一种高强高韧聚氨酯及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高强高韧聚氨酯及其制备方法，涉及聚氨酯材料技术领域。本发明专利技术提供了一种高强高韧聚氨酯，本发明专利技术通过分子设计，向材料内部引入刚性单元结构，提高材料强度；同时利用分子间氢键作为能量耗散机制，提高材料的韧性，本发明专利技术提供的聚氨酯具有高强高韧的特点。另外，在本发明专利技术中，所述高强高韧聚氨酯的分子链段包含由异氰酸酯与醇形成的硬链段和多元醇分子链形成的软链段，软链段负责形状的改变，硬链段负责记忆原始形状，因此具有形状记忆性能。相较于普通的聚氨酯，本发明专利技术所提供的聚氨酯具有优异的机械性能。的聚氨酯具有优异的机械性能。的聚氨酯具有优异的机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧聚氨酯及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚氨酯材料
，具体涉及一种高强高韧聚氨酯及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯由于具有良好的隔热、隔音、抗震、耐油、耐磨、耐老化等优点被广泛应用于家具、建筑、交通等领域。但相对于工程塑料如聚酰亚胺、聚醚醚酮等材料，聚氨酯的力学性能仍较差。随着社会的进步，人们对材料的要求越来越高，高性能材料一直是研究者们关注的热点。
[0003]强度与韧性是材料的两个重要性能，但这两种性能之间往往是不可兼得的。材料的强度被定义为材料在不发生塑性形变或被破坏时所承受的载荷，而韧性是指材料在形变过程中直至发生断裂时吸收的总能量。较强的材料通常脆性较大，而韧性好的材料通常强度较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高强高韧聚氨酯及其制备方法，本专利技术提供的聚氨酯同时具备高强度与高韧性，力学性能优异。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种高强高韧聚氨酯，具有式I所示结构：
[0007][0008]式I中，R为
[0009][0010]优选地，所述高强高韧聚氨酯的拉伸强度为82.3～89.1MPa；所述高强高韧聚氨酯的韧性为265.1～303.8MJ/m3。
[0011]本专利技术提供了上述技术方案所述高强高韧聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0012]将聚酯多元醇、异氰酸酯、第一有机溶剂和催化剂混合，进行第一亲核加成反应，得到第一聚合体系；
[0013]将所述第一聚合体系、扩链剂和第二有机溶剂混合，进行第二亲核加成反应，得到
第二聚合体系；
[0014]将所述第二聚合体系、均苯三甲醛和第三有机溶剂混合，进行缩合反应，除去溶剂，得到高强高韧聚氨酯。
[0015]优选地，所述聚酯多元醇中的羟基与异氰酸酯中的异氰酸酯基团的摩尔比为1:2。
[0016]优选地，所述催化剂为有机锡催化剂。
[0017]优选地，所述第一亲核加成反应的温度为60～80℃，时间为2～5h。
[0018]优选地，所述扩链剂为丁二酸二酰肼。
[0019]优选地，所述第二亲核加成反应的温度为60～80℃，时间为1～2h。
[0020]优选地，所述缩合反应的温度为40℃，时间为30～60min。
[0021]优选地，所述第一有机溶剂和第三有机溶剂独立为N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；所述第二有机溶剂为二甲基亚砜。
[0022]本专利技术提供了一种高强高韧聚氨酯，本专利技术通过分子设计，向材料内部引入刚性单元结构苯环，提高材料强度；同时利用分子间氢键作为能量耗散机制，提高材料的韧性，本专利技术提供的聚氨酯具有高强高韧的特点。
[0023]另外，在本专利技术中，所述高强高韧聚氨酯的分子链段包含由异氰酸酯与醇形成的硬链段和多元醇分子链形成的软链段，软链段负责形状的改变，硬链段负责记忆原始形状，因此具有形状记忆性能。相较于普通的聚氨酯，本专利技术所提供的聚氨酯具有优异的机械性能。
附图说明
[0024]图1为实施例1制备的高强高韧聚氨酯的红外光谱图；
[0025]图2为实施例1制备的高强高韧聚氨酯的形状记忆过程图；
[0026]图3为实施例1～3和对比例1制备的聚氨酯的拉伸曲线对比图。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种高强高韧聚氨酯，具有式I所示结构：
[0028][0029]式I中，R为
[0030][0031]在本专利技术中，所述高强高韧聚氨酯为体型聚合物。在本专利技术中，所述n表示聚酯多
元醇分子链中重复结构单元的数目。本专利技术提供的高强高韧聚氨酯分子链间存在大量的氢键相互作用。
[0032]在本专利技术中，所述高强高韧聚氨酯的拉伸强度优选为82.3～89.1MPa；所述高强高韧聚氨酯的韧性优选为265.1～303.8MJ/m3。
[0033]本专利技术提供了上述技术方案所述高强高韧聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0034]将聚酯多元醇、异氰酸酯、第一有机溶剂和催化剂混合，进行第一亲核加成反应，得到第一聚合体系；
[0035]将所述第一聚合体系、扩链剂和第二有机溶剂混合，进行第二亲核加成反应，得到第二聚合体系；
[0036]将所述第二聚合体系、均苯三甲醛和第三有机溶剂混合，进行缩合反应，除去溶剂，得到高强高韧聚氨酯。
[0037]本专利技术将聚酯多元醇、异氰酸酯、第一有机溶剂和催化剂混合，进行第一亲核加成反应，得到第一聚合体系。在本专利技术中，所述聚酯多元醇中的羟基与异氰酸酯中的异氰酸酯基团的摩尔比优选为1:2。
[0038]在本专利技术中，所述聚酯多元醇优选为聚碳酸酯二醇；所述聚碳酸酯二醇的数均分子量(M
n
)优选为2000。在本专利技术中，所述聚碳酸酯二醇在使用前先进行干燥；所述干燥的温度优选为110～120℃；所述干燥的时间优选为3～6h；所述干燥优选为真空干燥。
[0039]在本专利技术中，所述异氰酸酯优选为二异氰酸酯；所述二异氰酸酯优选为六亚甲基二异氰酸酯。在本专利技术中，所述第一有机溶剂优选为N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。在本专利技术中，所述催化剂优选为有机锡催化剂，更优选为二月桂酸二丁基锡。
[0040]在本专利技术中，所述聚酯多元醇、异氰酸酯、第一有机溶剂和催化剂混合优选包括：将聚酯多元醇和部分第一有机溶剂混合，然后加入催化剂，得到混合溶液；将异氰酸酯和剩余第一有机溶剂混合，加入所述混合溶液。本专利技术对所述第一有机溶剂的添加量没有特殊要求，能够溶解聚酯多元醇和异氰酸酯即可。在本专利技术的具体实施例中，所述催化剂的加入量为3～5滴。
[0041]在本专利技术中，所述第一亲核加成反应的温度优选为60～80℃，时间优选为2～5h，更优选为2h。在本专利技术中，所述第一亲核加成反应优选在保护气氛中进行，更优选在氮气气氛中进行。
[0042]得到第一聚合体系后，本专利技术将所述第一聚合体系、扩链剂和第二有机溶剂混合，进行第二亲核加成反应，得到第二聚合体系。在本专利技术中，所述扩链剂优选为丁二酸二酰肼。在本专利技术中，所述异氰酸酯中的异氰酸酯基团与扩链剂的摩尔比优选为1:1。在本专利技术中，所述第二有机溶剂优选为二甲基亚砜。
[0043]在本专利技术中，所述第一聚合体系、扩链剂和第二有机溶剂混合优选包括：将扩链剂溶于第二有机溶剂中，加入第一聚合体系中。本专利技术对所述第二有机溶剂的添加量没有特殊要求，能够溶解扩链剂即可。
[0044]在本专利技术中，所述第二亲核加成反应的温度优选为60～80℃，时间优选为1～2h，更优选为1h。在本专利技术中，所述第二亲核加成反应优选在保护气氛中进行，更优选在氮气气氛中进行。
[0045]得到第二聚合体系后，本专利技术将所述第二聚合体系、均苯三甲醛和第三有机溶剂
混合，进行缩合反应，除去溶剂，得到高强高韧聚氨酯。在本专利技术中，所述扩链剂与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧聚氨酯，具有式I所示结构：式I中，R为2.根据权利要求1所述的高强高韧聚氨酯，其特征在于，所述高强高韧聚氨酯的拉伸强度为82.3～89.1MPa；所述高强高韧聚氨酯的韧性为265.1～303.8MJ/m3。3.权利要求1～2任一项所述高强高韧聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：将聚酯多元醇、异氰酸酯、第一有机溶剂和催化剂混合，进行第一亲核加成反应，得到第一聚合体系；将所述第一聚合体系、扩链剂和第二有机溶剂混合，进行第二亲核加成反应，得到第二聚合体系；将所述第二聚合体系、均苯三甲醛和第三有机溶剂混合，进行缩合反应，除去溶剂，得到高强高韧聚氨酯。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚酯多元醇中的羟基与异氰酸酯中的异氰酸酯基团的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新瑞，王晓月，杨增辉，徐静，张耀明，王齐华，王廷梅，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：