[发明专利]一种聚氨酯预聚体及其制备方法

说明书

本申请公开了一种聚氨酯预聚体及其制备方法，所述聚氨酯预聚体中异氰酸酯基的质量百分含量M_NCO＝4％～10％，25℃的粘度为1000～4000mPa·s。所述聚氨酯预聚体在室温下的存储期不低于3天，具有粘度低、NCO含量高、稳定性高和储存期长的优点，用于制备无溶剂聚氨酯，能够提高无溶剂聚氨酯材料的性能。

技术领域

本申请涉及一种聚氨酯预聚体及其制备方法，属于聚氨酯材料制备领域。

背景技术

聚氨酯材料是由多异氰酸酯和含多羟基或氨基化合物、催化剂、颜色调节剂以及其他助剂等原料，在一定的反应条件下聚合而成。聚氨酯分子链中的软性链段和刚性连段的不同分布比例可以导致其产品具有从柔软到坚硬的不同物理性能，因而被广泛应用在各行各业中。目前聚氨酯材料的合成仍然采用传统的溶剂法，传统的生产方式效率低、原材料利用率低、环境污染高、能源消耗高、生产技术较为单一，导致产品缺乏竞争力，相互之间价格竞争异常激烈，企业利润率不高，因此环境友好型生态无溶剂聚氨酯合成方法逐渐成为行业所追求的目标(US 8088493、US 6635723、US6555613)。无溶剂聚氨酯的合成是将两种或两种以上的液态预聚物，以一定比例混合，在特定的条件下液态预聚物之间通过迅速反应，聚合物的分子量急剧增加，以极快的速度生成含有氨基甲酸酯基团结构的高分子材料。在这一过程中完全避免了有机溶剂的使用，因而避免了使用有机溶剂所带来的一切问题，同时提高了生产效率，降低了生产成本，提高了产品的竞争力。

在无溶剂聚氨酯合成中最重要的是液态预聚物的合成，尤其是得到低粘度、高异氰酸酯基(简写为NCO)含量、高稳定性、储存周期长的NCO预聚体较为困难。主要是由于M_NCO较高的预聚体，粘度也更大，使反应发生的极不均匀，副反应增多，不易脱泡，随着NCO含量的增加会导致预聚体容易发生凝胶，使预聚体失效；同时当M_NCO较高时，易发生自身的扩链反应，预聚物的性质不稳定，极易变质，不易贮存。而且，M_NCO较高时，预聚体中未反应的异氰酸酯容易挥发对人体造成伤害(US 8022164)；然而M_NCO较低的预聚体粘度较低，减少预聚体中M_NCO将有利于预聚体反应的均匀进行，同时保持预聚体的性质的稳定和长期贮存，便于使用，但是降低M_NCO会导致弹性体的性能发生改变。因此，得到低粘度、较高NCO含量、稳定性高、储存期较长的无溶剂环保型聚氨酯用NCO预聚体是目前研究和探讨的热点。

专利US 6120903用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)合成了NCO高达30％的预聚体，但是该预聚体粘度超过10000mPa·s(23℃)，无法直接用无溶剂的方法合成聚氨酯材料，需要在体系中加入5wt％的有机溶剂作为稀释剂；专利US 6242555用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)合成了NCO高达24％的预聚体，但是该预聚体粘度超过16000mPa·s(25℃)；专利CN104371631用甲苯二异氰酸酯(TDI)合成了NCO高达12％的预聚体，同样的该预聚体粘度超过8000mPa·s(90℃)，以上NCO预聚体虽然有高的NCO含量，但是粘度高达10000mPa·s以上，无法满足无溶剂聚氨酯合成的条件；邹德荣等(聚氨酯工业，2004，19卷，2期，pp14-16)比较了不同NCO含量对聚氨酯弹性体性能的影响，发现随着NCO含量的升高，其拉伸强度，断裂伸长率等均有所增加，当NCO含量小于3.72％时，其拉伸强度仅仅为2.41Mpa，远远达不到应用的要求；王正平等(应用科技，2002，29卷，2期，pp37-38)比较了NCO含量对NCO预聚体稳定性的影响，发现随着NCO含量的升高，其稳定性变差，当NCO含量超过7％时，其稳定期仅为1天，然后预聚体将会硬化变质；只有当NCO含量小于3％时，其稳定期才超过2天。

因此，合成粘度低、NCO含量高、稳定性高、储存期长的用于制备无溶剂环保型聚氨酯的NCO预聚体是获得高性能无溶剂聚氨酯材料的关键。

发明内容