[发明专利]一种耐热型热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚氨酯领域，特别涉及一种耐热型热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。

背景技术

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是由线性多元醇(通常为聚酯或聚醚多元醇)、有机二异氰酸酯和小分子扩链剂构成。其整体性能取决于多元醇的类型、异氰酸酯和扩链剂的结构、以及软段和硬段的比例等。可以通过选择TPU各组成成分并调节它们的比例使得材料的性能在很宽的范围内变化，从而使得它既有橡胶的柔性，又有塑料的刚性，具有高强度、高伸长和高弹性等特性。TPU还具有优良的耐撕裂、耐磨、耐低温等性能，但是TPU的耐高温性能较差，一旦其工作温度超过80℃，它的许多优良性能将丧失，材料甚至被破坏，这大大限制了它的应用，所以开发耐高温特种TPU日益成为研究中的前沿问题。

近年来，人们采用了多种方法来提高TPU的耐热性，归纳起来主要有以下几点：(1)选用分子链上含有芳香和杂环结构的低聚物多元醇；(2)选用对称性的，多芳香环结构的异氰酸酯；(3)选择适当的扩链剂；(4)添加耐热填料。专利资料CN 101372552A公开了一种高强耐热的热塑性聚氨酯弹性体共混改性物及其制备方法，是采用添加耐热填料长碳链尼龙来改性TPU，以达到提高材料耐热性能的目的，但是该方法并未能阻止TPU的热降解，也就不能从根本上解决材料的耐高温问题。专利US6521164、US5066762和US6740727中报道了使用对苯二异氰酸酯(PPDI)作为二异氰酸酯合成TPU的技术，但PPDI不仅价格高昂，而且蒸汽压较高，升华趋势相当大，提高了原料和劳动防护方面的成本。Achim Frick等在“Characterization of TPU-elastomers by thermal analysis(DSC)”[Polymer Testing2004，(23)：413-417]中将固体TODI加入到150℃的大分子二元醇和扩链剂丁二醇的混合物中，温度会降至90℃并随反应的进行又升至125℃，反应物被倾倒在转动的料带上继续反应并固化，最后试片在75℃下干燥24小时，即得TPU。此方法将丁二醇加热到150℃温度，挥发严重。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种耐热型热塑性聚氨酯弹性体。该方法制备的弹性体耐热性好，且具有良好的综合力学性能，原料成本较低。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种上述弹性体的制备方法。该方法步骤可避免扩链剂高温挥发。

本发明提供的耐热型热塑性聚氨酯弹性体，具有以下质量份组成：

大分子二元醇：55～80份；

3，3’-二甲基-4，4’-联苯二异氰酸酯(TODI)：18～36份；

扩链剂：1.5～13份；

催化剂：0.001～0.1份；

抗氧剂：0.05～1份；

紫外光吸收剂：0.2～1份；

光稳定剂：0.2～2份。

其中大分子二元醇为聚酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇(PTMG)或其组合；聚酯二元醇和聚四氢呋喃二元醇的数均分子量一般为500-5000，优选600-4000，进一步优选1000-3000。

所述聚酯二元醇一般为小分子二元羧酸和小分子二元醇的反应产物。适合的二元羧酸可以是丁二酸、己二酸等，适合的小分子二元醇可以是乙二醇、二甘醇、丙二醇或丁二醇等。聚酯二元醇还包括己内酯与各种二元醇反应得到的产物，如己内酯与乙二醇、二甘醇等反应制备的聚己内酯二元醇(PCL)。聚酯二元醇还包括由碳酸酯和二元醇反应制备的聚碳酸酯二元醇(PCD)等。

本发明所述扩链剂可以为乙二醇(EG)、1，3-丙二醇(PG)、1，4-丁二醇(1，4-BDO)、2，3-丁二醇(2，3-BDO)、1，5-戊二醇、1，6-己二醇(HDO)、对苯二酚双(β-羟乙基)醚(HQEE)等或其组合。优选乙二醇、1，4-丁二醇或对苯二酚双(β-羟乙基)醚，进一步优选1，4-丁二醇或对苯二酚双(β-羟乙基)醚。

本发明催化剂可以是有机铋、有机锡类化合物或其组合，其中有机铋类化合物可选自异辛酸铋、羧酸铋或其组合，有机锡类化合物可选自辛酸亚锡、二辛酸二丁锡、二月桂酸二丁锡中的一种或多种。优选有机铋类化合物，如异辛酸铋、羧酸铋或其组合。

本发明所用抗氧剂、紫外光吸收剂和光稳定剂为技术领域公知和常用的。

本发明所得TPU材料性能如下：

R值为测试样品在75℃和150℃下的储能模量(E’)的比值，R值越小，表明耐热性越好。

本发明耐热型热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，含有以下步骤：