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小赢说：

聚氨酯已被广泛应用于家居、建筑、日用品、交通、家电等领域。而聚氨酯弹性体则是其中重要的一类。今天就由小赢来向大家介绍一项涉及高性能聚氨酯弹性体的专利技术。

本文涉及第二十二届中国专利银奖项目

专利号：ZL.7

专利名称：一种高性能聚氨酯弹性体及其制备方法

专利权人：黎明化工研究设计院有限责任公司

聚氨酯材料应用广泛

小时候每次看到孙悟空、变形金刚变化形态，小赢都兴奋不已，幻想自己要是也有这种能力就好了——像他们一样可上天、可入地、可下海。今天就由小赢来给大家介绍一种同样能屈能伸、堪当大任的材料——聚氨酯弹性体。

其实，我们日常生活中随处可见聚氨酯这种材料的身影。例如，“席梦思”床垫大多数是由聚氨酯软泡片材、弹簧和面料制成；高档“太空棉”床垫、枕头的原料是温感型的慢回弹聚氨酯泡沫；高档溜冰鞋及滑板车轮子的原料是聚氨酯弹性体；保龄球、高尔夫球蒙皮的原料则是热塑性聚氨酯弹性体。一些高端运动鞋也采用了浇注型聚氨酯弹性体和热塑性聚氨酯弹性体。

聚氨酯的全称是聚氨基甲酸酯，因其结构中含有氨基甲酸酯基团（-NH-COO-）而得名。聚氨酯一般由异氰酸酯和醇反应得到。另外，由多异氰酸酯与多元胺反应得到的聚脲，广义上也归属于聚氨酯。聚氨酯也被誉为“第五大塑料”。

聚氨酯材料产品形式多样，应用广泛。除了前面提及的内容，还有：硬质聚氨酯泡沫可应用于保温材料，软质聚氨酯泡沫可应用于床具、座椅的垫材，聚氨酯铺装材料成为跑道的标准地面材料，聚氨酯涂料（PUCoating）、聚氨酯胶黏剂(PUAdhesives)、聚氨酯密封胶(PUSealants)、聚氨酯防水材料（PUElastomer）是业界CASE材料，聚氨酯弹性纤维（氨纶）是弹性内衣、泳装、弹性袜的常用纤维，聚氨酯弹性体则应用于机械的零部件、鞋底，等等。

聚氨酯材料于20世纪30年代由德国化学家O.Bayer发明。Bayer教授又于年发表了关于混炼型聚氨酯弹性体的论文。

我国的聚氨酯工业起始于20世纪50年代末。经过六十余年的发展，通过几代聚氨酯从业者的共同努力，我国聚氨酯行业的发展经历了从无到有、从小到大、从低端到高端的跨越。具体到聚氨酯弹性体，我国也是于20世纪50年代末开始就有研究，年，江苏省化工研究所与南京橡胶厂协作完成了混炼型聚氨酯弹性的中试生产。

虽然我国的聚氨酯产业起步相对于发达国家较晚，但如今我国已发展成为全球最大的聚氨酯生产国和消费国。

本银奖专利产品解读

我们今天介绍的银奖专利，涉及的就是一种高性能聚氨酯弹性体。

本银奖专利成功解决了现有技术中聚氨酯弹性体回弹差、永久变形大、力学和耐热性能差等技术难题，打破了国外长期技术垄断的局面。

具体的，该专利包括1项产品权利要求和1项方法权利要求。

产品权利要求涉及的高性能聚氨酯弹性体，由预聚体组分(A组分)和扩链剂组分(B组分)两部分组成：A组分包括：大分子二元醇、对苯二异氰酸酯（PPDI）；B组分包括：扩链剂、催化剂。所述大分子二元醇选自聚酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚四氢呋喃二元醇或其组合。所述扩链剂选自间苯二酚双(β-羟乙基)醚(HER)或间苯二酚双(β-羟乙基)醚(HER)与对氢醌-双(β-羟乙基)醚(HQEE)的组合物。

方法权利要求则涉及该高性能聚氨酯弹性体的制备方法，包括：A组分制备，将大分子二元醇真空脱水，后加入PPDI，70-80下℃反应得到预聚体；B组分制备，将扩链剂、催化剂混合，保持扩链剂为液体状态使用；物料浇注，设定A组分温度为75～90℃，B组分温度为80～℃，将两组分充分混合均匀，注入模具反应，脱模后硫化。

该技术方案看似平常，实则设计得相当奇妙。小赢来稍作解释。

合成原料之一的异氰酸酯组分PPDI，在常压下熔点为94℃、沸点为℃，但在3.3kPa真空状态下的沸点仅为-℃，熔化时还有升华现象，在高于℃的熔融状态下还易生成二聚体和三聚体[1]。因而PPDI的使用温度不能过高。

但是，扩链剂HQEE在常压下熔点则高达98-℃，这就导致本领域技术人员在单独使用HQEE作为扩链剂时，PPDI预聚体组分必须保持较高的使用温度（不低于℃），才能保证浇注过程中HQEE不析出。因此，出现了PPDI要求低温和HQEE要求高温的矛盾。本专利技术采用了HER（常压下熔点为89℃）或HER/HEQQ混合物作为扩链剂，与其他物料和反应条件配合，成功解决了HEQQ与PPDI在温度方面“顶牛”的问题。

在技术效果上，该聚氨酯弹性体具有优异的回弹性能、较小的永久变形、良好的耐热性能和力学性能，且制备过程中预聚体和扩链剂使用温度低（分别最低能低至75℃、80℃）。同时，本专利技术采用了一次成型生产工艺来生产聚氨酯弹性体，还可减少环境污染，降低对操作人员身体的有害影响，节省能耗。

据了解，该专利技术已在多项产品中实施了工业规模化应用,主要应用于重型机械的高承载、缓冲减震和高性能密封等场景，可制成胶轮、胶辊、密封件、密封圈等。例如，制成高速铁路铺路机的承重轮时，其承载性、耐热性、耐磨性表现优异，单轮承载负荷可达8吨，胎面温度达℃～℃时，车轮仍可正常使用，产品各项指标均通过了德国旭普林公司的测试。例如，制成两辊卷板机用胶辊时，其兼具高硬度、高弹性和低压缩永久变形的特点，使用过程中动态性能优异，长期使用内生热较小，可用来加工10毫米以上厚度的板材，比普通卷板机用聚氨酯弹性体胶辊的使用寿命更长。再例如，制成深井钻探杆密封件时，机械性能良好，耐湿热好，高温下长期使用后材料永久变形小、密封效果优异。相关产品上市以来，广受客户青睐。

与该专利相关的，专利权人黎明化工研究设计院有限责任公司已建成吨/年聚酯多元醇的生产装置、吨/年预聚体的生产装置和弹性体制品生产线各1套，累计生产聚氨酯预聚体、聚氨酯弹性体等产品1.2万吨。

专利权人简介

产品如此优秀，那么专利权人——黎明化工研究设计院有限责任公司（以下简称“黎明院”），又是一个怎样的创新主体呢？

黎明院是国家重点高新技术企业和省级创新型企业，主要业务包括化学推进剂及原材料、聚氨酯新材料、含氟气体材料、过氧化氢及配套原材料等4个板块。该院现有职工余人，其中专业技术人员约占56%。

具体到聚氨酯新材料，黎明院研发的聚氨酯新材料包括硬泡、软泡、半硬泡、高回弹泡沫、胶粘剂、弹性体等。最近20多年来，黎明院在该领域共获得60多项技术成果，其中24项达到国际先进水平，12项获省部级以上成果奖励，10余项已转化为规模化产业。建有总生产能力每年6万吨的聚氨酯材料生产装置、年产6万套RIM制品（用于轿车用侧护板、侧护条等）的生产线以及年产2万件浇注弹性体制品的生产线。近几年，黎明院的聚氨酯新材料的国内市场份额不断攀升，年销售额超过2亿元局面。

专利布局

黎明院也很重视知识产权的保护。例如，在新员工公司级培训中就包含了专利基本知识的讲授。近年来，黎明院坚持“科技引领、创新驱动”发展战略，加强知识产权保护和专利申报工作，鼓励科研人员积极进行专利申报。

经初步检索，小赢发现：截止到年8月24日，黎明院共递交了项专利申请，获得授权项。近十年，黎明院的申请量逐年增多，具体如下图：

具体到聚氨酯技术领域，黎明院递交了90项专利申请，获得授权54项。在具体聚氨酯弹性体技术领域，黎明院也构建了具有相当程度的专利布局，下表摘录了与本专利相关的专利技术。

黎明院多年来始终以国家需要为出发点，以市场为导向，以技术研发为基础，以自主创新为动力，以研究成果工业化为目的，才得以不断提高科研能力，提升企业的影响力。这一点值得广大科研院所、企业学习。

参考文献：

1.刘益军编，《聚氨酯树脂及其应用》，化学工业出版社，年2月，第1版。

2.聚氨酯产业现状及未来发展趋势分析：

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