國(guó)Smooth-on公司生產(chǎn)，
由上海智新科技有限公司銷(xiāo)售的TASK系列中的組分A。
[0035]通過(guò)以下的制備方法制備:
預(yù)聚體合成:
A、按重量份將PPG1000和PPG2000按比例1:1、添加劑A、抗氧劑、抗靜電劑、抗UV劑加入反應(yīng)釜中升溫至120°C，真空脫水1小時(shí)后真空冷卻至室溫；
B、將步驟A冷卻后的反應(yīng)物加入二苯基甲烷二異氰酸酯并加熱，保持溫度在65°C，攪拌直至NC0含量在12%，得到預(yù)聚體組分;冷卻后備用；
彈性體合成:
將合成后的預(yù)聚體加熱至50°C，加入1，4-二丁醇，在100°C下烘烤0.5小時(shí)，得到一種低硬度高回彈的聚氨酯彈性體。
[0036]得到的聚氨酯彈性體的力學(xué)性能如下: