一种聚氨酯材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚氨酯材料及其制备方法，涉及高分子材料技术领域。该聚氨酯材料包括以下重量份比的原料：异氰酸酯5份

【技术实现步骤摘要】
一种聚氨酯材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料
，特别是涉及一种聚氨酯材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯又称氨基甲酸酯，是指由多元异氰酸酯和多元羟基化合物通过逐步加成而得到的一种具有氨基甲酸酯基团重复结构单元的聚合物。而单组份湿固化聚氨酯(SPU)是指以异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚体，在湿气环境中即可扩链进行固化或交联，整个过程中无溶剂挥发，对环境友好。聚氨酯预聚体是由多异氰酸酯和低聚物多元醇制备而成。
[0003]自1978年美国成功开发以来，SPU发展非常迅速，广泛运用于汽车、高铁、航空航天和船舶工业等领域，是高性能聚氨酯材料的重要研究方向。但在SPU湿气固化过程中，异氰酸酯基与水或湿气反应释放出CO2气体，可导致固化材料产生大量气泡，严重影响材料的表观形貌和本体性能。如何除去或避免SPU湿气固化过程中产生CO2气体一直是研究的热点，研究人员曾使用化学或物理方法来吸收湿气固化过程中产生的CO2，例如在材料中添加一些碱性物质(如CaO、Ca(OH)2等)来吸收SPU固化过程产生的CO2气体；也有研究曾报道，在体系中加入一些吸附剂(如活性炭、PVC树脂等)吸收CO2气体。但是，这些物质作为填料会残留在体系中，影响到聚氨酯的性能，比如力学性能、热稳定等等。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种聚氨酯材料，不仅大大降低制备过程中的气泡率，而且涂层的拉伸强度≥1900kPa，断裂伸长率≥450％，热稳定性高，具有一定的自修复性能。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种聚氨酯材料，包括以下重量份比的原料：
[0006]异氰酸酯
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5份
‑
20份
[0007]多元醇
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
25份
‑
35份
[0008]恶唑烷类化合物
ꢀꢀꢀꢀ
25份
‑
65份；
[0009]所述恶唑烷类化合物由摩尔比为1
‑
1.5：1的恶唑烷单体和异氰酸酯构成。
[0010]本专利技术人在研究过程中发现，在湿气存在的情况下，恶唑烷类化合物会优先与湿气发生开环反应，所生成的含氨基和羟基的化合物又会与异氰酸酯反应，避免了CO2的释放，从根本上消除CO2气体。因此，本专利技术人选择将恶唑烷单体与异氰酸酯合成恶唑烷类化合物，并用于改性单组分湿固化聚氨酯，以解决现有技术中SPU湿气固化过程中产生CO2气体的技术问题。
[0011]在其中一个实施例中，所述恶唑烷单体选自：2
‑
异丙基
‑3‑
羟乙基
‑
1，3
‑
恶唑烷、2，2
‑
二甲基
‑
N
‑
羟乙基
‑
1，3
‑
恶唑烷、丙二酸二
‑
2，2
‑
二甲基
‑
N
‑
羟乙基
‑
1，3
‑
恶唑烷酯或1，1，5，5
‑
戊烷端四甲酸四
‑
2，2
‑
二甲基
‑
N
‑
羟乙基
‑
1，3
‑
恶唑烷酯。
[0012]选择上述恶唑烷单体能够先于异氰酸酯与水反应消除CO2。
[0013]在其中一个实施例中，所述异氰酸酯独立地任选自：异佛尔酮二异氰酸酯、1,6
‑
六
亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷
‑
4,4
′‑
二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、HDI三聚体、IPDI三聚体、TDI三聚体或MDI三聚体。
[0014]上述异氰酸酯具有稳定的化学性质，纯度高，能够与恶唑烷反应稳定得到化学产物。
[0015]在其中一个实施例中，所述多元醇包括以下原料中的至少一项：聚醚二元醇
‑
1000、聚醚二元醇
‑
2000、聚醚二元醇
‑
4000、聚乙二醇
‑
500、聚乙二醇
‑
1000、聚乙二醇
‑
2000、聚丙二醇。
[0016]选择上述多元醇可以提供稳定的长链，携带大量的分子间的氢键，为自修复能力提供支持。
[0017]本专利技术还提供了所述聚氨酯材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0018]制备恶唑烷类化合物：取各原料，混合搅拌，即得；
[0019]制备聚氨酯预聚体：将多元醇脱水处理，另取异氰酸酯加入后混合反应，升高温度，继续反应，即得；
[0020]制备聚氨酯材料：在所述聚氨酯预聚体中加入所述恶唑烷类化合物，搅拌，湿气固化，即得。
[0021]采用上述制备方法，现将恶唑烷单体和异氰酸酯反应得到恶唑烷类化合物，利用恶唑烷类化合物在湿气存在的情况下，会优先与湿气发生开环反应的特性，进而生成含氨基和羟基的化合物，该化合物又会与异氰酸酯反应，从根本上消除SPU湿气固化过程中产生的CO2气体。
[0022]在其中一个实施例中，所述制备恶唑烷类化合物步骤中，所述搅拌的转速为150
‑
250rpm，搅拌时间为6
‑
12小时。
[0023]采用上述转速和搅拌时间，能使异氰酸酯和恶唑烷单体混合均匀，充分接触，反应完全。
[0024]在其中一个实施例中，所述制备聚氨酯预聚体步骤中，按照以下方法进行：将多元醇在真空条件下脱水处理，脱水温度100
‑
120℃，脱水时间为1
‑
2小时，降温至40
‑
50℃后另取异氰酸酯加入，升高温度至65
‑
75℃反应40
‑
60min，再升高温度至75
‑
85℃反应2
‑
3h。
[0025]采用上述反应条件，能够脱除低聚物多元醇所含的少量水分，并及时移走反应产生的热量，使反应温度控制在一定限度以内。
[0026]在其中一个实施例中，所述制备聚氨酯材料步骤中，所述搅拌的转速为150
‑
250rpm，搅拌时间为20
‑
40min。
[0027]采用上述条件参数，能使聚氨酯预聚体和恶唑烷类化合物充分接触，充分反应。
[0028]在其中一个实施例中，所述制备聚氨酯材料步骤中，所述湿气固化的温度为20
‑
30℃，湿度为60
‑
80％RH，固化时间为12
‑
24h。
[0029]采用上述条件参数，能使聚氨酯预聚体与空气中的水份反应，固化交联而形成稳定的化学结构。
[0030]本专利技术还提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯材料，其特征在于，包括以下重量份比的原料：异氰酸酯
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5份
‑
20份多元醇
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
25份
‑
35份恶唑烷类化合物
ꢀꢀꢀꢀꢀ
25份
‑
65份；所述恶唑烷类化合物由摩尔比为1
‑
1.5：1的恶唑烷单体和异氰酸酯构成。2.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述恶唑烷单体选自：2
‑
异丙基
‑3‑
羟乙基
‑
1，3
‑
恶唑烷、2，2
‑
二甲基
‑
N
‑
羟乙基
‑
1，3
‑
恶唑烷、丙二酸二
‑
2，2
‑
二甲基
‑
N
‑
羟乙基
‑
1，3
‑
恶唑烷酯或1，1，5，5
‑
戊烷端四甲酸四
‑
2，2
‑
二甲基
‑
N
‑
羟乙基
‑
1，3
‑
恶唑烷酯。3.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述异氰酸酯独立地任选自：异佛尔酮二异氰酸酯、1,6
‑
六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷
‑
4,4
′‑
二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、HDI三聚体、IPDI三聚体、TDI三聚体或MDI三聚体。4.根据权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述多元醇包括以下原料中的至少一项：聚醚二元醇
‑
1000、聚醚二元醇
‑
2000、聚醚二元醇
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林殷雷，宋鑫晏，黄建辉，白晓旭，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：