專利名稱：聚氨酯基樹脂組合物的制作方法
聚氨酯基樹脂組合物
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于修補(bǔ)受損橡膠基部件的組合物。更具體地講，本 發(fā)明涉及用于修補(bǔ)橡膠基部件受損表面的聚氨酯基樹脂。
橡膠基部件(無論由天然、合成聚合物還是改性聚合物構(gòu)成)可 用于多種應(yīng)用，包括傳動帶、涂層和機(jī)器零件。在各種應(yīng)用中，橡膠 基部件都具有因長期磨損而逐漸受損的趨勢。也可能由于與物體發(fā)生 碰撞而導(dǎo)致橡膠基部件突然受損。
修補(bǔ)受損橡膠基部件的典型方法包括利用粘合劑或硫化工藝將一 片橡膠材料粘附到受損橡膠基部件上。然而，由于橡膠基部件的不規(guī) 則的受損表面，該薄片具有過早磨損的趨勢。薄片還會在橡膠基部件 的表面上產(chǎn)生接縫，這種接縫會加速薄片的磨損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括可用來修補(bǔ)橡膠基部件表面的聚氨酯基樹脂。聚氨酯 基樹脂包括與多元醇組分混合的預(yù)聚物組分。預(yù)聚物組分包括至少一 種多異氰酸酯、至少一種羥基封端的聚丁二烯和至少一種醚二醇。多 元醇組分一般包括蓖麻油、至少一種羥基封端的聚丁二烯和至少一種 芳族二胺。將預(yù)聚物組分和多元醇組分混合一段選定時間，使其一起 反應(yīng)，形成聚氨酯基樹脂。聚氨酯樹脂用于涂覆橡膠基部件的表面。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包括聚氨酯基樹脂。該樹脂用于例如修補(bǔ)橡膠基部件。本 發(fā)明的聚氨酯一般來講是耐磨、防水和碳?xì)浠衔镒韪?例如油和油 脂)，當(dāng)涂覆到橡膠基部件上時，可在相對短的時間內(nèi)固化(或固定)。本發(fā)明的聚氨酯通常在很大的溫度范圍內(nèi)(例如，從約-io'c至約sere)
提供實(shí)用性。
優(yōu)選的聚氨酯樹脂包括那些熱固性樹脂或能夠形成緊密交聯(lián)聚合 物結(jié)構(gòu)的樹脂，這些樹脂的特征在于韌性、附著力和相對低的收縮性。 通常在表面涂層和粘合劑中采用這類樹脂。
發(fā)現(xiàn)聚氨酯樹脂(包括上述的那些)具有修補(bǔ)橡膠基部件的實(shí)用 性。此類橡膠基部件包括任何橡膠材料，通常由分子量一般大于約
IO，OOO的天然、合成和/或改性聚合物制成。這種部件或組合物通常顯
示出彈性性能，以及硫化后的彈性恢復(fù)?？捎帽景l(fā)明聚氨酯基樹脂修 補(bǔ)的具體示例性橡膠基部件包括傳動帶、軟管、涂層或其它許多工業(yè)
機(jī)器部件和裝置。
本發(fā)明通常包括兩部分體系，包括預(yù)聚物組分和多元醇組分，當(dāng) 它們混合在一起時，形成"觸變"聚氨酯基樹脂。術(shù)語"觸變"通常 指流體或流體混合物在攪拌、攪動和/或混合時形成凝膠、糊劑或換句 話講達(dá)到半固體狀態(tài)的特性。預(yù)聚物組分和多元醇組分可按選定比率 混合在一起，該比率能有效地制備用于修補(bǔ)橡膠基部件受損區(qū)域的防 流掛(即防止向下流動)觸變聚氨酯。
預(yù)聚物組分通常包括至少一種多異氰酸酯、至少一種羥基封端的 聚丁二烯樹脂和至少一種醚二醇。也可將其它組分加入預(yù)聚物組分中， 包括但不限于增塑劑。預(yù)聚物組分的組成的典型范圍列于表1中。表1
組分 重量％
多異氰酸酯 40-60
聚丁二烯樹脂 15-25
醚二醇 5-12
鄰苯二甲酸酯增塑劑 10-20
可以如下制備預(yù)聚物在氮?dú)鈿夥罩?、約45"C至約ll(TC溫度下 使多異氰酸酯和活性含氫材料(包括羥基封端的聚丁二烯樹脂、醚二 醇和可選的增塑劑)進(jìn)行充足時間的混合(或換句話講，摻混)，以 形成均勻的混合物。均勻的混合物通常包括由羥基封端的聚丁二烯樹 脂與醚二醇反應(yīng)所生成的小于11重量％的異氰酸酯。然后將均勻的預(yù) 聚物優(yōu)選地封裝在基本上無氧氣氛的容器中。
可用的多異氰酸酯包括由密西根州米德蘭市的陶氏化學(xué)公司 (Dow Chemical Company of Midland, Michigan)以商品名"Isonate 143"、 由德國勒沃庫森的拜耳股份公司(Bayer Aktiengesellschaft of Leverkusen, Germany)以商品名"Desmodur 1806"以及由猶他州鹽湖城 的亨斯邁國際有限責(zé)任公司(Huntsman International LLC of Salt Lake City)以商品名"Rubinate"出售的那些?？捎玫囊后w羥基封端的聚丁二 烯樹脂包括由特拉華州威爾明頓的佩特弗萊克斯公司(Petroflex of Wilmington, Delaware)以商品名"Liquiflex H "、以及由賓夕法尼亞州 ?？怂诡D的沙多瑪公司(Sartomer of Exton， Pennsylvania)以商品名"HT 45"出售的那些?？捎玫拿讯及ㄓ擅芪鞲菝椎绿m市的陶氏化學(xué) 公司(Dow Chemical Company of Midland, Michigan)以商品名"Voranol 2120"和"Voranol 2040"出售的那些。可用的增塑劑包括鄰苯二甲酸 二辛酯和鄰苯二甲酸二異壬酯，這兩種增塑劑均可從巴西圣保羅的斯 坎蒂弗萊克斯公司(Scandiflex of Sao Paulo, Brazil)商購獲得。
多元醇組分包括例如一種或多種普通脂肪族油類，例如蓖麻油(優(yōu)選地具有小于或等于0.8mg KOH/mg酸值的油)； 一種或多種羥基封 端的聚丁二烯；以及至少一種芳族二胺。油與羥基封端的聚丁二烯共 混使進(jìn)入聚氨酯的吸水率最小化，從而使得涂覆到橡膠基部件的聚氨 酯具有水解穩(wěn)定性。
芳族二胺，例如二乙基甲苯二胺，通過交聯(lián)聚合物鏈形成交聯(lián)結(jié) 構(gòu)起到了觸變劑的作用；當(dāng)預(yù)聚物組分與多元醇組分混合時，該交聯(lián) 結(jié)構(gòu)使聚氨酯變稠成糊劑。典型的芳族二胺是由猶他州鹽湖城的亨斯 邁國際有限責(zé)任公司制造的二乙基甲苯二胺。其它可用于多元醇組分
的觸變劑包括酰胺蠟、水解蓖麻油和脲衍生物，這些觸變劑在諸如增 塑劑和碳?xì)浠衔镏惖亩栊暂d體中進(jìn)行制備。
多元醇組分也可以可選地包括其它成分，這些成分包括但不限于 填充劑、增塑劑、炭黑、硅垸、凈水劑(例如沸石)和抗氧化劑。典 型的填充劑包括無機(jī)鹽，例如硅酸鋁、硅酸鎂和碳酸鈣以及其它無機(jī) 鹽?？蓪⑻畛鋭┘尤氲蕉嘣冀M分作為觸變劑，并且也可在將聚氨酯 涂覆到橡膠基部件上時，使用填充劑來提高聚氨酯的耐磨性。
可將炭黑加入到多元醇組分作為顏料，以將聚氨酯染成與橡膠基 部件顏色類似的黑色。利用炭黑作為聚氨酯中的顏料可使橡膠基部件 上修補(bǔ)表面的外觀最弱化。
通常將增塑劑加入到多元醇組分，以提高粘附到橡膠基部件上的 固定或固化聚氨酯的柔性。典型的增塑劑包括鄰苯二甲酸二辛酯和鄰 苯二甲酸二異壬酯，這兩種增塑劑均可商購獲得，例如，可商購得自 巴西圣保羅的斯坎蒂弗萊克斯公司。
可將抗氧化劑加入到多元醇組分，以防止至少羥基封端的聚丁二 烯被氧化，因?yàn)榫郯滨ブ胁伙柡徒M分的氧化會導(dǎo)致聚氨酯隨時間推移 而降解。也可將一種或多種硅烷組分加入到多元醇組分，以提高聚氨酯對 橡膠基部件表面的附著力。典型的硅垸包括例如可以產(chǎn)品名"A1170" 商購自通用電氣公司(General Electric Corporation)的有機(jī)硅烷。
多元醇組分包含的成分的典型范圍(按重量％計)列于表2中。
表2
成分重:匱％
蓖麻油40-60
苯二甲酸酯增塑劑5-.12
硅酸鋁20-30
聚丁二烯樹脂7 --15
氨基硅烷0.2-1.0
抗氧化劑0.4-0.8
芳族二胺0.5-2.0
沸石2.5-4.0
炭黑0.5-1.5
優(yōu)選地，在基本上無氧的環(huán)境中使多元醇組分的各成分混合在一 起，由此制備均勻的混合物。然后，將多元醇組分優(yōu)選地封裝在基本 上無氧的環(huán)境中，以防止成分被氧化。
使用聚氨酯基樹脂修補(bǔ)橡膠基部件時，優(yōu)選地先將部件的表面為 接受樹脂做好準(zhǔn)備，然后再將多元醇組分和預(yù)聚物組分混合形成聚氨 酯。這種表面準(zhǔn)備通常包括去除水分和諸如灰塵、油漆和沙子之類的 表面污染物。移除水分和表面污染物后，表面也優(yōu)選地用橡膠粗矬或 其它研磨工具(例如連接到研磨機(jī)上的鋼絲輪)加以研磨。研磨使橡 膠基部件的表面變得粗糙，并且通常會從橡膠基部件中釋放出油和油 脂，用工業(yè)清除器將這些油和油脂去除。
8也可用干凈的布擦拭表面，直到表面基本上無殘余物。如果用布 搽拭表面，而布沒有再沾上橡膠基部件的殘余物，則可將表面視為足 夠干凈，能夠接受樹脂。
橡膠基部件的表面準(zhǔn)備好后，可按選定的比率使多元醇組分和預(yù) 聚物組分混合(或換句話講，摻混)以制備聚氨酯基樹脂。預(yù)聚物組 分和多元醇組分的摻混比率一般為40重量％的預(yù)聚物組分和60重量 %的多元醇組分，至30重量％的預(yù)聚物組分和70重量％的多元醇組分 的范圍之間，或是其間的任意比率。
多元醇組分和預(yù)聚物組分摻混時發(fā)生放熱反應(yīng)，提高了聚氨酯的 溫度。將多元醇組分和預(yù)聚物組分摻混約60秒后，聚氨酯樹脂通常因 觸變劑而獲得糊劑的稠度。
可用任何合適的工具(例如用刮刀或油灰刀)將聚氨酯樹脂涂覆 到橡膠基部件的表面上。將樹脂涂覆到橡膠基部件后，通常令聚氨酯 進(jìn)行充足時間的固化以使樹脂變硬并粘附到橡膠基部件上。 一般來講， 樹脂固化約90分鐘后，橡膠基部件才能安全地重新使用。
一般來講，聚氨酯在約90分鐘后固化，而樹脂在混合后約7分鐘 后完全變硬，以防止再將聚氨酯涂覆到橡膠基部件上。因此， 一般來 講，在制備本發(fā)明的樹脂之前準(zhǔn)備好橡膠基部件的表面是有利的。
實(shí)例
下列實(shí)例僅起示例性作用，并不意圖限制本發(fā)明。 實(shí)例1
使用本發(fā)明的聚氨酯基樹脂來修補(bǔ)帶有受損表面的硫化橡膠傳送 帶?；旌暇郯滨デ?，基本上去除所有水分和諸如灰塵、油漆和沙子之類的表面污染物來準(zhǔn)備受損表面。研磨表面使之變粗糙，以更好地接 受聚氨酯基聚氨酯。研磨過程中會釋放油脂和油，用清除器將其去除。 然后，用白布將表面擦拭干凈，直到布上不再粘附黑色殘余物。
準(zhǔn)備好表面后，按約65重量％的多元醇組分和約35重量％的預(yù)聚 物組分的選定比率將多元醇組分和預(yù)聚物組分混合在一起。將預(yù)聚物 組分和多元醇組分混合在一起約1分鐘，以形成糊劑，該糊劑具有涂 覆于研磨表面上的足夠稠度?；旌线^程中發(fā)生放熱反應(yīng)，使聚氨酯的 溫度最大可升至約60°C。
用刮刀將糊劑涂覆到傳送帶上，以重建受損表面。由于聚氨酯具 有防流掛特性，使得糊劑可保留所期望的形狀而不會流出傳送帶的邊 緣。糊劑形成后約5至7分鐘，聚氨酯硬化至不能涂覆到傳送帶上的 稠度。
樹脂在約25'C下約30分鐘后變得無粘性。在約25"C下約2小時 后，樹脂已充分硬化，經(jīng)ASTM D2240方案測試表明，傳送帶可以再 次使用。
用來修補(bǔ)傳送帶的預(yù)聚物的組合物復(fù)制在下表3中。 表3
預(yù)聚物組分的組合物
成分 重量％ 多異氰酸酯 50.10 聚丁二烯樹脂 23.20 醚二醇 13.70 鄰苯二甲酸酯增塑劑 23.20 總計 100.00用來修補(bǔ)傳送帶的多元醇組分的組合物復(fù)制在下表4中。
表4
多元醇組分的組合物
成分 蓖麻油 鄰苯二甲酸二辛酯 硅酸鋁 聚丁二烯樹脂
抗氧化劑 乙基甲苯二胺 沸石 炭黑
重量％
45.00 13.00 23.00 13.00
0.4
0.2
2.7
2.0
0.7
總計
100.0
下表5總結(jié)了混合前多元醇組分和預(yù)聚物組分的物理特性,
物理特性 狀態(tài) 顏色
密度(ASTM D 638) (g/cm3) 粘度(ASTM D 792) (cP) 閃點(diǎn)(ASTM D 92)
預(yù)聚物組合物 液態(tài) 黃色 1.10 1,250 >150°C
多元醇組合物 液態(tài) 黑色 1.35 15,000 >150。C
24小時后，聚氨酯具有如表6中列出的下列性質(zhì)。表6
性質(zhì)
吸水率(ASTM D570) 介電強(qiáng)度(ASTM D257) 硬度(ASTM D2240)
0.2重量％ 20kV/mm-min. 70-80肖氏硬度A
一旦重新使用，傳送帶能夠在延長期內(nèi)執(zhí)行所期望的功能，而不 會加快重建表面的磨損。
盡管已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域內(nèi)的熟練 工人將認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行形 式和細(xì)節(jié)的修改。
權(quán)利要求
1. 一種聚氨酯基樹脂，包含預(yù)聚物組分，其包括至少一種多異氰酸酯、至少一種羥基封端的聚丁二烯和至少一種醚二醇；和多元醇組分，其包括至少一種脂肪族油類、至少一種羥基封端的聚丁二烯和至少一種芳族二胺；其中將所述多元醇組分和所述預(yù)聚物組分摻混，并且使其相互反應(yīng)形成聚氨酯基樹脂。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的樹脂，其中所述多異氰酸酯占所述預(yù)聚 物組分的約40重量％至約60重量％。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的樹脂，其中所述羥基封端的聚丁二烯占 所述預(yù)聚物組分的約15重量％至約25重量％。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂，其中所述選定量的醚二醇占所述 預(yù)聚物組分的約5重量％至約12重量％。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的樹脂，其中所述脂肪族油類占所述多元 醇組分的約40重量％至約60重量％。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的樹脂，其中所述羥基封端的聚丁二烯占 所述多元醇組分的約7重量％至約15重量％。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的樹脂，其中所述預(yù)聚物組分占所述混合 聚氨酯的約30重量％至約40重量％。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的樹脂，其中所述多元醇組分占所述混合
9. 一種修補(bǔ)橡膠基部件的方法，包括-通過在基本上無氧的氣氛中、在溫度約45T至約ll(TC下將至少 一種多異氰酸酯、至少一種羥基封端的聚丁二烯和至少一種醚二醇一起進(jìn)行充足時間的混合，以形成第一均勻的混合物來制備預(yù)聚物組分； 將所述預(yù)聚物組分儲存在第一容器中，所述第一容器具有基本上 無氧的環(huán)境；通過在基本上無氧的氣氛中將至少一種脂肪族油類、至少一種羥 基封端的聚丁二烯和至少一種二乙基甲苯二胺一起進(jìn)行充足時間的摻 混，以形成第二均勻的混合物來制備多元醇組分；將所述多元醇組分儲存在第二容器中，所述第二容器具有基本上 無氧的環(huán)境；將所述預(yù)聚物組分的至少一部分和所述多元醇組分的至少一部 分一起進(jìn)行充足時間的混合以形成糊劑；將所述糊劑涂覆于橡膠基部件的所述表面上，并且使所述糊劑在 所述橡膠基部件上進(jìn)行充足時間的固化，以使所述糊劑硬化并且附著 到所述橡膠基部件上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述糊劑包括約30重量％ 至約40重量％的所述預(yù)聚物和約60重量％至約70重量％的所述多元 醇組分。
全文摘要
可用于例如修補(bǔ)橡膠基部件表面的聚氨酯樹脂包括與多元醇組分摻混的預(yù)聚物組分。所述預(yù)聚物組分包含多異氰酸酯、羥基封端的聚丁二烯和醚二醇。所述多元醇組分包含脂肪族油類、羥基封端的聚丁二烯和芳族二胺。將所述多元醇組分和所述預(yù)聚物組分摻混一段選定時間，以相互反應(yīng)形成所述聚氨酯樹脂?？蓪⑺鰳渲扛驳较鹉z基部件的表面上。
文檔編號C08G18/69GK101454370SQ200780018927
公開日2009年6月10日 申請日期2007年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月23日
發(fā)明者喬斯·溫貝托·洛佩斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司