一种基于动态二硫键与氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料及制备方法技术

本发明专利技术属于聚氨酯阻尼材料的技术领域，公开了一种基于动态二硫键与氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料及制备方法。所述聚氨酯阻尼材料主要由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～25重量份，二硫扩链剂0.9～3重量份，吡啶扩链剂0.2～1.1重量份；二硫扩链剂为芳香族二硫扩链剂；吡啶扩链剂为2，6

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态二硫键与氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料及制备方法


[0001]本专利技术属于功能聚氨酯材料领域，具体涉及一种基于动态二硫键与氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料及制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业及科技的发展与进步，噪声与振动给人们的生产生活带来越来越大的影响。一方面，振动和噪声极大地危害了人们的身心健康；另一方面，设备机械的可靠与稳定性、精度也受到较大影响，产生疲劳破坏。阻尼材料作为减振降噪的有效措施之一，能够有效地吸收振动机械能，将其转化成热能耗散掉，从而减轻振动噪声带来的各种不良影响。
[0003]聚合物基材料，特别是弹性体材料因其特有的粘弹性而具有优良的阻尼性能，是一类重要的阻尼材料。宽温域高阻尼材料要求至少在60℃～80℃的温域范围内阻尼因子tanδ≥0.3。弹性体阻尼材料的缺点在于其玻璃化转变温域一般较窄，约20℃～40℃，且大都位于室温以下，其在室温以上的阻尼性能不佳，难以满足实际应用的需求。专利申请CN106146799A公开了一种含动态二硫键的交联结构聚氨酯阻尼材料，其有效阻尼温域超过220℃，但力学性能较差，不利于该聚氨酯阻尼材料的应用，且聚氨酯阻尼材料采用的是聚酯二元醇，材料的自修复性能差；专利CN110894277A公开了一种基于二硫键及悬挂链结构的宽温域聚氨酯材料，悬挂链的引入能够有效拓宽聚氨酯的阻尼温域(≥170℃)，但该材料的力学性能大大降低；专利申请CN112126034A公开了一种混合软段型聚氨酯阻尼材料，通过引入聚醚及聚酯多元醇以及小分子二醇类扩链剂，合成制备的聚氨酯拉伸强度可达9.7MPa，但其阻尼温域仅有49℃。可以看到，聚合物阻尼材料的阻尼性能与力学性能难以平衡，无法同时满足现实中的应用要求，限制了聚氨酯阻尼材料的应用。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种基于动态二硫键与氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料及制备方法。本专利技术在聚氨酯预聚物中引入混合扩链剂(如：羧基二硫化物及氨基吡啶)，反应形成含酸酐基、脲基及氨基甲酸酯基等不同官能团的聚氨酯弹性体，从而形成强度不同的氢键作用并引入二硫键。通过改变扩链剂配比来调控脲基间距，赋予体系最佳的氢键作用，对提高聚氨酯的阻尼及力学性能有积极作用；芳香族二硫键能够在室温以上自发进行二硫键的动态交换，改善分子链段的运动能力，使分子间摩擦力增大，消耗能量。本专利技术依靠二硫键及强度不同的氢键作用，从分子及介观等多尺度来调控聚氨酯的氢键作用、微相混合度及结晶度，从而拓宽聚氨酯的阻尼温域，同时提高其力学性能。本专利技术的聚氨酯阻尼材料阻尼温域大于110℃，强度高于10MPa。本专利技术的聚氨酯阻尼材料兼具良好的阻尼及力学性能，可有效地解决以往聚氨酯阻尼材料的阻尼性能和力学性能难以平衡的问题。另外，本专利技术的阻尼材料还具有自修复性能。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于动态二硫键与不同强度氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料，主要由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～25重量份，二硫扩链剂0.9～3重量份，吡啶扩链剂0.2～1.1重量份。
[0007]所述聚氨酯预聚物是由聚醚多元醇与二异氰酸酯在催化剂作用下反应得到；聚氨酯预聚物中，聚醚多元醇与多异氰酸酯重量比为(6～20)∶(3～5)。
[0008]所述二硫扩链剂为芳香族二硫扩链剂，具体为2，2
′‑
二硫代二苯甲酸(DTSA)、4，4
′‑
二氨基二苯二硫醚(4
‑
DTDA)、2，2
′‑
二氨基二苯二硫醚(2
‑
DTDA)、3，3
′‑
二羟基二苯二硫醚(3
‑
DDPS)、双(4
‑
羟苯基)二硫醚(4
‑
DDPS)中的一种以上；
[0009]所述吡啶扩链剂为2，6
‑
二氨基吡啶、吡啶
‑
2，6
‑
二羧酸中的一种以上。
[0010]所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基亚甲基二异氰酸酯、3
‑
异氰酸酯基亚甲基
‑
3，5，5
‑
三甲基环己基异氰酸酯(异佛尔酮二异氰酸酯)、六亚甲基二异氰酸酯中的一种以上。
[0011]二硫扩链剂与吡啶扩链剂的重量比优选为0.9∶(0.5～1)，更优选为0.9∶(0.6～0.9)。
[0012]所述聚醚多元醇的分子量为650～2000。
[0013]聚氨酯预聚物中，反应的温度为80～85℃，反应的时间为3～4h。
[0014]所述聚醚多元醇优选为聚醚二元醇，在使用前进行脱水处理，如：真空脱水处理。
[0015]所述基于动态二硫键与不同强度氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料的制备方法，包括以下步骤：
[0016]1)在保护性氛围下，聚醚多元醇与二异氰酸酯在催化剂的作用下进行反应，获得聚氨酯预聚物；所述聚醚多元醇在反应前进行脱水处理；所述脱水处理为真空脱水，真空脱水的条件为在110～120℃下抽真空除水1.5～3h；所述反应的温度为80～85℃，反应的时间为3～4h；
[0017]2)将聚氨酯预聚物与二硫扩链剂进行扩链反应，随后将反应产物与吡啶扩链剂进行二次扩链；或者，将聚氨酯预聚物与吡啶扩链剂进行扩链反应，随后将反应产物与二硫扩链剂进行二次扩链；成型固化，获得基于动态二硫键与不同强度氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料。
[0018]步骤2)中二次扩链与成型固化分步进行或同时进行；分步进行表示先二次扩链，然后成型固化；同时进行表示成型固化过程中完成二次扩链。
[0019]步骤2)中二硫扩链剂进行的反应条件：60～85℃反应5～8h；吡啶扩链剂进行的反应条件为55～65℃下反应1～3h；
[0020]步骤2)中所述成型固化的条件为真空条件下55～80℃保温6～15h。
[0021]成型固化的温度与二次扩链的温度范围相同。
[0022]二次扩链与成型固化同时进行时，成型固化的时间≥二次扩链的时间，成型固化的条件包括二次扩链的条件，此时只考虑成型固化的条件。
[0023]当反应产物与扩链剂进行二次扩链时，成型固化与二次扩链可同时进行，即在成型固化过程中完成二次扩链；此时，反应产物与扩链剂先混匀，然后成型固化并完成二次扩链，所述混匀是指快速搅拌5～15min。混匀的温度与二次扩链的温度相同，成型固化的温度与二次扩链的温度相同；所述成型固化的条件为真空条件下保温6～15h。
[0024]优选地，步骤2)具体为将聚氨酯预聚物与二硫扩链剂进行扩链反应，随后将反应产物与吡啶扩链剂进行二次扩链，然后成型固化；或者将反应产物与吡啶扩链剂混匀，成型固化并二次扩链。扩链反应条件：60～85℃反应5～8h；进行二次扩链反应条件为55～65℃下反应1～3h。混匀是指55～65℃搅拌5～15min。
[0025]所述二硫扩链剂以溶液的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态二硫键与不同强度氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料，其特征在于：主要由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～25重量份，二硫扩链剂0.9～3重量份，吡啶扩链剂0.2～1.1重量份；所述聚氨酯预聚物是由聚醚多元醇与二异氰酸酯在催化剂作用下反应得到；所述二硫扩链剂为芳香族二硫扩链剂，具体为2，2
′‑
二硫代二苯甲酸、4，4
′‑
二氨基二苯二硫醚、2，2
′‑
二氨基二苯二硫醚、3，3
′‑
二羟基二苯二硫醚、双(4
‑
羟苯基)二硫醚中的一种以上；所述吡啶扩链剂为2，6
‑
二氨基吡啶、吡啶
‑
2，6
‑
二羧酸中的一种以上。2.根据权利要求1所述基于动态二硫键与不同强度氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料，其特征在于：所述二硫扩链剂与吡啶扩链剂的重量比为0.9∶(0.5～1)；聚氨酯预聚物中，聚醚多元醇与二异氰酸酯的重量比为(6～20)∶(3～5)。3.根据权利要求1所述基于动态二硫键与不同强度氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料，其特征在于：所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基亚甲基二异氰酸酯、3
‑
异氰酸酯基亚甲基
‑
3，5，5
‑
三甲基环己基异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种以上；所述聚醚多元醇的分子量为650～2000。4.根据权利要求1所述基于动态二硫键与不同强度氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料，其特征在于：聚氨酯预聚物中，反应的温度为80～85℃，反应的时间为3～4h；所述聚醚多元醇为聚醚二元醇。5.根据权利要求1所述基于动态二硫键与不同强度氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料，其特征在于：所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、异辛酸锌、新癸酸锌、异辛酸铋、新癸酸铋中的一种以上；所述催化剂用量为聚醚多元醇质量的0.1％～2％。6.根据权利要求1～5任一项所述基于动态二硫键与不同强度氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在保护性氛围下，聚醚多元醇与二异氰酸酯在催化剂的作用下进行反应，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢珣，王敏慧，蒋晓霖，马元浩，张文聪，徐敏，张亚楠，容浩翔，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：