[发明专利]交联热塑性聚氨酯/聚脲及其制备方法

说明书

发明领域

本发明的领域大致涉及性质类似于浇注型(castable)或交联聚氨酯或聚脲的热塑性聚氨酯和热塑性聚脲。本发明的领域还包括制备所述热塑性聚氨酯和热塑性聚脲的方法。

发明背景

目前有许多由聚氨酯和聚脲制成的商品化产品。通常，这些产品由热塑性聚氨酯(或聚脲)或热固性聚氨酯(或聚脲)制成。热塑性聚氨酯一般具有线性分子结构并在升高的温度下自由流动。由于这种原因，热塑性聚氨酯对于通过注塑模制或其他挤压成形技术制备的产品是优选的，其中反应物的流动性是最重要的。不幸的是，与浇注型聚氨酯相比，热塑性聚氨酯通常在磨损、抗张强度、反弹和压缩形变方面表现出差的性能特征。

与现有的热塑性聚氨酯相反，热固性聚氨酯在磨损、抗张强度、反弹和压缩形变方面具有特别优良的特性。热固性聚氨酯一般具有结合不可逆的化学交联的网状结构。热固性聚氨酯的缺点在于不可逆的化学交联反应使其不适合在注塑模制和挤压成形应用中的使用。通常，使用浇注(casting)工艺形成热固性聚氨酯。不幸的是，浇注工艺需要昂贵的设备并通常涉及大量的加工步骤。因此，与注塑模制和挤压成形系统相比较，浇注是效率较差且花费较高的制备基于聚氨酯和基于聚脲的产品的方法。

在制备热固性(即浇注型)聚氨酯的典型方法中，首先将二异氰酸酯组分与具有聚酯或聚醚骨架的多元醇预聚合。预聚合物中剩余的二异氰酸酯与扩链剂(chain extender)或交联剂或交联剂的混合物反应。添加催化剂以控制反应速率。如果交联剂有二羟基官能组分，则形成聚氨酯。如果交联剂有二胺官能性，则形成聚脲。

对于热塑性聚氨酯，为二醇或多元醇与异氰酸酯反应。该反应一般在大的商品化反应器中进行。如上所述，热塑性聚氨酯虽然不是交联的，但是可用于注塑模制和其他挤压成形方法。因为缺乏交联，所以这些材料的磨损、抗张和压缩形变性质不如热固性聚氨酯或聚脲系统一样优良。

因此，需要一种具有良好的磨损、抗张强度、反弹和压缩形变(compression set)特征的热塑性聚氨酯或聚脲材料，所述特征类似于热固性聚氨酯中发现的特征。可以使用常规的注塑模制和/或挤压成形技术制备这类材料，从而降低所述材料的制备成本。

发明概述

本发明的一个方面，交联热塑性聚脲包括热塑性聚氨酯基材、单体二异氰酸酯和二胺的混合物，所述单体二异氰酸酯构成所述混合物总重量的1-10％，所述二胺构成所述混合物总重量的1-10％。

本发明的另一个方面，提供了一种制备交联热塑性聚脲的方法。所述方法包括提供一种混合物的步骤，所述混合物包含热塑性聚氨酯基材、单体和/或多聚二异氰酸酯和二胺，所述单体和/或多聚二异氰酸酯构成所述混合物总重量的1-10％，所述二胺构成所述混合物总重量的1-10％。然后加热所述混合物至250℉-550℉范围内的温度。然后将加热的混合物注入至少一个注塑模制装置中。注入后，将混合物在150℉-250℉之间的温度固化2-36小时之间的一段时间。

本发明的另外一个方面，交联热塑性聚氨酯包括热塑性聚氨酯基材、单体二异氰酸酯和氢醌的混合物，所述单体二异氰酸酯构成所述混合物总重量的1-10％，所述氢醌构成所述混合物总重量的1-10％。

本发明的一个目的是提供一种热塑性聚氨酯或聚脲材料，其表现出类似于热固性聚氨酯的良好的磨损、抗张强度、反弹和压缩形变的性质。本发明的另外一个目的是提供使用常规的注塑模制和/或挤压成形技术制备此类材料的方法。本发明的其他目的在下文描述。

附图简述

图1图式说明了一种注塑模制装置，其可以用来制备根据本发明的交联热塑性聚氨酯/聚脲制成的产品。

发明详述

使用聚酯或聚醚骨架材料形成交联热塑性聚氨酯或聚脲。所述聚酯或聚醚基材可以包括，例如商品级的热塑性聚氨酯。例如，热塑性聚氨酯基材可以包括TEXIN 985，即一种肖氏硬度(Shore hardness)约85的基于芳香族聚醚的热塑性聚氨酯。TEXIN 985可以从Bayer公司(100 Bayer Road，Pittsburgh，PA 15205)获得。作为另外一个例子，所述热塑性聚氨酯基材可以包括NOVEON ST80A，其可从Noveon公司(9911 Brecksville Road，Cleveland，OH 44141-3247)获得。

热塑性聚氨酯基材优选地在添加下面详述的其他组分之前被干燥。例如，其可以通过在分离的容器中加热热塑性基材至温度约100℉-200℉来完成。