專(zhuān)利名稱(chēng)：輕量輪胎支架和制造輪胎支架的組合物及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輕量輪胎支架。本發(fā)明特別涉及一種制備溫度穩(wěn)定具有負(fù)荷能力的輕量輪胎支架的方法和組合物。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于制備輪胎支架的聚氨酯聚合物組合物以及由本發(fā)明的聚氨酯聚合物組合物制備輪胎支架的方法。
用于車(chē)輛輪胎的輪胎支架是適于安裝在輪胎輪輞內(nèi)側(cè)的支架。輪胎支架是防止輪胎失壓的預(yù)防裝置，如果輪胎部分失壓或整個(gè)失壓致使車(chē)輛失去控制就用來(lái)承受車(chē)輛的重量，沒(méi)有輪胎支架可能出現(xiàn)繼續(xù)使用車(chē)輛使輪胎無(wú)法修復(fù)的損壞。
輪胎支架是合乎需要的因?yàn)樗梢源鎮(zhèn)溆幂喬ナ管?chē)輛繼續(xù)運(yùn)行至服務(wù)設(shè)施，在那里可對(duì)至少局部放氣的輪胎進(jìn)行充氣、維修或更換。這對(duì)于制造小型車(chē)輛是有利的，這種車(chē)沒(méi)有備用輪胎和千斤頂，以便減小車(chē)輛的整體重量來(lái)節(jié)省燃料，并降低可能發(fā)生的車(chē)輛在輪胎失壓后繼續(xù)運(yùn)行而出現(xiàn)的其它損壞。
幾種預(yù)期用作輪胎支架的裝置是已知的。輪胎支架的例子公開(kāi)于美國(guó)專(zhuān)利4248286、4318435、4418734、4461333、4592403、5363894和5891279中。
各種材料，例如金屬、橡膠和塑料彈性體，已被用于制備已知的輪胎支架。金屬制造的輪胎支架不太理想，因?yàn)檫@種裝置的輪胎不能很好地承受沖擊并且易碎。而且這種裝置的任何故障都可導(dǎo)致含有這種支架的輪胎迅速完全破壞。
由橡膠制備的輪胎支架也不太理想。由橡膠制備的輪胎支架一般至少7kg重，最高25kg重，其對(duì)節(jié)省車(chē)輛的燃料產(chǎn)生負(fù)面影響。由橡膠制備的一種車(chē)輛支架包括硫化的天然橡膠或合成橡膠混合物。這種輪胎支架與輪胎不相容并且過(guò)早降解。例如含有這種支架的輪胎在運(yùn)行時(shí)使輪胎和支架快速且過(guò)早變熱。
已公開(kāi)了各種塑料彈性體用于制備輪胎支架。例如，已談到彈性體組合物，如聚氨酯、膠乳和合成塑料用于制備輪胎支架。這種支架的問(wèn)題是溫度不穩(wěn)定，邊加工邊裂解。因此，已知的塑料支架也不理想。
沒(méi)有一種已知的材料可以為輪胎支架提供良好負(fù)荷性能、溫度穩(wěn)定性和低用量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而且，從已知材料制備輪胎支架的已知方法對(duì)于工業(yè)應(yīng)用價(jià)格過(guò)高且所需制備每個(gè)支架的加工時(shí)間不太理想。
人們希望由塑料彈性體，例如聚氨酯聚合物，制備支架，因?yàn)樗柚苽渌芰蠌椥泽w的材料一般比其它材料，例如橡膠相對(duì)便宜，還因?yàn)樗芰蠌椥泽w比其它材料，例如橡膠，輕，這樣與用已知支架的車(chē)輛燃料經(jīng)濟(jì)性相比可用于節(jié)省車(chē)輛的燃料。
由塑料彈性體制造輪胎支架中的一個(gè)問(wèn)題是彈性體的性能依賴(lài)于溫度。即，彈性體在室溫(22℃)一般有彈性，但是將其暴露在寬范圍溫度，尤其是高于100℃的溫度時(shí)就不顯示相似的性能了。由于輪胎支架要放在車(chē)輛上，而車(chē)輛要暴露在各種溫度下，例如冬天0℃以下的溫度和夏天高達(dá)50℃的溫度(取決于地理位置)，還由于輪胎支架要暴露在操作溫度，例如120℃，因此塑料彈性體在大的溫度范圍都應(yīng)相當(dāng)穩(wěn)定以提供所希望的性能。
由塑料彈性體制造輪胎支架中的另一個(gè)問(wèn)題是彈性體的性能應(yīng)為輪胎支架提供有效的耐久性，而使輪胎支架提供所需性能，用作其預(yù)定目的。即，該支架應(yīng)足夠耐久以便在癟胎狀況下用于支撐車(chē)輛的重量，這被稱(chēng)作負(fù)荷能力。當(dāng)輪胎支架的重量被減小以生產(chǎn)輕量輪胎支架時(shí)，例如輪胎支架重量不超過(guò)8kg，此問(wèn)題較大，因?yàn)榫酆衔镆话銜?huì)失去拉伸模量，這將導(dǎo)致聚合物變形，例如高頻撓曲、彎曲以及聚合物扭轉(zhuǎn)。這些變形對(duì)耐久性影響不利。眾所周知輕量輪胎支架更易于使結(jié)構(gòu)損壞，因?yàn)楫?dāng)聚合物用量減小時(shí)它更易于斷裂和結(jié)構(gòu)劣化。
人們希望制備具有良好負(fù)荷性能，良好溫度穩(wěn)定性和低質(zhì)量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的支架。尤其是需要提供實(shí)現(xiàn)這些性能指標(biāo)的輪胎支架的合適聚合物組合物。另外，需要一種從組合物制備支架的有效方法。特別是需要能夠形成適用的輪胎支架的聚氨酯聚合物組合物以及能夠改進(jìn)輪胎支架的生產(chǎn)時(shí)間和制造費(fèi)用至少之一的方法。
本發(fā)明提供了一種適于制造輕量支架的聚氨酯聚合物組合物，其包括至少一種異氰酸酯，至少一種多元醇，和至少一種增鏈劑。至少一種異氰酸酯存在的有效量要與至少一種增鏈劑反應(yīng)提供硬鏈段聚合物，且存在的有效量要與至少一種多元醇反應(yīng)提供軟鏈段聚合物。硬鏈段聚合物和軟鏈段聚合物存在的有效量提供一種由該組合物制備的具有溫度穩(wěn)定和負(fù)荷能力的輪胎支架。
負(fù)荷能力可通過(guò)測(cè)定本發(fā)明聚氨酯聚合物組合物制備的測(cè)試樣品的拉伸模量來(lái)確定。在一實(shí)施方案中，聚氨酯聚合物在80℃的拉伸模量至少是25mPa，但不高于60mPa。該測(cè)定可根據(jù)ASTM D638進(jìn)行。
溫度穩(wěn)定性可通過(guò)測(cè)定本發(fā)明聚氨酯聚合物組合物制備的測(cè)試樣品在一溫度范圍內(nèi)拉伸模量的變化來(lái)確定。在一實(shí)施方案中，聚氨酯聚合物的拉伸模量在-50℃至150℃的范圍內(nèi)基本上不變化。該測(cè)定可根據(jù)動(dòng)態(tài)力學(xué)光譜進(jìn)行。
在一實(shí)施方案中，本發(fā)明的聚氨酯聚合物組合物包括至少兩個(gè)多元醇(包括多元醇封端的聚環(huán)氧丙烷和聚環(huán)氧乙烷)；至少一種脂肪胺增鏈劑、一種芳香胺增鏈劑和一種改性的胺增鏈劑；和至少一種二苯甲烷二異氰酸酯的異構(gòu)體。該組合物包括有效量的異氰酸酯與增鏈劑反應(yīng)提供至少25重量％但不高于45重量％的硬鏈段聚合物(基于組合物的總重量)。由此組合物制備的輪胎支架其重量不超過(guò)8kg，在80℃的拉伸模量至少30mPa而不超過(guò)50mPa，拉伸模量在50℃至150℃溫度范圍內(nèi)的變化不高于15％。
根據(jù)本發(fā)明，可由本發(fā)明的組合物制備一種輕量輪胎支架。輕量輪胎支架一般包括硬鏈段聚合物(含有至少第一種異氰酸酯和至少一種增鏈劑的反應(yīng)產(chǎn)物)和軟鏈段聚合物(含有至少第二種異氰酸酯和至少一種多元醇的反應(yīng)產(chǎn)物)。該至少第一種異氰酸酯和至少第二種異氰酸酯可以相同或不同。該輪胎支架包括有效量的硬鏈段聚合物和軟鏈段聚合物為輪胎支架提供負(fù)荷能力和溫度穩(wěn)定性。
本發(fā)明的輕量輪胎支架可通過(guò)注射異氰酸酯組分物流至為成型輪胎支架而設(shè)計(jì)的加工模具內(nèi)；注射多元醇組分物流至加工模具，使異氰酸酯組分物流和多元醇組分物流在加工模具中反應(yīng)。該異氰酸酯組分物流包括至少一種異氰酸酯，多元醇組分物流包括至少一種多元醇和至少一種增鏈劑。由此方法制備的輪胎支架包括有效量的硬鏈段聚合物和軟鏈段聚合物，為輪胎支架提供溫度穩(wěn)定性和負(fù)荷能力。


圖1顯示本發(fā)明一例聚氨酯聚合物在-100℃至150℃溫度范圍內(nèi)的拉伸模量變化。
本發(fā)明涉及一種能用于制備輪胎支架的聚氨酯聚合物組合物，和由該組合物制備的聚氨酯聚合物，尤其是聚氨酯聚合物輪胎支架。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種由本發(fā)明聚氨酯聚合物組合物制備聚氨酯聚合物，尤其是聚氨酯聚合物輪胎支架的方法。本發(fā)明的聚氨酯聚合物，尤其是聚氨酯聚合物輪胎支架是輕量的且具有負(fù)荷能力和溫度穩(wěn)定性。
輪胎支架包括適于將其放入并與輪輞接觸的任何裝置，用以在癟胎狀況下支撐車(chē)輛，例如小轎車(chē)、卡車(chē)、大轎車(chē)、旅行車(chē)、摩托車(chē)、游覽車(chē)，或飛機(jī)。癟胎狀況包括輪胎氣壓低于所希望的運(yùn)行條件氣壓的任何狀況，例如，當(dāng)輪胎失去部分或整個(gè)氣壓時(shí)在沒(méi)有輪胎支架而繼續(xù)運(yùn)行車(chē)輛時(shí)就可能成出現(xiàn)車(chē)輛失去控制或無(wú)法挽回的輪胎損壞。
本發(fā)明的輪胎支架具有所希望的負(fù)荷能力。術(shù)語(yǔ)“負(fù)荷能力”是指聚氨酯聚合物，尤其是聚氨酯聚合物輪胎支架具有有效的機(jī)械性能承受癟胎狀況下的車(chē)輛重量。盡管其它機(jī)械性能例如柔性模量和壓縮模量可用于測(cè)定負(fù)荷能力，然而在本說(shuō)明書(shū)中，拉伸模量(其也稱(chēng)為硬度)作為所選的機(jī)械強(qiáng)度用于評(píng)價(jià)聚氨酯聚合物的負(fù)荷能力。
術(shù)語(yǔ)“拉伸模量”是指拉伸或斷裂聚合物測(cè)試樣品所需要的力?？捎脕?lái)測(cè)定聚氨酯聚合物拉伸模量的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法(ASTM)D638。聚合物的拉伸模量可表示聚合物是多么脆或多么軟，其可進(jìn)一步表示聚合物大概是怎樣抗沖擊、抗斷裂和抗結(jié)構(gòu)裂解。
所希望的拉伸模量一般取決于配備本發(fā)明輪胎支架的車(chē)輛類(lèi)型。例如，輕量車(chē)?yán)缧⌒推?chē)或客車(chē)的輪胎支架與較大車(chē)輛例如運(yùn)貨汽車(chē)或運(yùn)動(dòng)公用車(chē)中相同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輪胎支架相比一般具有較低的拉伸模量。
本發(fā)明的聚氨酯聚合物一般在80℃具有至少25mPa(兆帕斯卡)，優(yōu)選在80℃至少30mPa，更優(yōu)選在80℃至少35mPa的拉伸模量。一般拉伸模量在80℃不高于60mPa，優(yōu)選在80℃不高于50mPa，更優(yōu)選在80℃不高于40mPa。
優(yōu)選的是輪胎支架的負(fù)荷能力在一定的溫度范圍內(nèi)基本上不變化，該溫度范圍包括輪胎支架暴露在車(chē)輛上的溫度。因此，本發(fā)明的輪胎支架也基本上是溫度穩(wěn)定的。
術(shù)語(yǔ)“溫度穩(wěn)定”和“溫度穩(wěn)定性”是指聚氨酯聚合物，特別是聚氨酯聚合物輪胎支架具有至少一個(gè)基本不變的機(jī)械性能，其可用于測(cè)定聚合物在一溫度范圍內(nèi)的負(fù)荷能力性能(例如，拉伸模量)。對(duì)于這種測(cè)試，可將聚合物暴露在各種溫度，并測(cè)量各種溫度的相同機(jī)械性能。機(jī)械性能在溫度范圍內(nèi)的變化可通過(guò)測(cè)試機(jī)械性能數(shù)值對(duì)溫度的曲線(xiàn)的斜率來(lái)測(cè)定。
聚氨酯聚合物的溫度穩(wěn)定性可以用本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的方法測(cè)定。一種適宜的方法包括動(dòng)態(tài)力學(xué)光譜，其用于測(cè)定聚合物的拉伸模量隨溫度的變化。
如果本發(fā)明的聚氨酯聚合物的拉伸模量在-30℃至130℃，優(yōu)選-40℃至140℃，更優(yōu)選在-50℃至150℃的溫度范圍內(nèi)基本上保持不變，則本發(fā)明的聚氨酯聚合物基本上是溫度穩(wěn)定的。術(shù)語(yǔ)“基本上不變”是指拉伸模量在-30℃至130℃，優(yōu)選-40℃至140℃，更優(yōu)選在-50℃至150℃的溫度范圍內(nèi)的變化不高于15％，優(yōu)選不高于10％，更優(yōu)選不高于8％，再更優(yōu)選不高于5％。
優(yōu)選本發(fā)明的聚氨酯聚合物的溫度穩(wěn)定性基本上類(lèi)似于硫化橡膠。這是所希望的，因?yàn)檫@暗示由本發(fā)明組合物制備的輪胎支架可具有類(lèi)似于橡膠制備的輪胎支架的性能。
本發(fā)明的輪胎支架是輕量型的。術(shù)語(yǔ)“輕量型”和“輕量型輪胎支架”是指與安裝常規(guī)輪胎支架的相同車(chē)輛的節(jié)省燃料相比，輪胎支架的重量，有效地節(jié)省了安裝了本發(fā)明輪胎支架的車(chē)輛的燃料。輪胎支架的實(shí)際重量一般取決于其預(yù)期用途。例如，小型轎車(chē)或客車(chē)一般比運(yùn)動(dòng)公用車(chē)或運(yùn)貨汽車(chē)具有較輕的輪胎支架。
本發(fā)明的輕量輪胎支架具有不超過(guò)8kg，優(yōu)選不超過(guò)6kg，更優(yōu)選不超過(guò)5kg的重量。一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的輕量輪胎支架至少3kg重，優(yōu)選至少4kg重。
本發(fā)明的組合物一般包括至少一種異氰酸酯，至少一種多元醇，和至少一種增鏈劑。這些組分這樣選擇以使各組分反應(yīng)生成聚氨酯聚合物輪胎支架，該輪胎支架是輕量的，具有負(fù)荷能力，且溫度穩(wěn)定的。術(shù)語(yǔ)“輕量支架”，“負(fù)荷能力”和“溫度穩(wěn)定”如上所定義。
本發(fā)明的組合物還包括已知的用于聚氨酯聚合物的添加劑，例如催化劑、填料、表面活性劑和內(nèi)脫模劑。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“聚氨酯”可指聚氨酯、聚脲，或聚脲和聚氨酯的混合物。聚氨酯材料可通過(guò)多元醇與異氰酸酯的反應(yīng)獲得。聚脲材料可通過(guò)胺與異氰酸酯的反應(yīng)獲得。聚氨酯材料或聚脲材料都可含有脲官能團(tuán)和尿烷官能團(tuán)，這取決于組合物的組分。優(yōu)選的是，本發(fā)明的組合物是聚氨酯材料和聚脲材料的混合物，其一般被稱(chēng)為聚脲聚氨酯(polyureaurethane)。對(duì)于本說(shuō)明書(shū)，在聚氨酯和聚脲之間沒(méi)有其它的差別。
對(duì)于本發(fā)明組合物的組分選擇可直接通過(guò)選擇組分進(jìn)行，這些組分可賦予聚氨酯聚合物，尤其是聚氨酯聚合物輪胎支架一定數(shù)量的硬鏈段聚合物(能夠有效提供輪胎支架所希望的負(fù)荷性能)和一定數(shù)量的軟鏈段聚合物(能夠有效提供輪胎支架所希望的溫度穩(wěn)定性)。術(shù)語(yǔ)“負(fù)荷性能”和“溫度穩(wěn)定性”如上所定義。
硬鏈段聚合物一般衍生自異氰酸酯和增鏈劑之間的反應(yīng)。本發(fā)明的組合物一般提供有效量的硬鏈段聚合物以提供具有所希望的負(fù)荷性能的輪胎支架，例如所希望的拉伸模量，的輪胎支架。此量不應(yīng)太大以致使本發(fā)明的組合物不可加工，此量也不應(yīng)太小以致使輪胎支架的負(fù)荷性能受到不利影響。如果輪胎支架的負(fù)荷性能受到不利影響，則輪胎支架，例如不能承受癟胎狀況下車(chē)輛重量的負(fù)荷。優(yōu)選的是，配備本發(fā)明輪胎支架的車(chē)輛可在癟胎狀況下以88km/hr的速度運(yùn)行至少100km，更優(yōu)選以88km/hr的速度運(yùn)行至少150km，甚至更優(yōu)選以88km/hr的速度運(yùn)行至少175km。
一般來(lái)說(shuō)，硬鏈段聚合物的量至少為25重量％，優(yōu)選至少28重量％，更優(yōu)選至少30重量％。但是硬鏈段聚合物的量一般不高于45重量％，優(yōu)選不高于42重量％，更優(yōu)選不高于40重量％，還更優(yōu)選不高于35重量％。硬鏈段聚合物的百分重量通過(guò)加入增鏈劑和異氰酸酯的化學(xué)當(dāng)量的重量之和除以組合物中全部組分的總重量來(lái)確定。
軟鏈段聚合物一般衍生自異氰酸酯和多元醇之間的反應(yīng)。本發(fā)明的組合物一般提供有效量的軟鏈段聚合物以提供具有所希望的溫度穩(wěn)定性的輪胎支架。此量不應(yīng)太小以致使本發(fā)明的組合物不可加工，此量也不應(yīng)太大以致使輪胎支架的負(fù)荷性能受到不利影響。
一般來(lái)說(shuō)，軟鏈段聚合物的量至少為55重量％，優(yōu)選至少58重量％，更優(yōu)選至少60重量％。但是軟鏈段聚合物的量一般不高于75重量％，優(yōu)選不高于72重量％，更優(yōu)選不高于70重量％。此軟鏈段聚合物存在的百分重量比硬鏈段聚合物的百分重量小。
本發(fā)明的聚氨酯聚合物組合物包括一種異氰酸酯。任何適于制備輕量輪胎支架的異氰酸酯都可使用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀了本說(shuō)明書(shū)后都會(huì)理解，促進(jìn)有序化如硬鏈段聚合物填充的異氰酸酯是優(yōu)選的。促進(jìn)此有序化的異氰酸酯的一個(gè)例子包括具有高含量芳香性的異氰酸酯。
異氰酸酯可優(yōu)選選自至少一種有機(jī)聚異氰酸酯、改性的聚異氰酸酯和異氰酸酯基預(yù)聚物。它們包括脂肪族、環(huán)脂族、和芳香族異氰酸酯。芳香族異氰酸酯的例子是2，4-和2，6-甲苯二異氰酸酯(TDI)；4，4’-，2，4’-，和2，2’-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)；聚苯基聚亞甲基聚異氰酸酯(PMDI)；三甲基二甲苯二異氰酸酯(TMXDI)；PMDI和MDI的混合物；以及PMDI和TDI的混合物。優(yōu)選的異氰酸酯至少是4，4’-，2，4’-和2，2’二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)之一。雖然TDI是適宜的異氰酸酯，但是本發(fā)明的組合物可以基本上沒(méi)有TDI。
脂肪族和環(huán)脂族異氰酸酯的例子包括例如反式化合物，反式-1，4-環(huán)己基二異氰酸酯；2，4-，和2，6-六氫化甲苯二異氰酸酯；4，4’-，2，2’-和2，4’二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯；和異佛爾酮二異氰酸酯。
其它有用的異氰酸酯包括所謂的改性多官能異氰酸酯，即，通過(guò)上述異氰酸酯的化學(xué)反應(yīng)得到的產(chǎn)物。例子是含有異氰酸酯的酯、脲、縮二脲、脲基甲酸酯、碳二亞胺、uretonimines，和含有尿烷基的二異氰酸酯或聚異氰酸酯。也可以使用含有碳二亞胺基和/或含有uretonimine基的異氰酸酯，其異氰酸酯基(NCO)的含量為10-40重量％，優(yōu)選20-35重量％。這些異氰酸酯包括，例如基于4，4’-，2，4’-，或2，2’-MDI的異氰酸酯和MDI異構(gòu)體的混合物；2，4-或2，6-TDI和TDI異構(gòu)體的混合物；MDI和PMDI的混合物；TDI和PMDI的混合物；二苯甲烷二異氰酸酯，和其混合物。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，異氰酸酯包括至少6重量％NCO和優(yōu)選至少7重量％NCO。但是異氰酸酯一般包括不高于15重量％NCO，優(yōu)選不高于12重量％NCO。
本發(fā)明的組合物一般包括有效量的異氰酸酯以提供所希需量的硬鏈段聚合物。此數(shù)量不應(yīng)過(guò)高致使本發(fā)明的組合物不能加工或者不能太低致使聚合物溫度穩(wěn)定性、聚合物負(fù)荷性能，或二者都受到不利影響。
本發(fā)明的聚氨酯聚合物組合物還可包括多元醇。適于制備輕量輪胎支架的任何異氰酸酯反應(yīng)材料都可使用。適于制備輕量輪胎支架的多元醇一般基于單醇含量、當(dāng)量、官能度和氧化物選擇。
多元醇的單醇含量是指多元醇中的不飽和含量。不飽和量是以多元醇分子(單官能部分)具有的單個(gè)反應(yīng)部位的數(shù)量而定義的。適用于本發(fā)明的多元醇一般具有有效量的多元醇以生成高分子量的聚氨酯聚合物，其可便于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所希望的耐久性。通常由本發(fā)明的組合物制備的聚合物具有至少100000的分子量。
根據(jù)本發(fā)明，多元醇的單醇含量可高達(dá)全部組合物的0.04毫當(dāng)量/克，一般不高于全部組合物的0.035毫當(dāng)量/克，優(yōu)選不高于0.03，更優(yōu)選不高于0.02。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物通過(guò)異氰酸酯組分物流和多元醇組分物流的反應(yīng)經(jīng)反應(yīng)注射成型而制備。根據(jù)此實(shí)施方案，多元醇組分物流包括全部組合物0.035毫當(dāng)量/克多元醇單醇含量，而異氰酸酯組分物流包括全部組合物0.02毫當(dāng)量/克多元醇單醇含量。
根據(jù)本發(fā)明，多元醇的當(dāng)量要有效地簡(jiǎn)化聚合物的固化并促使聚合物的溫度穩(wěn)定性。該當(dāng)量應(yīng)不太高致使本發(fā)明的組合物很難加工。
一般適用于本發(fā)明的多元醇所具有的當(dāng)量至少是1250，優(yōu)選至少是1500，更優(yōu)選至少是1600。典型的多元醇當(dāng)量是不高于4000，優(yōu)選不高于3000，更優(yōu)選不高于2500。這些當(dāng)量值可對(duì)應(yīng)于4500-10000的分子量。
多元醇官能度可有效促進(jìn)聚氨酯聚合物的溫度穩(wěn)定性并促進(jìn)本發(fā)明組合物的加工性能。該官能度不應(yīng)太低致使本發(fā)明的組合物在模具中以不希望的時(shí)間早期硫化。但是該官能度也不應(yīng)太高致使對(duì)聚合物的溫度穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。根據(jù)本發(fā)明，多元醇的官能度至少為1.9，優(yōu)選至少是2.5，更優(yōu)選至少是2.7，甚至更優(yōu)選至少是2.8。一般官能度不大于4.0，優(yōu)選不大于3.7，更優(yōu)選不大于3.3。
在一個(gè)實(shí)施方案中，官能度至少是1.94。在另一實(shí)施方案中，官能度在2.8和3.3之間。
多元醇可具有窄的分子量分布，其表現(xiàn)為低的多分散性，這可有效地促進(jìn)聚氨酯聚合物的溫度穩(wěn)定性。多元醇的多分散性一般不高于1.25，優(yōu)選不高于1.2，更優(yōu)選不高于1.15。典型地該多分散性至少是1.05，優(yōu)選至少是1.02，更優(yōu)選至少是1.0。
用于本發(fā)明的多元醇包括聚醚型多元醇和烴基多元醇。
適用于本發(fā)明的優(yōu)選多元醇包括聚醚二醇、聚醚三醇、聚醚四醇，或這些醇的混合物。這些醇可單獨(dú)使用或結(jié)合使用，一般以共混料使用。羥基封端的聚(氧化丙烯)二醇、三醇，或此二醇和此三純的混合體是優(yōu)選的。聚醚型多元醇的例子包括烯化氧、例如聚環(huán)氧丙烷、聚環(huán)氧丁烷、環(huán)氧乙烷和聚氧化四亞甲基(PTMO)。優(yōu)選的適用于本發(fā)明的多元醇包括聚環(huán)氧丙烷。根據(jù)本發(fā)明，氧化多元醇的含量可有效促進(jìn)相分離。即，促進(jìn)軟鏈段聚合物和硬鏈段聚合物的分離。
特殊的含有環(huán)氧乙烷的聚醚例子包括VORANOLTM4702、VORANOLTM4701、VORANOLTM4815、VORANOLTM5148、VORANOLTM5287、和VORANOLTM3137，都是由Dow ChemicalCompany生產(chǎn)。
聚醚多元醇可通過(guò)已知方法制備，例如適宜的原料分子的烷氧基化作用。這種方法一般包括在催化劑存在下使引發(fā)劑，例如水、乙二醇，或丙二醇與氧化物反應(yīng)。聚醚多元醇可包括分散的填料，例如乙烯基聚合物、聚脲或聚酰肼。
環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷，或這些氧化物的混合物特別適用于烷氧基化反應(yīng)。多元醇優(yōu)選使用基于堿金屬氫氧化物例如，氫氧化銫或氫氧化鉀，雙金屬氰化物(DMC)，和強(qiáng)磷堿例如phosphazenium的催化劑系統(tǒng)制備。使用這些催化劑系統(tǒng)制備多元醇是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
可以理解，除了聚氧化乙烯多元醇，聚醚多元醇也可含有烷基取代基。但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀此說(shuō)明書(shū)后顯然可利用非烷基取代的聚醚多元醇例如聚氧化四亞甲基多元醇的共混料。在一個(gè)實(shí)施方案中，非烷基取代的聚醚中間體的存在量低于50重量％(基于共混料的總重量)。
適用于本發(fā)明的聚醚多元醇可以是雜進(jìn)料、嵌段進(jìn)料或用例如環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷封端。這些類(lèi)型的多元醇都是已知的并已用于聚氨酯化學(xué)工業(yè)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物通過(guò)混合含有多元醇的多元醇組分物流和含有異氰酸酯預(yù)聚物的異氰酸酯組分物流而制備，優(yōu)選異氰酸酯組分物流包括環(huán)氧乙烷封端的多元醇。
環(huán)氧乙烷封端的多元醇可用于促進(jìn)本發(fā)明組合物的加工性或者促進(jìn)本發(fā)明組合物中組分的相容性，由于環(huán)氧乙烷是昂貴的試劑，因此本發(fā)明不希望用環(huán)氧乙烷封端多元醇。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合物通過(guò)使用RIM，混合多元醇組分物流和含異氰酸酯預(yù)聚物的異氰酸酯組分物流而制備，異氰酸酯組分物流優(yōu)選包括多元醇并基本上沒(méi)有環(huán)氧乙烷封端的多元醇。
在使用RIM的實(shí)施方案中，異氰酸酯可用作帶有多元醇部分的預(yù)聚物。優(yōu)選使用不含有任何環(huán)氧乙烷封端的多元醇，其可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)已知的常規(guī)方式制備。這種聚醚多元醇的數(shù)均分子量可以是200-9000，優(yōu)選500-8000，更優(yōu)選1000-8000。該數(shù)均分子量一般大于2000。含有15重量％或更少的NCO的預(yù)聚物可用于此實(shí)施例。優(yōu)選的預(yù)聚物是異氰酸酯和多元醇的反應(yīng)產(chǎn)物，因而至少有稍微過(guò)量的異氰酸酯而不過(guò)多連接多元醇。
本發(fā)明的聚氨酯聚合物組合物包括一種增鏈劑。選擇本發(fā)明的增鏈劑用于為本發(fā)明的組合物提供所希望的反應(yīng)時(shí)間并提供有效的硬鏈段聚合物以便為聚氨酯聚合物提供所希望的負(fù)荷性能。適宜的增鏈劑一般是低當(dāng)量含活潑氫的化合物，其每分子含有2個(gè)或多個(gè)活潑氫基團(tuán)。該活潑氫基團(tuán)可以是羥基、巰基或氨基。增鏈劑可以是脂肪族或芳香族的。本發(fā)明的組合物優(yōu)選包括一種芳香族增鏈劑。
具有至少兩個(gè)活潑氫基團(tuán)的增鏈劑可以是低分子量低聚物化合物，例如環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、丁二醇、乙二醇和新戊二醇。
優(yōu)選的增鏈劑具有至少兩個(gè)活潑氨基團(tuán)。
適于本發(fā)明的脂肪族胺增鏈劑的例子包括乙二胺、1，3-二氨基丙烷、1，4二氨基丁烷、六亞甲基二胺、氨基乙醇胺、1，4-二氨基環(huán)己烷和三亞乙基三胺。
更優(yōu)選的增鏈劑是芳香族的并具有至少兩個(gè)活潑氨基團(tuán)。這些化合物的任何鹽，例如氯化鉀或氯化鈉鹽也可使用。芳香族胺增鏈劑的例子包括3，5-二乙基-2，4-甲苯二胺、3，5-二乙基-2，6’-甲苯二胺、2，4-二氨基甲苯、2，6-二氨基甲苯、1，5-萘二胺、1，4-苯二胺、1，4-二氨基苯、4，4’-亞甲基雙(鄰氯苯胺)(“MOCA”)、1，4-1亞丁基乙二醇、4，4’-亞甲基雙苯胺(MDA)和3，3’，5，5’-四異丙基-4，4’-亞甲基雙苯胺。
水也可用作合適的增鏈劑。
胺增鏈劑可被嵌入或包封，或可具有延遲作用或要求固化，或在其它方面對(duì)于控制增鏈劑與異氰酸酯的反應(yīng)性表現(xiàn)不太積極。當(dāng)胺增鏈劑沒(méi)有這種改進(jìn)時(shí)其對(duì)填充加工模具產(chǎn)生不利影響。
延遲作用的胺增鏈劑包括亞甲基雙苯胺(MDA)的鹽，例如MDA的氯化鈉絡(luò)合物、4，4-亞甲基雙(鄰氯苯胺)(“MOCA”)和一些空間位阻仲胺?？臻g位阻仲胺可購(gòu)自UOP.Inc，商標(biāo)是UNILINK 2100TM和UNILINK 3100TM。DETDA的延遲作用衍生物也可使用，但是不如DETDA優(yōu)選。
增鏈劑存在的有效數(shù)量可促進(jìn)形成硬鏈段聚合物。增鏈劑的量不應(yīng)過(guò)高致使對(duì)于填充加工模具產(chǎn)生不利影響，也不應(yīng)太低致使對(duì)于聚合物的熱穩(wěn)定性、聚合物的負(fù)荷能力，或?qū)烧叨籍a(chǎn)生不利影響。適用于本發(fā)明的增鏈劑的量一般取決于所選擇的增鏈劑類(lèi)型以及所希望的硬鏈段的量。閱讀了此說(shuō)明書(shū)的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解如何確定適于本發(fā)明的增鏈劑的量。
當(dāng)通過(guò)反應(yīng)注射成型而制備本發(fā)明的組合物時(shí)，其中聚氨酯預(yù)聚物的反應(yīng)混合物和多元醇的反應(yīng)混合物混合，增鏈劑也可通過(guò)與聚氨酯預(yù)聚物中的異氰酸酯反應(yīng)確立聚氨酯預(yù)聚物的分子量。盡管不是優(yōu)選，然而增鏈劑可完全取代加到多元醇組分物流反應(yīng)中的多元醇的量。
本發(fā)明的組合物也可包括已知的添加劑和其它已知的制備輪胎支架具有所希望的性能的組分。一般來(lái)說(shuō)，本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的任何用于制備聚氨酯聚合物組合物的添加劑都可包括在本發(fā)明的組合物中，只要該添加劑與組合物中的其它組分相容就行。添加劑的例子包括催化劑、填料、纖維阻滯劑、著色劑例如顏料和染料、抗靜電劑、增強(qiáng)纖維、抗氧化劑、除酸劑，和其它用于聚氨酯聚合物組合物的添加劑。
本發(fā)明的聚氨酯聚合物組合物可包括一種催化劑。該催化劑可促進(jìn)增鏈劑和異氰酸酯之間的反應(yīng)或多元醇和異氰酸酯之間的反應(yīng)，從而提高從組合物制備的輪胎支架或兩者的固化率。
合適的催化劑的例子包括鉍、鉛、錫、銻、鈾、鎘、鈷、釷、鋁、汞、鋅、鎳、鈰、鉬、釩、銅、錳和鋯的有機(jī)和無(wú)機(jī)鹽，以及有機(jī)金屬衍生物以及膦和有機(jī)叔胺。例如，適宜的催化劑包括2-正丁基-錫雙(巰基乙酸異辛基酯)、二甲基二月桂酸錫、二丁基二月桂酸錫、二丁基硫化錫、辛酸亞錫、辛酸鉛、乙酰丙酮化鐵、羧酸鉍、三乙基二胺和N-甲基嗎啉。
催化劑的加入量要有效促進(jìn)輪胎支架固化而基本上不粘手。催化劑不能加入太多致使聚氨酯聚合物組合物反應(yīng)太快，在由組合物成型的輪胎支架中留下空洞，這可對(duì)于負(fù)荷性能產(chǎn)生不利影響。
如果在本發(fā)明的組合物中加入有機(jī)金屬催化劑，則其加入量為每100重量份聚氨酯聚合物組合物至少0.01，優(yōu)選至少0.02，更優(yōu)選至少0.03份。一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的組合物包括有機(jī)金屬催化劑的量為每100重量份聚氨酯聚合物組合物不高于0.07，優(yōu)選不高于0.06，更優(yōu)選不高于0.05份。
如果在本發(fā)明的組合物中加入叔胺催化劑，該催化劑的加入量為每100重量份聚氨酯聚合物組合物0.01-3份。
叔胺催化劑和有機(jī)金屬催化劑可以聯(lián)合使用。在一實(shí)施例中，本發(fā)明的組合物包括一種催化劑，該催化劑含有至少一種三乙二胺和二丁基二月桂酸錫。在優(yōu)選的實(shí)施例中，催化劑包括50∶50的三乙二胺和二丁基二月桂酸錫的混合物。
本發(fā)明的組合物還可包括常規(guī)填料，例如云母、碳黑、玻璃纖維、棉纖維素、納米粘土、或其它已知填料。云母、玻璃纖維，和棉纖維素可用于提高聚合物模量。這樣就可以降低聚合物截面厚度并進(jìn)一步減小相關(guān)聯(lián)的重量。
本發(fā)明的組合物可包括抗氧劑?？寡鮿┛捎欣販p小或延遲從組合物制備的聚氨酯聚合物光降解或游離基降解。適宜的抗氧劑包括2，6-二-叔丁基苯酚和取代的鏈烷酸位阻酚的聚(亞烷基二醇酯)。例子包括乙二醇的3，5-二-叔丁基-4-羥基苯甲酸酯、三亞甲基乙二醇的雙-(3-(3-甲基-5-叔丁基-4-羥苯基丙基酯))。最后的例子是優(yōu)選的可從Ciba-Geigy購(gòu)買(mǎi)的產(chǎn)品，其商標(biāo)是IRGANOX245。
本發(fā)明的組合物還可包括表面活性劑。表面活性劑可有利地促進(jìn)組合物流入模具并促進(jìn)聚氨酯聚合物從模具脫模。合適的表面活性劑包括硅氧烷基烷基化產(chǎn)品和硅氧烷氫化物或氫氧化物，其可與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷或環(huán)氧丁烷中的至少一個(gè)反應(yīng)。
本發(fā)明的組合物還可包括一種脫模劑。脫模劑可有利地促進(jìn)聚氨酯聚合物從模具脫模。合適的脫模劑包括硬脂酸鋅、蠟或硅油。
為了從本發(fā)明的組合物制備聚氨酯聚合物，特別是聚氨酯聚合物輪胎支架，可以使用任何已知的成型方法。例如、可以使用鑄塑、注射成型和反應(yīng)注射成型(RIM)。優(yōu)選地，本發(fā)明的組合物通過(guò)RIM制備聚氨酯聚合物，尤其是輪胎支架。
RIM是用于在加工模具中快速混合和成型快速硫化聚氨酯聚合物的技術(shù)。RIM可根據(jù)已知方法進(jìn)行。例如參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4297444、4806615、4742090、4404353、4732919、4530941和4607090。
RIM零件一般通過(guò)混合含有氫的活性材料，例如多元醇與異氰酸酯并通過(guò)注射該混合物至加工模具中而制備。含有氫的材料和異氰酸酯之間的反應(yīng)在模具中完成。一般此反應(yīng)進(jìn)行0.5-5.0分鐘，優(yōu)選0.5-1分鐘，所得到的聚合物基本上是不粘的?！盎旧喜徽场币庵赋尚偷木酆衔锞哂凶銐虻慕Y(jié)構(gòu)完整性，在從模具中取出時(shí)基本上不變形。
聚氨酯聚合物成型和脫模(即從加工模具中取出)之后，該聚合物可經(jīng)受另外的常規(guī)固化，以有效終止最終的反應(yīng)活性基團(tuán)。對(duì)于固化，可將聚合物放入200°F(93℃)-450°F(204℃)的溫度1-24小時(shí)。本發(fā)明聚合物的成型和固化時(shí)間并不關(guān)鍵但是一定要使制造費(fèi)用經(jīng)濟(jì)。
一般來(lái)說(shuō)，RIM包括在加工模具中使用異氰酸酯和多元醇共混料的聚合方法來(lái)制備塑料零件，該共混料包括至少一種多元醇、至少一種增鏈劑，和任何添加劑。異氰酸酯和多元醇一般以?xún)煞N流體輸入流(稱(chēng)作異氰酸酯組分物流和多元醇組分物流)計(jì)量入撞擊混合頭，然后輸送到加工模具，在那里異氰酸酯組分物流和多元醇組分物流進(jìn)行反應(yīng)。本發(fā)明的組合物一般具有95-110的異氰酸酯指數(shù)。本發(fā)明的組合物通常包括至少稍微過(guò)量的異氰酸酯，例如，指數(shù)為105的異氰酸酯。術(shù)語(yǔ)“異氰酸酯指數(shù)”是由異氰酸酯基團(tuán)數(shù)除以異氰酸酯反應(yīng)基團(tuán)數(shù)再將結(jié)果乘以100而確定的指數(shù)。
異氰酸酯組分物流一般包括一種異氰酸酯而多元醇組分物流一般包括增鏈劑、多元醇和添加劑，例如催化劑、著色劑、填料和表面活性劑。
異氰酸酯組分物流可只包括異氰酸酯或者它可包括異氰酸酯預(yù)聚物。異氰酸酯預(yù)聚物一般包括預(yù)聚的異氰酸酯和至少一部分多元醇(高達(dá)本發(fā)明聚氨酯聚合物組合物中100％多元醇)的混合物。盡管沒(méi)有要求，但是異氰酸酯預(yù)聚物可包括過(guò)量的-NCO。
計(jì)量可通過(guò)本領(lǐng)域熟知的任何計(jì)量裝置進(jìn)行，例如Kraus MaffeiKK 120計(jì)量機(jī)。設(shè)計(jì)的混合頭用于將多元醇組分物流和異氰酸酯組分物流混合在一起并隨后注入加工模具。
用于填充加工模具的壓力一般足夠大用以促進(jìn)組分物流的混合，但是該壓力不能太大以致?lián)p壞設(shè)備。所用填充加工模具的壓力一般不大于3500psi，優(yōu)選不大于2500psi，并且一般至少500psi，優(yōu)選至少1000psi。反應(yīng)物一般以100-1500克/秒的速度注入模具。
異氰酸酯組分物流和多元醇組分物流的溫度一般控制在易于所有組分的混合，但是該溫度不能太高致使聚合反應(yīng)太快以致不能適宜地填充模具。合適的加工溫度一般在40-120℃范圍，優(yōu)選65-75℃。
在RIM期間，氮?dú)狻⒑饣蚨趸伎珊芎玫胤稚⒃谥辽佼惽杷狨ソM分物流和多元醇組分物流之一中。此工藝可產(chǎn)生微孔聚合物，其密度低于1g/cc，但是仍然保持其密度為1g/cc時(shí)的非微孔聚合物性能，如同其那樣。此工藝相比不分散氣體進(jìn)行生產(chǎn)的工藝對(duì)于進(jìn)一步降低聚合物重量是有利的。此工藝還可有利地促進(jìn)本發(fā)明組合物流入加工模具。
本發(fā)明的聚氨酯組合物，特別是聚氨酯聚合物輪胎支架，可優(yōu)選通過(guò)RIM制備。通過(guò)RIM成型本發(fā)明組合物的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)包括制造每個(gè)支架的適宜加工時(shí)間。例如，常規(guī)方法—離心成型—需要24小時(shí)的成型時(shí)間，但是本發(fā)明的組合物的成型時(shí)間為0.5-5分鐘，優(yōu)選不高于1.0分鐘。
通過(guò)RIM成型本發(fā)明組合物的另一優(yōu)點(diǎn)可包括加工模具的所希望的填充。由于本發(fā)明的組合物作為流體輸送到加工模具中，因此該組合物可基本上填充加工模具。通過(guò)基本上填充加工模具，本發(fā)明的組合物幾乎不會(huì)在由該組合物制備的聚氨酯聚合物中留下孔隙和氣泡。當(dāng)加工模具具有復(fù)雜設(shè)計(jì)(例如，具有至少一條曲線(xiàn)，至少一個(gè)拐角，或至少一些波紋的設(shè)計(jì))時(shí)這是特別有利的。復(fù)雜設(shè)計(jì)的一個(gè)例子示于美國(guó)專(zhuān)利5363894。這對(duì)于生產(chǎn)輕量聚氨酯聚合物也是有利的，因?yàn)橐爰庸つ＞叩牟牧显缴?，基本上填充加工模具就越難。
本發(fā)明通過(guò)以下實(shí)施例進(jìn)一步加以說(shuō)明。這些實(shí)施例不限制本發(fā)明的范圍，只是進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案。
為了測(cè)定本發(fā)明組合物制備的聚氨酯聚合物的溫度穩(wěn)定度，將本發(fā)明的組合物通過(guò)反應(yīng)注射成型制備聚氨酯聚合物。該溫度取決于聚氨酯聚合物的拉伸模量，通過(guò)測(cè)量在一定溫度范圍內(nèi)的拉伸模量并隨后測(cè)量拉伸模量的變化來(lái)確定溫度。
本發(fā)明聚氨酯聚合物組合物可用反應(yīng)注射成型通過(guò)混合多元醇組分物流和異氰酸酯組分物流而制備成型聚氨酯聚合物板(6英寸×6英寸×1/8英寸厚)(15.24cm×15.24cm×0.32cm)。
多元醇組分物流包括多元醇組合物。該多元醇組合物包括54.81重量％的多元醇，44.84重量％的增鏈劑，0.25重量％的表面活性劑和0.1重量％的催化劑。
對(duì)于多元醇組合物，多元醇是環(huán)氧乙烷封端的5000分子量三醇，具有每克總組合物最高0.035毫克當(dāng)量的不飽和度(購(gòu)自DowChemical Co.，F(xiàn)reeport.Texas)。增鏈劑是二乙基甲苯二胺(3，5-二乙基-2，4-和2，6’-二甲苯二胺的混合物)(可購(gòu)自Dow ChemicalCo.，F(xiàn)reeport.Texas)。表面活性劑是硅氧烷表面活性劑(L-1000；可購(gòu)自O(shè)SI Specialties/Witco Corp.，Chicago Dlinois)。催化劑包括50∶50的三乙二胺(Dabco 3LV)(購(gòu)自Air Products and Chemicals，Inc，Allentown，Pennsylvania)和二丁基二月桂酸錫(Fomrez UL28)(購(gòu)自Witco Corp.，Chicago Dlinois)的混合物。
異氰酸酯組分物流包括預(yù)聚物組合物。該預(yù)聚物組合物包括31.83重量％的第一種異氰酸酯，63.17重量％的多元醇，和5.0重量％的第二種異氰酸酯。
對(duì)于預(yù)聚物組合物，第一種異氰酸酯是98％的純p，p’-MDI(Isonate125M)(購(gòu)自Dow Chemical Co.，F(xiàn)reeport.Texas)。多元醇是環(huán)氧乙烷封端的(15％)6000分子量三元醇，最大不飽和度為每克總組合物最高0.02毫克當(dāng)量(購(gòu)自Asahi)。第二種異氰酸酯是50％的p，p’-MDI和50％的α，p-MDI(Isonate 50 OP)(購(gòu)自Dow Chemical Company，F(xiàn)reeport，Texas)。
異氰酸酯組分物流和多元醇組分物流的共混重量比是2.15∶1(異氰酸酯多元醇)使用標(biāo)準(zhǔn)RIM加工條件。
從這些組分制備的聚氨酯聚合物板包括34重量％的硬鏈段聚合物。在80℃測(cè)量的拉伸模量是50mPa。
通過(guò)已知的動(dòng)態(tài)力學(xué)譜學(xué)方法測(cè)定聚氨酯聚合物的溫度穩(wěn)定度。此方法一般測(cè)量聚合物在-100℃-150℃溫度范圍內(nèi)拉伸模量的變化情況。
圖1顯示聚氨酯聚合物在-100℃--150℃溫度范圍內(nèi)的拉伸模量。在此溫度范圍內(nèi)的拉伸模量變化是1％。由于在-50℃-150℃溫度范圍內(nèi)拉伸模量的變化不超過(guò)15％，因此該聚氨酯聚合物是溫度穩(wěn)定的。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離權(quán)利要求的精神或范圍內(nèi)可在本發(fā)明中作出多種變化和改進(jìn)。因此，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其法定同等物確定，而不是由此處所給出的實(shí)施方案確定。
權(quán)利要求
1.一種適于制備輕量輪胎支架的聚氨酯聚合物組合物，所述組合物含有(A)至少一種多元醇，(B)至少一種增鏈劑，和(C)至少一種異氰酸酯，所述至少一種異氰酸酯存在的有效量與所述至少一種增鏈劑反應(yīng)提供硬鏈段聚合物，且存在的有效量與所述至少一種多元醇反應(yīng)提供軟鏈段聚合物，所述硬鏈段聚合物和所述軟鏈段聚合物存在的有效量提供一種由所述組合物制備的具有溫度穩(wěn)定性和負(fù)荷能力的輪胎支架。
2.如權(quán)利要求1的組合物，其中所述至少一種異氰酸酯存在的有效量與所述至少一種增鏈劑反應(yīng)提供所述硬鏈段聚合物的量為至少25重量％但不高于45重量％，基于組合物的總重量。
3.如權(quán)利要求1的組合物，其中形成有效量的所述硬鏈段聚合物和所述軟鏈段聚合物，為從所述組合物制備的輪胎支架提供在80℃的拉伸模量至少是20mPa，但不高于60mPa，該測(cè)定根據(jù)ASTM D638進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求1的組合物，其中形成有效量的所述硬鏈段聚合物和所述軟鏈段聚合物，為從所述組合物制備的輪胎支架提供在80℃的拉伸模量至少是30mPa，但不高于50mPa，該測(cè)定根據(jù)ASTM D638進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求1的組合物，其中形成有效量的所述硬鏈段聚合物和所述軟鏈段聚合物，為從所述組合物制備的輪胎支架提供溫度穩(wěn)定性，致使所述輪胎支架的拉伸模量在-50℃至150℃的范圍內(nèi)變化不超過(guò)15％，該測(cè)定根據(jù)動(dòng)態(tài)力學(xué)光譜進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1的組合物，其中所述異氰酸酯含有第一異氰酸酯和第二異氰酸酯。
7.如權(quán)利要求1的組合物，其中所述異氰酸酯含有至少一種4，4’-，2，2’-和2，4’二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)且所述異氰酸酯基本上不含甲苯二異氰酸酯。
8.如權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物含有6重量％一15重量％的異氰酸酯。
9.如權(quán)利要求1的組合物，其中所述多元醇含有聚醚多元醇。
10.如權(quán)利要求1的組合物，其中所述多元醇含有至少一種聚環(huán)氧丙烷、聚環(huán)氧丁烷、聚環(huán)氧乙烷和聚環(huán)氧十四烷。
11.如權(quán)利要求1的組合物，其中所述多元醇含有第一多元醇和第二多元醇，所述第一多元醇是環(huán)氧丙烷，所述第二多元醇是環(huán)氧乙烷封端的多元醇。
12.如權(quán)利要求1的組合物，其中所述增鏈劑含有至少一種脂族胺增鏈劑、芳族胺增鏈劑和改性的胺增鏈劑。
13.如權(quán)利要求1的組合物，其中所述增鏈劑含有3，5-二乙基-2，4-或2，6’-甲苯二胺。
14.如權(quán)利要求1的組合物，進(jìn)一步含有至少一種催化劑、填料、阻燃劑、著色劑、抗靜電劑、增強(qiáng)纖維、抗氧化劑和酸清除劑。
15.一種輕量輪胎支架，所述輪胎支架含有(A)硬鏈段聚合物，含有至少一種第一異氰酸酯和至少一種增鏈劑的反應(yīng)產(chǎn)物；(B)軟鏈段聚合物，含有至少一種第二異氰酸酯和至少一種多元醇的反應(yīng)產(chǎn)物，所述至少一種第二異氰酸酯可與所述至少一種第一異氰酸酯相同或不同；和(C)存在有效量所述硬鏈段聚合物和所述軟鏈段聚合物以提供所述輪胎支架具有負(fù)荷性能和溫度穩(wěn)定性。
16.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述輪胎支架重量不超過(guò)8kg。
17.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述輪胎支架重量不超過(guò)5kg。
18.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述硬鏈段聚合物的量為至少25重量％但不高于45重量％，基于組合物的總重量。
19.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述硬鏈段聚合物的量為至少28重量％但不高于42重量％，基于組合物的總重量。
20.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述輪胎支架在80℃的拉伸模量至少是20mPa，但不高于60mPa，該測(cè)定根據(jù)ASTM D638進(jìn)行。
21.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述輪胎支架在80℃的拉伸模量至少是30mPa，但不高于50mPa，該測(cè)定根據(jù)ASTM D638進(jìn)行。
22.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述輪胎支架在-50℃至150℃的范圍內(nèi)拉伸模量變化不超過(guò)15％，該測(cè)定根據(jù)動(dòng)態(tài)力學(xué)光譜進(jìn)行。
23.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述輪胎支架在-50℃至150℃的范圍內(nèi)拉伸模量變化不超過(guò)10％，該測(cè)定根據(jù)動(dòng)態(tài)力學(xué)光譜進(jìn)行。
24.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述輪胎支架在-50℃至150℃的范圍內(nèi)拉伸模量變化不超過(guò)8％，該測(cè)定根據(jù)動(dòng)態(tài)力學(xué)光譜進(jìn)行。
25.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述輪胎支架在-50℃至150℃范圍內(nèi)拉伸模量的變化與橡膠輪胎支架在-50℃至150℃范圍內(nèi)拉伸模量的變化基本相同，該測(cè)定根據(jù)動(dòng)態(tài)力學(xué)光譜進(jìn)行。
26.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述硬鏈段聚合物是由增鏈劑制備的，該增鏈劑含有至少一種脂族胺增鏈劑、芳族胺增鏈劑和改性的胺增鏈劑。
27.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述硬鏈段聚合物是由含有至少一種3，5-二乙基-2，4-或2，6’-甲苯二胺的增鏈劑制備的。
28.如權(quán)利要求15的輪胎支架，其中所述軟鏈段聚合物是由含有至少一種聚環(huán)氧丙烷、聚環(huán)氧丁烷、聚環(huán)氧乙烷和聚環(huán)氧十四烷的多元醇制備的。
29.一種適于制備輕量輪胎支架的聚氨酯聚合物組合物，所述組合物包括(A)至少兩種多元醇，包括第一多元醇和第二多元醇，所述第一多元醇含有環(huán)氧丙烷，所述第二多元醇含有環(huán)氧乙烷封端的多元醇；(B)至少一種增鏈劑，含有至少一種脂族胺增鏈劑、芳族胺增鏈劑和改性的胺增鏈劑；和(C)至少一種異氰酸酯，含有至少一種4，4’-，2，4’-和2，2’二苯基甲烷二異氰酸酯，所述至少一種異氰酸酯存在的有效量與所述至少一種增鏈劑反應(yīng)提供硬鏈段聚合物，其量至少為25重量％并且不高于45重量％，基于所述組合物的總重量，其中由所述組合物制備的輪胎支架具有不高于8kg的重量，在80℃的拉伸模量至少是30mPa，且不高于50mPa，該測(cè)量按照ASTMD638進(jìn)行，在-50℃至150℃范圍內(nèi)拉伸模量的變化不高于15％，該測(cè)定根據(jù)動(dòng)態(tài)力學(xué)光譜進(jìn)行。
30.如權(quán)利要求29的組合物，其中所述至少一種增鏈劑含有3，5-二乙基-2，4-或2，6’-甲苯二胺。
31.如權(quán)利要求29的組合物，其中所述異氰酸酯基本上不含甲苯二異氰酸酯。
32.如權(quán)利要求29的組合物，其中所述硬鏈段聚合物至少為28重量％且不高于42重量％，基于組合物的總重量。
33.如權(quán)利要求29的組合物，其中所述輪胎支架具有不高于8kg的重量。
34.如權(quán)利要求29的組合物，其中所述輪胎支架具有至少3kg但不高于5kg的重量。
35.如權(quán)利要求29的組合物，其中所述輪胎支架的拉伸模量變化不高于10％。
36.如權(quán)利要求29的組合物，其中所述輪胎支架的拉伸模量變化不高于8％。
37.如權(quán)利要求29的組合物，其中所述輪胎支架的拉伸模量變化不高于1％。
38.如權(quán)利要求29的組合物，進(jìn)一步含有至少一種催化劑、填料、阻燃劑、著色劑、抗靜電劑、增強(qiáng)纖維、抗氧化劑和酸清除劑。
39.一種由權(quán)利要求29的組合物制備的輪胎支架。
40.一種制備輕量輪胎支架的方法，所述方法包括(A)注射一種異氰酸酯組分物流至為成型輪胎支架設(shè)計(jì)的加工模具內(nèi)，所述異氰酸酯組分物流含有至少一種異氰酸酯；(B)注射一種多元醇組分物流至所述加工模具內(nèi)，所述多元醇組分物流含有至少一種多元醇和至少一種增鏈劑；和(C)使所述異氰酸酯組分物流和所述多元醇組分物流在所述加工模具中反應(yīng)形成輪胎支架，所述輪胎支架含有硬鏈段聚合物和軟鏈段聚合物，所述軟鏈段聚合物和所述硬鏈段聚合物的存在量有效地為所述輪胎支架提供溫度穩(wěn)定性和負(fù)荷能力。
41.一種由權(quán)利要求40的方法制備的輪胎支架。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種適于制備輕量輪胎支架的聚氨酯聚合物組合物，包括至少一種異氰酸酯，至少一種多元醇，和至少一種增鏈劑。聚氨酯聚合物組合物還可含有添加劑，例如催化劑、填料、表面活性劑、著色劑，和脫模劑。輕量輪胎支架可通過(guò)如反應(yīng)注射成型由聚氨酯聚合物組合物制備。這種輪胎支架具有所希望的溫度穩(wěn)定性和負(fù)荷能力。
文檔編號(hào)C08G18/48GK1420818SQ00818250
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2000年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月13日
發(fā)明者A·K·施羅克, R·D·小普里斯特, W·R·維爾科姆, R·E·奧尼爾, M·C·科爾內(nèi)利, C·P·克里斯坦森 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司