[发明专利]一种浇注型聚氨酯/硅藻土复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于浇注型聚氨酯复合材料及其制备领域，特别涉及一种浇注型聚氨酯/硅藻土复合材料及其制备方法。

背景技术

浇注型聚氨酯(CPU)俗称液体橡胶，是用聚酯或聚醚等低聚物多元醇与多异氰酸酯、扩链剂反应制得。具有良好的耐磨性、力学性能和减震性等，广泛应用于机电、船舶、航空、车辆、土木建筑、轻工、纺织等部门。但CPU的强度不高，耐热、耐水、抗静电等性能差，一般情况下它的长期使用温度不能超过80℃，短期使用温度不能超过120℃，因而限制了其进一步的应用。

硅藻土是在海洋或湖泊中生长的硅藻类的残骸在水底沉积、经自然环境作用而逐渐形成的一种非金属矿物。具有质轻、多孔、比表面积大，耐酸，耐热及化学稳定性高等特点，可用作聚合物材料及涂料的填料和增强剂。中国硅藻土矿资源比较丰富，储量在20亿吨以上，且价格便宜。近年来硅藻土在声学材料、建筑材料、涂料、保温隔热材料等行业应用广泛。J.Z.Liang等人在【Melt rheology during extrusion of polypropylene composites filled with diatomite particles.Journal of Reinforced Plastics and Composites，2010，29：2744-2752】上报道了采用双螺杆挤出机成功制备了聚丙烯/硅藻土复合材料，并建立了硅藻土的颗粒半径、填充率等参数与复合材料拉伸强度之间的方程式。李志宏等人在【硅藻土-聚乙烯醇高吸水性树脂的合成及性能研究.化工新型材料，2008，36(9)：93-95】上报道了采用悬浮聚合法制得了硅藻土/聚乙烯醇高吸水性树脂。并探讨了交联剂用量、硅藻土添加量、水解程度等因素对树脂吸水性能的影响。

到目前为止，尚未见采用硅藻土改性CPU复合材料的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种浇注型聚氨酯/硅藻土复合材料及其制备方法，该复合材料力学性能和耐热性好，该方法简单、直接、无污染、适宜工业化生产。

本发明的一种浇注型聚氨酯/硅藻土复合材料，该复合材料的原料包括：经硅烷偶联剂改性的硅藻土、聚氨酯预聚体和扩链剂，其中经硅烷偶联剂改性的硅藻土为聚氨酯预聚体质量的0.5～10％，扩链剂与聚氨酯的质量比按照下式计算：

扩链剂用量(kg)＝预聚体质量(kg)×单位质量预聚物中NCO基含量质量百分比×4.51×投料系数。

上述的投料系数为0.8～1。

所述的扩链剂为二胺类扩链剂，优先使用4，4’-亚甲基双(3-氯-2，6-二乙基苯胺)(M-CDEA)。

本发明的一种浇注型聚氨酯/硅藻土复合材料的制备方法，包括：

(1)硅烷偶联剂改性硅藻土：

室温下，将硅藻土加入到反应容器中，然后依次加入环己烷、正丙胺和硅烷偶联剂，于500～800r/min搅拌30～60min，再在50～70℃下搅拌30～60min；将反应后的溶液在60～90℃下旋转蒸发30～60min，最后在60～80℃下真空干燥18～30h，得到改性后的硅藻土；

(2)预聚物法制备CPU/硅藻土复合材料：

称取聚氨酯预聚体在80～95℃下预热1～4h，然后加入聚氨酯预聚体质量分数0.5～10％的步骤(1)得到的改性后的硅藻土，于500～800r/min混合搅拌10～40min，然后于80～95℃真空脱泡10～40min，得混合物；将扩链剂在110～130℃下加热熔融后加入上述混合物中，于500～800r/min下混合搅拌40～60s后浇注到模具中，进行一次硫化，硫化温度70～110℃，硫化压力5～15MPa，硫化时间20～60min，一次硫化完成后脱模，最后于70～150℃的二次硫化4～20h，即可。

所述步骤(1)中硅藻土的粒度为300～5000目，优先使用粒度为2000目的硅藻土。

所述步骤(1)中硅烷偶联剂为KH-550，KH-570，KH-560，A-151或A-171，优先使用KH-570。

所述步骤(1)中硅藻土、环己烷、正丙胺和硅烷偶联剂的质量配比为：硅藻土40～60份、环己烷200～1000份、正丙胺0.5～2份、硅烷偶联剂4～8份。