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耐酸性介质聚氨酯弹性体的研制

文章来源:2016聚氨酯年会 添加时间:2019-02-28
徐庆辉  苏丽丽  石雅琳
(黎明化工研究设计院有限责任公司  河南洛阳  471000)
 
    摘  要:以自制聚酯多元醇、甲苯二异氰酸酯和扩链交联剂为原料制备了耐酸性介质聚氨酯弹性体,研究了聚酯多元醇、扩链交联剂、扩链系数、硫化温度等因素对弹性体力学性能及耐酸介质的影响。
    关键词:聚氨酯;耐酸性;力学性能
  
    聚氨酯弹性体由于具有高弹性、高强度及优异的耐磨、耐油等性能,已被广泛用作钢板吸盘、印刷刮刀、纺织胶辊、筛板等。很多情况下弹性体需要接触到酸性介质,聚醚多元醇类弹性体虽说具有较好的耐酸性,但其初始强度较差。聚酯多元醇类弹性体一般强度较好,但耐酸性介质较差。     
    本研究使用自制的聚酯多元醇,合成了TDI预聚体,考察了扩链交联剂、扩链系数、硫化温度对弹性体性能的影响,制得的弹性体具有较好的耐酸性,在pH=2的酸性介质中浸泡 3 d,力学性能保有率大于70%。
 
1   实验部分
 
1.1    实验原料  
    聚己二酸乙二醇丙二醇酯(PEPA,Mn=1500)、聚己二酸乙二醇酯(PEA,Mn=1500或2000)、聚己二酸类聚酯多元醇(PD-1,Mn=2000)、聚酯多元醇(PD-2,Mn=2000),自制;甲苯二异氰酸酯(TDI),甘肃银光;扩链剂KJ-1、KJ-2、KJ-3、KJ-4,多元醇类、胺类和醇胺类中的1种或2种,自制复配。
1.2    仪器与设备      
    LX-A 型邵 A硬度计,上海六菱;1185型万能材料实验机,英国 Instron;GT-7042/RE 型回弹仪,东莞高铁检测仪器。
1.3    样品制备
1.3.1    预聚体的合成    
    称取一定量的聚酯多元醇,在110 ~ 120 ℃下真空脱水2 ~ 3 h,降温至50 ~ 55 ℃,加入计量好的TDI,升温至80 ~ 85 ℃,反应2~3 h,NCO 含量达到理论值(3%)后,出料密封备用。
1.3.2    预聚体扩链反应   
    将预聚体、扩链剂、锡类催化剂和其他助剂按一定比例混合均匀后,真空脱气至无泡。然后浇入 100 ~ 110 ℃模具中,40 ~ 50 min脱模后将试样放于100 ~110 ℃烘箱中后熟化20 h,在室温条件下放置一周即可进行相关性能测试。
1.4    测试标准  
    邵A 硬度按照 GB/T 531.1—2008标准测试;拉伸强度和伸长率按照 GB/T 528—2009 标准测试;撕裂强度按照 GB/T 529—2008标准测试;冲击回弹按照 GB/T 1681—2009标准测试;酸性介质中浸泡力学性能保有率按照 GB/T 1690—2006标准测试。
 
2    结果与讨论
 
2.1    聚酯多元醇对弹性体耐酸性能的影响    
    聚己二酸类多元醇种类较多且较为常见,所制的弹性体机械强度高,耐溶剂性能好。表 1 对不同结构的聚己二酸类多元醇进行了考察,并与自制聚酯多元醇 PD-2 所得弹性体性能进行了对比。其中用扩链剂KJ-4,扩链系数为0.93,模温为110 ℃,硫化温度 110 ℃,硫化时长为28h。
表 1   聚酯结构对聚氨酯弹性体性能的影响
    由表1可知,在硬度相近的情况下,由于酯基密度的不同导致分子间的作用力不同,同时也会影响其耐酸性能。PD-1浸泡后拉伸强度保有率高于其他三种己二酸类多元醇,但其初始强度较差。PD-2所得弹性体初始强度较好,且浸泡3天后,拉伸强度保有率达到了70%,具有明显的优势。
2.2    扩链交联剂对弹性体耐酸性能的影响  
    弹性体的交联度对其耐溶剂和耐酸碱介质有较大的影响,交联剂的种类不同会导致弹性体的交联密度不同,进而使得弹性体性能各异。以KJ-1、KJ-2、KJ-3、KJ-4为扩链剂,扩链系数为0.93,所制得PU弹性体性能见表2。
表 2   扩链剂对聚氨酯弹性体性能的影响
    由表 2 可知,用 KJ-1、KJ-2、KJ-4扩链所得弹性体硬度和浸泡后拉伸强度保有率相当。用 KJ-3扩链所得弹性体硬度明显较高,初始力学性能较好,但由于其所得弹性体交联密度较小,使得浸泡过后拉伸强度大幅下降,耐酸性能较差。
2.3    扩链系数对弹性体耐酸性能的影响  
    扩链系数影响着聚合物的交联度,交联度不同,使得弹性体表现出的性能具有差异。在扩链剂为 KJ-4,模温为110 ℃,硫化温度 110 ℃,硫化时长为28h的条件下,表 3 为不同扩链系数下所得弹性体的性能。
表 3   扩链系数对聚氨酯弹性体性能的影响
    由表3可知,在浸泡之前当扩链系数为0.95时,力学性能最好。浸泡之后,拉伸强度保有率相当,扩链系数为0.9时,保有率最高,但浸泡后强度仍小于扩链系数为0.95 时的强度。
2.4    硫化时间对弹性体耐酸性能的影响   
    表 4 为硫化时间对聚氨酯弹性体性能的影响。
表 4    硫化时间对聚氨酯弹性体性能的影响
    由表 4 可知,浸泡前,熟化24h,拉伸和撕裂强度最高,继续熟化,弹性体出现老化现象,力学性能开始下降。浸泡后,熟化28h所得弹性体拉伸强度保有率最高。
 
3    结论
  
   (1)通过将几种己二酸类聚酯多元醇与自制多元醇制得的弹性体进行对比,自制多元醇所得弹性体在酸性介质中浸泡后拉伸强度保有率最高。  
   (2)三官扩链交联剂所得弹性体交联密度较高,浸泡过后拉伸强度保有率明显高于用TX-2扩链所得弹性体。 
   (3)扩链系数对聚氨酯弹性体耐酸性有一定影响,扩链系数为0.95时,所得弹性体初始性能最好,但当扩链系数为0.90时,拉伸强度保有率最高。  
   (4)硫化时间越长,浸泡后拉伸强度保有率越高,但硫化时间超过28h后,出现老化现象,初始性能和浸泡后拉伸强度保有率都开始下降。
参  考  文  献
[1]    山西省化工研究所 . 聚氨酯弹性体手册 [M]. 北京:化学工业出版社,2001
 
The Research of Acid-Resistant Polyurethane Elastomer
XU Qinghui, SU Lili, SHI Yalin
( Liming Research and Design Institute of Chemical Industry Co. Ltd ,  Luoyang,Henan 471001, China )
 
    Abstract: An acid-resistant polyurethane elastomer was prepared with self-made polyester polyol, toluene diisocyanate and chain extension crosslinking agents as raw material. The influences of polyester polyol, chain crosslinking agents, chain extenders coefficient, curing temperature and other factors on the mechanical and acid-resistant properties of elastomers were discussed.       
    Keywords: polyurethane;acid-resistant; mechanical property
 
作者简介:徐庆辉   男,1988 年出生,硕士,从事聚氨酯弹性体研发工作。

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