一种高强度聚氨酯弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法，属于聚氨酯材料领域。本发明专利技术通过使用新型改性扩链剂得到了具有良好力学性能，且扩链剂吸水性低的热塑性聚氨酯弹性体材料。该材料与未使用改性扩链剂制得的热塑性聚氨酯弹性体相比，拉伸强度大幅提升。拉伸强度大幅提升。拉伸强度大幅提升。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度聚氨酯弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚氨酯材料领域，具体涉及一种高强度聚氨酯弹性体及其制备 方法。

技术介绍

[0002]热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是由二异氰酸酯、低聚物多元醇、小分子二醇 共同反应生成的嵌段共聚物。其中，二异氰酸酯和小分子二醇组成硬段，低聚物 二元醇组成软段，硬段含量越高，聚氨酯弹性体的强度和硬度增加，弹性降低。 TPU分子可设计性强和硬度范围宽，硬段和软段的溶解度参数不同，能自发发生 微相分离，因此TPU与传统橡胶相比具有强度高、性能可调节范围大、耐磨、 耐油、耐臭氧性能优良、吸震、抗辐射、耐透气和可重复加工等优点。同时TPU 的边角余料和废料可回收利用，使用TPU材料是解决传统橡胶工业的高能耗、 高物耗、高污染和不可回收问题的重要途径。
[0003]然而，TPU在合成过程中仍存在一些问题，如常用的小分子二醇扩链剂合成 的热塑性聚氨酯弹性体由于含有侧基等因素，分子间距离增大，分子间作用力降 低，使合成的聚氨酯分子不易取向结晶，力学性能较差，从而限制了聚氨酯的弹 性体的应用领域。另外，小分子二醇在合成过程中起到扩链的作用，但我们常用 的扩链剂，如1,4
‑
丁二醇、乙二醇等吸水性强，而TPU的合成过程中又需要严 格控制含水量，从而给操作带来了不便。因此，亟需开发一种能够同时解决现有 技术中存在的聚氨酯弹性体力学性能不佳，所用扩链剂吸水性强等问题的热塑性 聚氨酯弹性体材料。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种高强度聚氨酯弹性体及其制 备方法。本专利技术通过使用新型改性扩链剂得到了具有良好力学性能，且扩链剂吸 水性低的热塑性聚氨酯弹性体材料。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]高强度热塑性聚氨酯弹性体，所述的制备原料包括以下组分(按质量份)：
[0007][0008]进一步的，所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量为1000
‑
3000。
[0009]进一步的，所述改性扩链剂为小分子二醇与二异氰酸酯以2:1摩尔比反应得 到，其化学结构式为
[0010][0011]R为
[0012]R
’
为
‑
CH2CH2‑
、
‑
CH2CH2CH2CH2‑
、
‑
CH2CH2CH2CH2CH2CH2‑
；
[0013]所述原料配比满足如下条件：
[0014]1)预聚物异氰酸根指数R控制在1.95
‑
3.05之间，预聚物异氰酸根指数R 计算公式如下：
[0015][0016]式中，m
异
指的是二异氰酸酯的质量，单位：g；
[0017]M
异
指的是二异氰酸酯的相对分子质量，单位：1；
[0018]m
多
指的是聚四氢呋喃醚二醇的质量，单位：g；
[0019]M
多
指的是聚四氢呋喃醚二醇的分子量，单位：1；
[0020]2)硬段含量控制在22％
‑
49％之间，硬段含量C
h
计算公式如下：
[0021][0022]式中，m
异
指的是二异氰酸酯的质量，单位：g；
[0023]m
扩
指的是扩链剂的质量，单位：g；
[0024]m
多
指的是聚四氢呋喃醚二醇的质量，单位：g；
[0025]3)异氰酸根指数r控制在0.98
‑
1.05之间，异氰酸根指数r计算公式如下： [0026]式中，m
异
指的是二异氰酸酯的质量，单位：g；
[0027]M
异
指的是二异氰酸酯的相对分子质量，单位：1；
[0028]m
多
指的是聚四氢呋喃醚二醇的质量，单位：g；
[0029]M
多
指的是聚四氢呋喃醚二醇的分子量，单位：1；
[0030]m
扩
指的是扩链剂的质量，单位：g；
[0031]M
扩
指的是扩链剂的相对分子质量，单位：1。
[0032]进一步的，所述二异氰酸酯为4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二 异氰酸酯、4,4
’‑
二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种；所述小分子二醇为乙二醇、 1,4
‑
丁二醇、1,6
‑
己二醇中的一种；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、 三亚乙基二胺、三乙醇胺
中的一种；所述溶剂为四氢呋喃、丙酮、甲苯、二甲苯、 乙酸乙酯、甲乙酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一 种。
[0033]所述高强度热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：
[0034]1)将聚四氢呋喃醚二醇、溶剂真空处理脱水2
‑
3h，含水量低于0.01％，密 封保存；
[0035]2)在步骤1)所得的聚四氢呋喃醚二醇中加入计量好的二异氰酸酯，在60℃
ꢀ‑
80℃下反应1
‑
3h后加入催化剂，再继续反应1
‑
3h，即可得到异氰酸酯基封端 的聚氨酯预聚体；
[0036]3)将适量二异氰酸酯和除过水的溶剂于带有搅拌器和温度计的四颈烧瓶中， 称取计量好的小分子二醇和除过水的四氢呋喃于恒压滴液漏斗中，60℃下在四颈 烧瓶中滴加1,4
‑
丁二醇的四氢呋喃溶液，反应完全后，80℃旋蒸除去四氢呋喃 溶剂，再用甲醇洗涤3次，转移至70℃加热板除去甲醇溶剂，即得到改性扩链 剂；
[0037]4)在步骤2)所得的聚氨酯预聚体中加入计量好的溶剂，混合均匀后，加入 计量好的改性扩链剂，在60
‑
80℃下反应1
‑
3h，倒入模具中，室温放置24h,转 移至60
‑
90℃烘箱干燥48h,即可得到热塑性聚氨酯弹性体。
[0038]本专利技术与现有技术相比有如下有益效果：
[0039]1.本专利技术通过二异氰酸酯与小分子二醇1:2反应得到二醇类小分子作为改 性扩链剂，其中二异氰酸酯中的
‑
NCO基团与小分子二醇中的
‑
OH反应生成氨 基甲酸酯键，与传统扩链剂相比，改性后的扩链剂本身含有部分氨基甲酸酯基团， 氨基甲酸酯是强极性基团，可有效增加分子间作用力，从而提高热塑性聚氨酯弹 性体的硬段含量和极性，增加热塑性聚氨酯弹性体的强度，提高其力学性能。
[0040]2.本专利技术合成的改性扩链剂为白色固体粉末，分子量为430.49，熔点为 130℃，小分子二醇结构中含有两个羟基，羟基属于亲水性基团，可以和水分子 形成氢键，因此具有较强的吸水性；而改性后的扩链剂含有两个羟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述高强度热塑性聚氨酯弹性体的制备原料包括以下组分(按质量份)：其中，所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量为1000
‑
3000；所述改性扩链剂为小分子二醇与二异氰酸酯以2:1摩尔比反应得到，其化学结构式为：其中，R为R
’
为
‑
CH2CH2‑
、
‑
CH2CH2CH2CH2‑
、
‑
CH2CH2CH2CH2CH2CH2‑
；所述原料配比满足如下条件：1)预聚物异氰酸根指数R控制在1.95
‑
3.05之间，预聚物异氰酸根指数R计算公式如下：式中，m
异
指的是二异氰酸酯的质量，单位：g；M
异
指的是二异氰酸酯的相对分子质量，单位：1；m
多
指的是聚四氢呋喃醚二醇的质量，单位：g；M
多
指的是聚四氢呋喃醚二醇的分子量，单位：1；2)硬段含量控制在22％
‑
49％之间，硬段含量C
h
计算公式如下：式中，m
异
指的是二异氰酸酯的质量，单位：g；m
扩
指的是扩链剂的质量，单位：g；m
多
指的是聚四氢呋喃醚二醇的质量，单位：g；3)异氰酸根指数r控制在0.98
‑
1.05之间，异氰酸根指数r计算公式如下：
式中，m
异
指的是二异氰酸酯的质量，单位：g；M
异
指的是二异氰酸酯的相对分子质量，单位：1；m
多
指的是聚四氢呋喃醚二醇的质量，单位：g；M
多
指的是聚四氢呋喃醚二醇的分子量，单位：1；m
扩
指的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锋，马瑶，黄建萍，龚情，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：