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使用聚已内酯二元醇与MDI生产浇注型弹性体

使用MDI、聚已内酯二元醇和扩链剂丁二醇生产浇注型弹性体的物理性能如下文所示：
用CAPA生产的聚氨酯有如下特性：
⑴成本低：由CAPA作原料生成的聚氨酯密度低于由聚己二酸制备的PU
⑵杰出的弹力，使橡胶具有良好的滞后作用
⑶优异的低温性能
⑷耐水解性好，尤其使用特殊型号时，耐水解性更佳，CAPA2200A是2000分子量的特级型号，可以取代CAPA2200。
性能综述
密度
由聚已内酯二元醇生产的弹性体密度明显较低，与其它聚酯二元醇相比低8%，因为弹性体以体积计算，由CAPA生产的较低密度的产品可大大降低成本。
弹性
表1对比了由CAPA、MDI体系及Adiprene L100与己二酸MDI系生产的弹性体的回弹力，明显可以看出CAPA体系生产的产品有优越的回弹性能，因而具有良好的滞后作用。
表1
90肖氏硬度聚氨酯系统弹性比较
温度℃

%由卢氏摆锤测得弹性
% Resilience measured by Lupke Pendulum
CAPA2100/BD/MDI
CAPA2200/BD/MDI
聚己二酸/BD/MDI
ADIPRENE L100
25
70
30
63
62
76
48
65
38
62

耐水解性
表2和表3对比了90肖氏不同体系聚酯的耐水解能力，可以看出标准级CAPA2200生成的聚氨酯比己二酸系的耐水解性好。当耐水解性要求高时CAPA2200A是更好的选择。（通过浸没在换气的水中检验）

表2、100℃下耐水解性能比较
聚氨酯体系
C/O浸在100℃水中产品保持的抗张强度
2天
4天
6天
10天
Adiprene L100
PTHF/BD/MDI
CAPA 2200/BD/MDI
聚乙烯/丁烯己二酸
聚乙烯己二酸
57
64
63
16
7
30
35
39
10
0
21
32
7
0
0
19
30
0
0
0

表3、80℃下耐水解性能比较
聚氨酯体系
C/O浸在80℃水中产品保持的抗张强度
5天
10天
15天
20天
25天
30天
35天
PTHF/BD/MDI
CAPA2200A/BD/MDI
CAPA2200/BD/MDI
聚乙烯/丁烯己二酸/BD/MDI
97
97
97
87
93
93
93
54
86
86
82
10
78
76
57
0
69
62
7
0
60
42
0
0

50
11
0
0
粘度
CAPA聚己内酯二元醇与其它聚酯二元醇在100℃下相比具有很低的粘度。而100℃是一般弹性体成份混合时温度。
表4 多元醇粘度
聚酯二元醇
(2000 Mol.Wt.)
粘度(cps)
100℃
CAPA2200
聚(乙烯/丁烯)已二酸
聚乙烯已二酸
180
300
300

低粘度CAPA聚己内酯二元醇混合性好，流动性好,易于长期罐装储存.
由MDI制弹性体的公式
扩链剂的选择
通常来说，制备高性能聚氨酯弹性体一般选择丁二醇作为扩链剂，然而，用丁二醇制备软度低于80肖氏A的弹性体时会发生冷硬化。对于较软弹性体，乙二醇或者二甘醇可作为扩链剂，由此制备的弹性体不会发生冷硬化。
指数选择
建议指数为1.07，该指数最适宜生产弹性体

计算方法：
C [am(100-a)]
M-C DI

常用简单计算公式：
X=

Y=100－a－X
X= % 扩链剂 C=M.W扩链剂(90-丁二醇)
Y= % 多元醇 M=M.W多元醇
A= % 二异氰酸酯 D=M.W二异氰酸酯
I=异氰酸酯指数
对于CAPA2200，丁二醇和异氰酸酯指数为1.07，因此公式简化为X=0.40a－4.71
CAPA2200的分子量在通常的批次差异中的变化可以忽略。

表5 使用CAPA2100性能表 (80-95肖氏A)

%CAPA2100
65.83
58.62
54.36
%MDI
30
34.4
37.8
%丁二醇
4.17
6.98
7.84
硬度 肖氏A
肖氏D
80
30
40
40
95
46
密度 g/cm3
1.17
1.19
1.20
LUPKE 卢氏弹力%
25℃
30
30
-
　　　　　 70℃
75
63
-
MODULUS系数,模数kg/cm2 25%
13
32
45
100%
30
65
110
300%
80
315
450
抗张强度kg/cm2
430
520
550
伸长%
420
360
350
逐渐增加的撕裂强度kg/cm2
76
80
110
拉伸Extension set (70℃)
2
2
6
压缩应力 (70℃)
13
25
25
冷挠曲Cold Flex(℃)
-24
-19
-17

表6 使用CAPA2200性能表 (80-96肖氏A)

%CAPA2200
69.73
62.74
58.54
48.74
%MDI
25
30
33
40
%丁二醇
5.27
7.26
8.46
11.26
硬度 肖氏A
肖氏D
80
33
90
42
95
46
96
57
密度 g/cm3
-
1.18
1.19
-
LUPKE 卢氏弹力%
25℃
66
62
55
-
　　　　　 70℃
77
76
71
-
MODULUS系数,模数kg/cm2 25%
19
35
80
-
100%
40
65
101
170
300%
113
200
177
355
抗张强度kg/cm2
458
535
538
500
伸长%
400
420
430
420
逐渐增加的撕裂强度kg/cm2
55
91
110
160
拉伸Extension set (70℃)
2
2
7
-
压缩应力 (70℃)
27
21
20
15
冷挠曲Cold Flex(℃)
-35
-39
-30
-17

附录Ⅰ
浇注型MDI弹性体预聚体制备方法
摘要
a） 总的预聚体制备是在80℃将多元醇与MDI反应1小时
b） 80℃的预聚体在室温下加入扩链剂，除去气体后将混合物倒入热的模具中
c) 固化后，注模的弹性体从模具中取出，在110℃后固化24个小时
操作步骤

1、预聚体准备
我们可以轻松地制备少量预聚体，从而能用于实验室或小规模工厂试验。少于1kg的数量可以这样制备：在玻璃瓶中混合熔融的MDI和多元醇，用氮气密封瓶口，放置在80℃炉中一个小时，间隔一段时间摇晃，5kg数量的预聚体则可于玻璃容器中制备。玻璃容器上装有搅拌器，温度计和氮气入口，将异氰酸酯加入多元醇，混合物保持80℃，在真空及氮气中反应1小时。
这种制备方法在制得产品数量上没有明确上限，但需要有效的混合，并严格控制多元醇的加入及反应温度。如果温度大大超过80℃，将会有发生副反应的危险，导致弹性体性能很差。
制得的预聚体在干燥氮气保护的密封容器中可以保持一段时间（长达6个月）。要隔绝水和氧气，保存环境温度应在0℃以上，当预聚体取出后，反应容器中可加入甲苯或丙酮清洗，加热沸腾后倒出溶液即可。
2、过程
刚制备或经再加热至80℃的预聚体用一个任意容器或铁桶称量，这个铁桶用完后加热至5-600℃可清洗干净，然后预聚体要排气直至无气体为止。方便的话，可使用一个带有出口管及法兰的真空泵，真空泵带有软橡胶密封塞，将预聚体密封在容器中，如果没有电子真空泵，带有防止倒吸装置的水泵也可以使用，真空度要求只有20-25mm。
一些浇注弹性体的生产者，他们在储存聚预体时更愿意选择大量的排气然后在氮气中及合适的温度下保存，这样今后少量使用时无需再排气。如果使用机器，这些机器的大容器通常装有排气装置。
排气以后，在80℃预聚体中加入冷的扩链剂（通常是1.4一丁二醇），混合充分同时避免空气混入。然后将混合物排气后倒入模具中。许多浇注弹性体生产者在加入扩链剂之前为确保其干燥会将扩链剂再蒸馏或在真空下加热。这样避免了最后一道排气工作，避免了如果手工混合将气体带入反应体系。
浇注后，一般将容器丢弃或将残余物固化后除去以便再使用，如果是钢制容器（软钢或者更好的不锈钢），可将容器置于空气充分流通的炉中加热至高温以除去剩余的弹性体。
除去气体的混合体系被小心的倒入模具中，模具上涂有脱模剂（见附录）并预热至110-140℃，混合后体系倒入模具的工作时间通常为3-7min,取决于最后的弹性体硬度。然后，将模具放入烤炉中，温度保持110-140℃，并根据下表所需的时间保持该温度加热，最后取走模具。
固化所需时间（无催化）

%MDI

20
30
40
在模具中时间
6分钟
6分钟
3分钟
脱模时间
120分钟
45分钟
15分钟

3、注模
用于生产目的，通常使用铝或钢模具（后者更适宜），为了定型工作，金属容器注满环氧树脂或聚氨酯弹性体，值得说的是结构材料应当具有热传导性能，当厚的部分铸模时避免在固化过程中产生过高的温度。
为了避免使用脱模剂，我们尝试在模具表面涂布PTFE，然而，结果是有争议的，因为涂了PTFE后造成表面多孔性。
4、催化系统
一致的评价是较软的体系成型时间不能太长，尤其是当材料是成型快的己二酸体系。一般的聚氨酯催化剂会明显加速反应速度。然而，在许多情况下，这会使注模时间太短不利于手工操作。我们可以通过测试潜在的催化剂（即在90-100℃下反应活性低的催化剂）来克服这个问题，同时不会对化学反应过程有实质的改变。