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CN107955576A - 高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶及其制备方法 - Google Patents

高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶及其制备方法 Download PDF

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CN107955576A CN201711312053.7A CN201711312053A CN107955576A CN 107955576 A CN107955576 A CN 107955576A CN 201711312053 A CN201711312053 A CN 201711312053A CN 107955576 A CN107955576 A CN 107955576A
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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种单组分高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶及其制备方法。本发明所述单组份高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，以基础预聚物、PU增塑剂为主要原料，辅以填料和多种添加剂，所制得的聚氨酯密封胶具有强度高、阻燃性好、适用范围广的优势。

Description

高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种单组分高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶及其制备方法。
背景技术
聚氨酯(PU)为主链含-NHCOO-重复结构单元的一类聚合物，于1937年由德国OttoBayer教授首先发现，以多异氰酸酯与多元醇化合物进行加聚反应制得，并以此为基础进入工业化应用。我国的聚氨酯工业于20世纪50年代末开始起步，并于近十几年发展较快。目前，广为应用的聚氨酯包括硬质聚氨酯塑料、软质聚氨酯塑料、聚氨酯弹性体等多种形态，并分为热塑性和热固性两大类，其原料一般以树脂状态呈现。
单组分聚氨酯的其中一个重要应用是用于制备聚氨酯密封胶，作为三大高档密封胶的一种，它与其它聚硫密封胶、硅酮类密封胶相比，具有耐磨、耐寒、耐油、耐振动的优点，而且价格相对较低。
聚氨酯密封胶通常是由二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)与聚酯多元醇或聚醚多元醇反应制得。这种密封胶由于含有极性基团、柔性链段、刚性链段，能与含有活泼氢的材料和表面光洁的材料有良好的化学黏合力，且端异氰酸酯基(以下简称-NCO)，能与空气中的湿气反应生成脲键从而达到固化粘结的目的。在施工时，聚氨酯密封胶也具有无收缩、断裂伸长率高的优势。
目前，国内汽车用聚氨酯密封胶已经开始工业化，但据调查，国内汽车制造厂的挡风玻璃装配用胶主要还是用进口的产品，特别是高速轨道客车用密封胶目前几乎全部依赖进口。究其原因主要是，传统单组分汽车用聚氨酯密封胶强度较低，在较大范围内不能保持力学性能的一致性，难以满足不同环境下的施胶要求；另外，聚氨酯加工过程中添加的传统增塑剂，在聚氨酯材料中的相容性较差，使得聚氨酯在使用过程中，会发生增塑剂迁移的现象，导致聚氨酯材料变硬，甚至发生脆化；再者，为增加安全性，在聚氨酯密封胶加工过程中通常需要加入溴系阻燃剂，但是添加型阻燃剂与高分子材料相容性差，甚至会降低密封胶的力学性能，影响密封胶的使用年限，且溴系阻燃剂对环境影响受到很大争议。综上，目前国产聚氨酯密封胶仍存在诸多不足之处，难以实现高速轨道客车用密封胶的国产化及工业化。制备一种强度高、应用范围广、阻燃性好的聚氨酯密封胶已成为亟待解决的问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种单组分高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，以解决现有技术中聚氨酯密封胶难于满足强度和阻燃性要求而难于满足高速轨道客车性能要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，包括如下制备原料：
基础预聚物30-70重量份，PU增塑剂5-20重量份，填料25-40重量份，添加剂0-22重量份。
优选的，所述基础预聚物包括质量比为90：10-75：25的预聚物A和预聚物B；
所述预聚物A由二异氰酸酯和聚醚多元醇聚合而成；
所述预聚物B由二异氰酸酯和扩链剂聚合而成。
更优的，所述预聚物A中，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯和2,4-甲苯二异氰酸酯或2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物，所述聚醚多元醇为伯羟基聚醚二醇和聚醚三元醇的混合物；
所述预聚物B中，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯，所述扩链剂为P,P-二羟乙基磷酸酯。
所述预聚物A中，所述伯羟基聚醚二醇的羟值为60-500mgKOH/g，且伯羟基含量大于60％；所述聚醚三元醇的羟值为56-500mgKOH/g。
更优的，以所述预聚物A的整体计，所述预聚物A包括如下质量含量的组分：
二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯10.6-45.0wt％；
2,4-甲苯二异氰酸酯或2,6-甲苯二异氰酸酯1.4-50.0wt％；
伯羟基聚醚二醇1.0-90.0wt％；
聚醚三醇0.5-30.0wt％；
以所述预聚物B的整体计，所述聚合物B包括如下质量含量的组分：
二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯50.5-75.5wt％；
P,P-二羟乙基磷酸酯15.0-40.0wt％。
最优的，以所述预聚物A的整体计，所述预聚物A包括如下质量含量的组分：
二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯11.3-13.7wt％；
2,4-甲苯二异氰酸酯或2,6-甲苯二异氰酸酯3.1-11.8wt％；
伯羟基聚醚二醇1.0-82.3wt％；
聚醚三醇1.0-21.89wt％；
以所述预聚物B的整体计，所述聚合物B包括如下质量含量的组分：
二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯62.58-72.26wt％；
P,P-二羟乙基磷酸酯27.74-37.42wt％。
优选的，以所述PU增塑剂的总量计，所述PU增塑剂由如下质量含量的组分聚合而成：
1，6-己二异氰酸酯40-41wt％；
辛醇59-60wt％。
具体的，所述填料包括碳酸钙、滑石粉、钛白粉或气相二氧化硅。
所述添加剂包括：催化剂0-1重量份，稳定剂0-1重量份，溶剂0-15重量份，助剂0-5重量份。
所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或有机鉍；
所述稳定剂包括对甲苯磺酸基异氰酸酯；
所述溶剂包括甲基环己烷或碳酸二甲酯；
所述助剂包括kh550偶联剂、kh560偶联剂或kh570偶联剂。
本发明还公开了一种制备所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶的方法，即包括取选定量的基础预聚物、PU增塑剂、填料和添加剂混合，并于真空状态下高速搅拌至均匀、无颗粒为止，即得。
所述的制备高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶的方法，还包括制备所述基础预聚物的步骤：
取选定量的聚醚多元醇加热脱水至含水量≤0.05％，然后冷却至50-60℃，并加入选定量的所述二异氰酸酯混合，随后缓慢升温至60-80℃，保温反应至取样测定端异氰酸酯基的含量达到1.5-2.5％，即得所述预聚物A；
取选定量的所述扩链剂加热脱水至含水量≤0.05％，并冷却至50-60℃，并加入选定量的所述二异氰酸酯混合，保温反应至取样测定端异氰酸酯基的含量达到1.5-2.5％，即得所述预聚物B。
所述的制备高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶的方法，还包括制备所述PU增塑剂的步骤：取选定量的所述辛醇加热脱水至含水量≤0.05％，并加入选定量的所述二异氰酸酯混合，随后在氮气保护下反应2-6小时；待反应结束后降温至40-50℃，并测量异氰酸根含为零，即得所述PU增塑剂。
本发明所述单组份高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，以基础预聚物、PU增塑剂为主要原料，辅以填料和多种添加剂，所制得的聚氨酯密封胶具有强度高、阻燃性好、适用范围广的优势。
本发明所述聚氨酯密封胶中所选用的基础预聚物包括质量比为90:10-75:25的预聚物A和预聚物B，由于在预聚物B中采用二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯(MDI)和扩链剂P,P-二羟乙基磷酸酯进行反应，制备得到的产物中含有端异氰酸酯基(-NCO)和阻燃元素磷，可以作为聚氨酯预聚物，还可以作为反应型磷系阻燃剂，与现在大量应用的溴系阻燃剂相比，它不仅对环境没有污染，而且克服了传统添加型阻燃剂与基体不相容问题。
本发明所述聚氨酯密封胶中，添加PU增塑剂，其分子含有氨基甲酸酯键，具有和聚合物相容性好、不迁移、不渗透的优势，从而使聚氨酯密封胶塑性增加，解决了传统增塑剂中加入聚合物所导致的密封胶“流泪”和“流汗”问题。
本发明所述聚氨酯密封胶的固化速度>4mm/24h，硬度达到50-65，拉伸强度>6MPa，伸长率>400％，氧指数>36％，且贮存稳定性好，所述密封胶能满足高速轨道客车装配所要求的性能，适用于高速轨道客车装配密封胶之用。
具体实施方式
本发明下述实施例中选用的二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯(MDI)为工业品，白色或浅黄色固体，熔点36-39℃；2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)为工业品，无色到淡黄色透明液体，熔点13.2℃；1,6己-二异氰酸酯(HDI)为工业品，透明液体。
实施例1-4
按照下表1所示的配方量，取选定量的伯羟基聚醚二醇和聚醚三元醇投入到反应釜中，加热至120℃，在真空度为-0.09MPa下真空脱水2h至含水量＜0.05％，然后降温至60℃，边搅拌边按比例加入选定的MDI和TDI，加完后再升温至80℃反应4h，随后冷却至60℃左右，得预聚物A。
按照下表1所示的配方量，取选定量的P,P-二羟乙基磷酸酯投入到反应釜中，加热至120℃，在真空度为-0.09MPa下真空脱水2h至含水量＜0.05％，然后降温至60℃，边搅拌边按比例加入选定量的MDI，加完后再升温至80℃反应4h，冷却至60℃左右，得预聚物B。
实施例1-4中，分别取上述预聚物A和预聚物B，按照90：10、85：15、80：20和75：25的比例混合制备得到基础预聚物。
按照下表1所示的配方量，取选定量的辛醇投入到反应釜中，在真空度为-0.09MPa下真空脱水2h至含水量＜0.05％，然后降温至60℃，边搅拌边加入HDI，加完后再升温至80℃反应4h，冷却至60℃左右，得PU专用增塑剂。
分别把上述基础预聚物55kg，PU增塑剂15kg，填料(碳酸钙23.75；钛白粉0.75；气相二氧化硅0.5)25kg，催化剂(有机鉍)0.5kg，稳定剂(对甲苯磺酸基异氰酸酯)0.5kg，助剂(kh560偶联剂)4kg，加入到行星搅拌机中，于真空状态下高速搅拌至均匀、无颗粒为止，即可得到聚氨酯密封胶。
表1实施例1-4中原料及其配比
实施例5
按照上表1中实施例1中原料及比例制备所述基础预聚物和PU增塑剂。
分别把上述基础预聚物30kg，PU增塑剂20kg，填料(碳酸钙25.6kg、滑石粉4.8kg、钛白粉0.96kg、气相二氧化硅0.64kg)32kg，稳定剂(对甲苯磺酸基异氰酸酯)1kg，溶剂(甲基环己烷)15kg，助剂(kh560偶联剂)2kg，加入到行星搅拌机中，于真空状态下高速搅拌至均匀、无颗粒为止，即可得到聚氨酯密封胶。
实施例6
按照上表1中实施例2中原料及比例制备所述基础预聚物和PU增塑剂。
分别把上述基础预聚物70kg，PU增塑剂5kg，填料(碳酸钙36kg、钛白粉3.2kg、气相二氧化硅0.8kg)40kg，催化剂(对甲苯磺酸基异氰酸酯)1kg，溶剂(甲基环己烷5kg、碳酸二甲酯5kg)10kg，加入到行星搅拌机中，于真空状态下高速搅拌至均匀、无颗粒为止，即可得到聚氨酯密封胶。
实施例7
按照上表1中实施例3中原料及比例制备所述基础预聚物和PU增塑剂。
分别把上述基础预聚物45kg，PU增塑剂18kg，填料(碳酸钙16.8kg、滑石粉9.8kg、钛白粉0.84kg、气相二氧化硅0.56kg)28kg，稳定剂(对甲苯磺酸基异氰酸酯))0.5kg，催化剂(二月桂酸二丁基锡)0.5kg，溶剂(甲基环己烷)8kg，助剂(kh570偶联剂)2kg，加入到行星搅拌机中，于真空状态下高速搅拌至均匀、无颗粒为止，即可得到聚氨酯密封胶。
实施例8
按照上表1中实施例4中原料及比例制备所述基础预聚物和PU增塑剂。
分别把上述基础预聚物62kg，PU增塑剂10kg，填料(滑石粉34.2kg、钛白粉1.08kg、气相二氧化硅0.72kg)36kg，稳定剂(对甲苯磺酸基异氰酸酯)0.5kg，催化剂(辛酸亚锡)0.5kg，溶剂(甲基环己烷)8kg，助剂(kh570偶联剂)2kg，加入到行星搅拌机中，于真空状态下高速搅拌至均匀、无颗粒为止，即可得到聚氨酯密封胶。
实验例
对上述实施例1-8中制得的密封胶产品进行性能检测，均没有发生胶化现象。
实施例1-8中所制得的产品均为黑色膏状产品，经过测试，该密封胶的固化速度>4mm/24h，硬度达到50-65，拉伸强度>6MPa，伸长率>400％，氧指数>36％，且贮存稳定性好，所述密封胶适合于高速轨道客车装配所要求的性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，其特征在于，包括如下制备原料：
基础预聚物30-70重量份，PU增塑剂5-20重量份，填料25-40重量份，添加剂0-22重量份。
2.根据权利要求1所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，其特征在于：
所述基础预聚物包括质量比为90：10-75：25的预聚物A和预聚物B；
所述预聚物A由二异氰酸酯和聚醚多元醇聚合而成；
所述预聚物B由二异氰酸酯和扩链剂聚合而成。
3.根据权利要求2所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，其特征在于：
所述预聚物A中，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯和2,4-甲苯二异氰酸酯或2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物，所述聚醚多元醇为伯羟基聚醚二醇和聚醚三元醇的混合物；
所述预聚物B中，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯，所述扩链剂为P,P-二羟乙基磷酸酯。
4.根据权利要求3所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，其特征在于：所述预聚物A中，所述伯羟基聚醚二醇的羟值为60-500mgKOH/g，且伯羟基含量大于60％；所述聚醚三元醇的羟值为56-500mgKOH/g。
5.根据权利要求3或4所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，其特征在于：
以所述预聚物A的整体计，所述预聚物A包括如下质量含量的组分：
二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯10.6-45.0wt％；
2,4-甲苯二异氰酸酯或2,6-甲苯二异氰酸酯1.4-50.0wt％；
伯羟基聚醚二醇1.0-90.0wt％；
聚醚三醇0.5-30.0wt％；
以所述预聚物B的整体计，所述聚合物B包括如下质量含量的组分：
二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯50.5-75.5wt％；
P,P-二羟乙基磷酸酯15.0-40.0wt％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，其特征在于：以所述PU增塑剂的总量计，所述PU增塑剂由如下质量含量的组分聚合而成：
1，6-己二异氰酸酯40-41wt％；
辛醇59-60wt％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，其特征在于，所述填料包括碳酸钙、滑石粉、钛白粉或气相二氧化硅。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，其特征在于，所述添加剂包括：催化剂0-1重量份，稳定剂0-1重量份，溶剂0-15重量份，助剂0-5重量份。
9.根据权利要求8所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶，其特征在于：
所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或有机鉍；
所述稳定剂包括对甲苯磺酸异氰酸酯；
所述溶剂包括甲基环己烷或碳酸二甲酯；
所述助剂包括kh550偶联剂、kh560偶联剂或kh570偶联剂。
10.一种制备权利要求1-9任一项所述的高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶的方法，其特征在于，包括取选定量的基础预聚物、PU增塑剂、填料和添加剂混合，并于真空状态下高速搅拌至均匀、无颗粒为止，即得。
11.根据权利要求10所述的制备高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶的方法，其特征在于，还包括制备所述基础预聚物的步骤：
取选定量的聚醚多元醇加热脱水至含水量≤0.05％，然后冷却至50-60℃，并加入选定量的所述二异氰酸酯混合，随后缓慢升温至60-80℃，保温反应至取样测定端异氰酸酯基的含量达到1.5-2.5％，即得所述预聚物A；
取选定量的所述扩链剂加热脱水至含水量≤0.05％，并冷却至50-60℃，并加入选定量的所述二异氰酸酯混合，保温反应至取样测定端异氰酸酯基的含量达到1.5-2.5％，即得所述预聚物B。
12.根据权利要求10或11所述的制备高强度阻燃型高速轨道客车用聚氨酯密封胶的方法，其特征在于，还包括制备所述PU增塑剂的步骤：取选定量的所述辛醇加热脱水至含水量≤0.05％，并加入选定量的所述二异氰酸酯混合，随后在氮气保护下反应2-6小时；待反应结束后降温至40-50℃，并测量异氰酸根含量为零，即得所述PU增塑剂。
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