一种有机硅-聚氨酯热塑性弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及弹性体技术领域，公开一种有机硅

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅
‑
聚氨酯热塑性弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及弹性体
，具体涉及一种有机硅
‑
聚氨酯热塑性弹性体及其制备方法。

技术介绍

[0002]热塑性弹性体是一种可熔融加工的弹性体材料，兼具橡胶的使用特性和塑料的可加工性能，具有成型效率高、可重复利用等优点。常见的热塑性弹性体包括共聚型、共混型和动态硫化型，通过不同聚合物组分的搭配，可满足不同应用的性能要求。
[0003]有机硅热塑性弹性体是一种以有机硅聚合物为主成分的热塑性弹性体，通常由有机硅组分和热塑性聚合物通过特定的复合技术制备。有机硅组分能够带来柔软、亲肤、耐老化等特性。此外材料表面特殊的两相结构往往使其具有美观的哑光质感和细腻丝滑的皮肤触感，使其特别适用于与人体接触的产品，例如各类穿戴产品、电子通讯产品、家电、体育用品和医疗器械等。
[0004]专利CN1568351A和CN107018664A公开了利用动态硫化技术制备有机硅热塑性弹性体的方法。硅橡胶在与热塑性聚氨酯或聚烯烃等混合的同时进行交联，并在剪切力的作用下破碎成微米级的小颗粒，均匀分散在另一组分中。通过该方法能够获得力学性能良好且具有出色触感的热塑性弹性体。但大量交联的硅橡胶颗粒起到类似填料的效果，使熔融状态下产品的流动性大大下降，难以加工成结构复杂或大尺寸的制品。此外动态硫化的过程伴随着两相粘度比的急剧变化，对工艺精度要求很高，不利于实现稳定生产。
[0005]专利CN106565933A公开了将有机硅组分与二异氰酸酯组分共聚制备有机硅热塑性聚氨酯弹性体的方法，将含活泼氢的大分子有机硅、含活泼氢的其他大分子化合物、二异氰酸酯按照一定的方式进行混合，反应得到异氰酸酯基封端的预聚体；再将预聚体与小分子扩链剂均匀混合，并将混合物浇注后熟化。该方法所制备的有机硅热塑性聚氨酯具有良好的力学性能，而且还具有优异的疏水性能和耐低温性能。
[0006]专利CN103642048A利用端氨丙基聚二甲基硅氧烷与端氨基聚酰胺缩聚制备了聚酰胺基有机硅热塑性弹性体，该弹性体拉伸强度及低温抗冲击强度高，抗撕裂性好，耐化学性好，有良好的耐磨性，可替代普通橡胶和软质塑料广泛应用于汽车及一般消费行业。
[0007]此类共聚型有机硅热塑性弹性体的加工性能优于动态硫化型有机硅热塑性弹性体，但无法达到同样优异的触感，在与人体接触的产品中没有明显优势。因此，要使热塑性弹性体获得优异的触感，仍然需要采用动态硫化型有机硅热塑性弹性体，而其动态硫化过程中的流动性降低，加工难度大的问题又急需得以解决。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术中含有硅橡胶的有机硅热塑性弹性体流动性差的问题，提供一种新的有机硅
‑
聚氨酯热塑性弹性体的配方，该配方下获得的热塑性弹性体熔融状态下的流动性良好，易加工，且具有优异的力学性能和触感，适用于与人体接触的产品。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0010]一种有机硅
‑
聚氨酯热塑性弹性体，包括热塑性聚氨酯、硅橡胶、可逆交联剂、催化剂和相容剂；其中热塑性聚氨酯与硅橡胶的质量比为30:70～80:20；
[0011]所述可逆交联剂具有式(1)的结构式：
[0012][0013]式中，R1、R2、R3和R4独自为C1～5的烷基、C1～5的卤代烷基或苯基；
[0014]所述可逆交联剂与硅橡胶的质量比为0.1
‑
4:100。
[0015]在本专利技术中将热塑性聚氨酯与硅橡胶混合，在制备过程及加工条件下，热塑性聚氨酯和硅橡胶均没有发生交联，弹性体的相结构很大程度上取决于两相物质的比例。质量分数较高的一相更容易成为连续相，由此可以调节弹性体的相结构和性能。当其中硅橡胶的比例过低时，弹性体的各项特性更加接近于热塑性聚氨酯的性能，不利于实现优异的触感；随着硅橡胶的比例增大，弹性体的力学性能会有一定程度的下降。
[0016]在该专利技术中加入了申请人前期研发的可逆交联剂，该交联剂中存在的C
‑
ON键在高温下可均裂成碳自由基和氮氧自由基，在低温下又能重新结合成共价键，从而实现硅橡胶的可逆交联。专利技术人将该交联剂尝试用于热塑性聚氨酯
‑
硅橡胶的复合体系，发现能够非常有效的提升热塑性聚氨酯
‑
硅橡胶的复合材料制备简便性，并改善产品在再加工的过程中流动性差的问题。常规的动态硫化工艺要求硅橡胶在均匀、充分交联的同时被剪切破碎。在实际生产中，硅橡胶的交联会导致体系熔体粘度急剧上升，传质变差，并伴随着强烈的剪切生热，给工艺控制带来很大困难。在产品使用过程中，大量的硫化硅橡胶粒子使得产物的流动性显著下降，影响制品的成型效率和良品率。而本专利技术所述的弹性体，其硅橡胶组分只有在冷却后才形成交联结构，在加工过程中始终保持良好的流动性，可逆交联剂可以均匀的与乙烯基发生反应，无需严格的工艺控制，甚至加料顺序也可以灵活调整。在产品使用过程中，硅橡胶在高温下再次解交联，使弹性体表现出良好的流动性，从而解决了同类产品难加工的问题。
[0017]所述热塑性聚氨酯指含有氨基甲酸酯官能团的热塑性弹性体，包括聚醚型热塑性聚氨酯、聚酯型热塑性聚氨酯、聚碳酸酯型热塑性聚氨酯和脂肪型热塑性聚氨酯中任一种。通常这类热塑性聚氨酯由有机二异氰酸酯、聚醚多元醇或聚酯多元醇和扩链剂等反应得到。在本专利技术的配方体系中，采用聚氨酯为连续相组分，可以充分利用其强度高、耐磨性好、耐低温等优势。
[0018]所述硅橡胶为高温硫化硅橡胶，包括硅氧烷聚合物和补强填料；其中补强填料的质量份数为10
‑
50％；所述硅橡胶硫化后的邵氏A硬度为30
‑
70A。
[0019]硅橡胶是最安全无毒的弹性体材料，且具有柔软的触感和优异的耐高低温性能。经过填料补强的硅橡胶通常邵氏A硬度在10
‑
90A。在本专利技术的配方体系中，邵氏A硬度低于30A的硅橡胶在模量和强度上与聚氨酯组分差异太大，制备得到的弹性体力学性能较低；而邵氏A硬度高于70A的硅橡胶柔韧性不足，也无法有效降低弹性体的硬度。
[0020]所述硅氧烷聚合物中乙烯单元的摩尔数占总摩尔数的0.02
‑
2％；所述补强填料包括白炭黑、碳酸钙、硅灰石、硅藻土等矿石填料，以及氧化铝、氧化镁等金属氧化物和氢氧化物。
[0021]所述催化剂包括铂或铑的配合物；所述催化剂中有效成分与硅橡胶的质量比为5
×
10
‑5～5
×
10
‑3:100。催化剂中有效成分是指催化剂中铂或铑的质量含量。
[0022]优选地，所述催化剂包括铂与四甲基二乙烯基二硅氧烷的配合物(Karstedt催化剂)或氯铂酸的醇溶液；进一步优选地，所述催化剂与硅橡胶的质量比为2
×
10
‑5～2
×
10
‑3:100。在通常的硅氢加成交联硅橡胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机硅
‑
聚氨酯热塑性弹性体，其特征在于，包括热塑性聚氨酯、硅橡胶、可逆交联剂、催化剂和相容剂；其中热塑性聚氨酯与硅橡胶的质量比为30:70～80:20；所述可逆交联剂具有式(1)的结构式：式中，R1、R2、R3和R4独自为C1～5的烷基、C1～5的卤代烷基或苯基；所述可逆交联剂与硅橡胶的质量比为0.1
‑
4:100。2.根据权利要求1所述的有机硅
‑
聚氨酯热塑性弹性体，其特征在于，所述热塑性聚氨酯指含有氨基甲酸酯官能团的热塑性弹性体，包括聚醚型热塑性聚氨酯、聚酯型热塑性聚氨酯、聚碳酸酯型热塑性聚氨酯和脂肪型热塑性聚氨酯中任一种。3.根据权利要求1所述的有机硅
‑
聚氨酯热塑性弹性体，其特征在于，所述硅橡胶为高温硫化硅橡胶，包括硅氧烷聚合物和补强填料；其中补强填料的质量份数为10
‑
50％；所述硅橡胶硫化后的邵氏A硬度为30
‑
70A。4.根据权利要求3所述的有机硅
‑
聚氨酯热塑性弹性体，其特征在于，所述硅氧烷聚合物中乙烯单元的摩尔数占总摩尔数的0.02
‑
2％；所述补强填料包括白炭黑、碳酸钙、硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋顺刚，周步杰，徐杰，钱佳为，张才亮，
申请(专利权)人：杭州聚丰新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：