[发明专利]基于聚(环氧丁烷)多元醇的聚氨酯浇注型弹性体及制备聚氨酯浇注型弹性体的方法

说明书

环氧丁烷和环氧乙烷的含羟基共聚物可用于制备聚氨酯，所述环氧丁烷和环氧乙烷的含羟基共聚物的羟基当量为至少150，平均每分子1.8至6个羟基，其中至少70％的所述羟基是伯羟基，并且按所述共聚物的重量计，氧化乙烯含量不大于10重量％。这些多元醇的特征在于高反应性和快速固化时间。使用这些多元醇制得的聚氨酯具有优异的机械性质并且是高度疏水的。

本发明涉及聚氨酯及制备这类聚氨酯的方法。

聚氨酯浇注型弹性体通常是具有“软”和“硬”链段的分段聚合物。软链段的玻璃化转变温度低，而硬链段的特征在于玻璃化转变温度远高于室温。这些链段的区别源自用于制备弹性体的原材料。软链段衍生自羟基当量为350或更大的多元醇。聚醚多元醇非常常用于浇注型聚氨酯配方中以生产软链段。硬链段衍生自多异氰酸酯和扩链剂。

聚(环氧丁烷)多元醇是制造聚氨酯浇注型弹性体产品的潜在优秀候选者，部分是因为它们是非常疏水的材料并赋予弹性体疏水性。然而，由于其末端仲羟基的反应性慢，它们在工业过程中的使用高度受限。基于聚(环氧丁烷)的浇注型弹性体配方反应如此缓慢，以至于需要持续很久的固化时间。这减慢了生产率，减少了设备的使用并增加了成本。

增加聚(环氧丁烷)反应性的常用方法是用环氧乙烷封端聚合物链的末端。这引入了反应更快的伯羟基。不幸的是，这尚未被证明是可接受的解决方案。环氧乙烷仅难于添加到聚(环氧丁烷)链末端的仲羟基上。相反，环氧乙烷非常迅速地添加到伯羟基，如当另一个环氧乙烷分子开环时形成。结果，通过将环氧乙烷添加到聚(环氧丁烷)上很难获得高浓度的伯羟基。趋于发生的是，当仲羟基被氧乙基化以形成伯羟基时，进一步的环氧乙烷聚合几乎完全在那些位点发生，而不是分布在所有链上。结果是大多数链端不具有末端(伯羟基)氧化乙烯基，而少数链端具有长的聚(环氧乙烷)链。出于两个原因，这是不利的：分子量分布变宽(由于较短的以仲羟基封端的聚(环氧丁烷)链与较长的被长聚(环氧乙烷)链封端的聚(环氧丁烷)链的组合)，并且产物中的大多数羟基倾向于是反应缓慢的仲羟基。后一种问题可以通过将大量环氧乙烷聚合到聚(环氧丁烷)上而在某种程度上克服。逐渐地，越来越多的链端将被氧乙基化，但是氧化乙烯基的总含量变高，并且多元醇和所得到的弹性体的期望的疏水性丧失。

因此，需要具有更高反应性但仍保持高度疏水的聚(环氧丁烷)多元醇。类似地，还需要一种由聚(环氧丁烷)多元醇制备浇注型聚氨酯弹性体的方法，所述浇注型聚氨酯弹性体表现出合理短的固化时间，仍产生疏水弹性体。

在一方面，本发明是环氧丁烷和环氧乙烷的含羟基共聚物，环氧丁烷和环氧乙烷的共聚物的羟基当量为至少150，每分子平均1.8至6个羟基，其中至少70％的所述羟基是伯羟基，并且按共聚物的重量计，氧化乙烯含量不大于10重量％。

该共聚物的特征在于，与具有相同当量和羟基官能度的聚(环氧丁烷)均聚物相比，具有更快的反应性，同时还是疏水的。

在另一方面，本发明是聚氨酯，其是至少一种多异氰酸酯、至少一种扩链剂和/或至少一种交联剂与至少一种环氧丁烷和环氧乙烷的含羟基共聚物的反应产物，环氧丁烷和环氧乙烷的共聚物的羟基当量为至少150，每分子平均1.8至6个羟基，其中至少70％的所述羟基是伯羟基，并且按共聚物的重量计，氧化乙烯含量不大于10重量％。

聚氨酯是高度疏水的，如通过根据下述测试方法的低水分吸收所表征，并具有非常好的机械性质。

在另一方面，本发明是用于制备聚氨酯的一步方法，其包含：形成包含一种或多种多异氰酸酯和异氰酸酯反应性材料的反应混合物，其中一种或多种多异氰酸酯的数均异氰酸酯当量不大于200，所述异氰酸酯反应性材料包括至少一种扩链剂和/或至少一种交联剂和至少一种环氧丁烷和环氧乙烷的含羟基共聚物，环氧丁烷和环氧乙烷的共聚物的羟基当量为至少150，每分子平均1.8至6个羟基，其中至少70％的所述羟基是伯羟基，并且按共聚物的重量计氧化乙烯含量不大于10重量％；以及在一个步骤中使反应混合物固化以形成聚氨酯。

该方法的特征在于合理短的固化时间并生产具有非常好的机械性质的疏水聚氨酯。