[发明专利]含长烷基支链聚氨酯弹性体及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一类含长烷基支链聚氨酯弹性体及其制备方法和在汽车轮胎胎面中的应用。

背景技术

汽车轮胎是一种重要的汽车配件，它是一种产量最大、结构最复杂、性能要求最高的橡胶制品，其耗胶量占全部橡胶制品耗胶量的一半以上。随着汽车工业的飞速发展，我国正在成为全球最大的汽车生产和消费国，也正在成为耗胶量和轮胎产量居世界第一的橡胶工业和轮胎工业大国。

轮胎的性能对汽车的使用性能影响显著，在高性能轮胎研究中的一个最关键问题是所谓“魔三角”，即滚动阻力、抗湿滑性和耐磨性三种主要性能互相矛盾的问题，特别是滚动阻力与抗湿滑性的矛盾更是长期以来困扰轮胎工业的老大难问题。降低轮胎的滚动阻力可以使汽车节省燃油消耗，减少尾气污染，提高轮胎的抗湿滑性能，能显著提高汽车在潮湿路面的行驶安全性。因此，世界各国已将研发兼具低滚动阻力、高抗湿滑性和高耐磨性的轮胎作为轮胎工业升级换代的新发展趋势。

聚氨酯弹性体是一种综合性能优异的高分子合成材料，硬度可调范围广，在很宽的硬度范围内仍可保持较高的弹性，高强度、高伸长率、优良的耐油和耐溶剂性能，对于一般溶剂、氧、臭氧、辐射等都有足够的抵抗能力，聚氨酯弹性体优异的耐磨性能使其具有“耐磨橡胶”的美称，可见聚氨酯弹性体具备了在汽车轮胎工业中应用的潜质。

利用聚氨酯弹性体的上述优良性能，将其应用于汽车轮胎方面的研究开发始于20世纪60年代，最早开发的一个产品是聚氨酯浇注实心轮胎，用于苛刻条件下运输货物的车辆。然而，由于聚氨酯分子链中含有很多如氨基甲酸酯基、脲基、缩二脲基等强极性基团，分子间的相互作用力大，使得聚氨酯弹性体的内生热大，导致其动态力学性能差，因而限制了聚氨酯弹性体在动态负载情况下的应用，使由聚氨酯弹性体制备的汽车轮胎一般也仅适用于低速运行的场合，如剪草车、拖拉机、起重机、工业叉车等。

为了使由聚氨酯弹性体制备的汽车轮胎适用于高速运行，美国固特异轮胎橡胶公司开发出了聚氨酯/橡胶复合轮胎，它通过对硫化胶表面进行改性以提高聚氨酯弹性体与橡胶界面的粘合强度，使聚氨酯弹性体应用于汽车轮胎工业、作为橡胶轮胎的胎面胶成为可能。近年来，固特异公司研发了一种以三聚异氰酸酯作原料制备的聚氨酯弹性体，其耐高温性能和物理机械性能均有较大提高，从聚氨酯的分子结构出发改善聚氨酯弹性体的动态力学性能，并利用该弹性体研制了新一代聚氨酯轮胎。

尽管目前已有将聚氨酯弹性体应用于汽车轮胎的报道，但仍然有很多不尽人意之处，特别是在提高聚氨酯弹性体的动态力学性能方面仍然存在显著的不足。因此，利用聚氨酯材料的“可剪裁性”，设计并合成具有特定结构、动态性能优异、具有在高性能轮胎中应用潜质的新型聚氨酯弹性体，不仅对聚氨酯工业具有重大的现实意义，而且对汽车工业的发展也有积极的推动作用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的聚氨酯弹性体动态力学性能差的显著不足，提供一类具有较好动态力学性能的含长烷基支链聚氨酯弹性体，同时本发明还提供该弹性体的制备方法。

本发明的目的还在于提供该聚氨酯弹性体在汽车轮胎胎面中的应用。

本发明的含长烷基支链聚氨酯弹性体的分子结构式如下：

式（1）中，A部分来自N-正烷基二乙醇胺，B部分来自甲苯二异氰酸酯（TDI），C部分来自分子量1000的聚四氢呋喃醚二醇（PTMG），而且式（1）中10≤n≤26，0.05≤x≤0.20，0.95≤y≤0.80。

本发明提供的含长烷基支链聚氨酯弹性体的制备方法包括如下步骤：

步骤1：N-正烷基二乙醇胺的制备

将1.00摩尔的1-溴代正烷烃（C_nH_2n+1—Br）（式中：10≤n≤26）和0.5~2.0摩尔的二乙醇胺加入到乙腈-甲醇混合溶剂中，回流反应36~60小时后结束反应，将反应混合溶液浓缩后，先用乙醚洗涤，再用甲醇-乙酸乙酯混合溶剂重结晶，即得到相应的N-正烷基二乙醇胺季铵盐；然后将该N-正烷基二乙醇胺季铵盐溶于去离子水中，加入过量氨水溶液，得到大量白色絮状物质，经乙醚萃取即得到相应的N-正烷基二乙醇胺，其结构式如式（Ⅱ）所示。

上述式（2）中，n取自大于等于10、小于等于26中的任意整数。

上述式（2）中，n=10时，该N-正烷基二乙醇胺类化合物命名为N-正葵烷基二乙醇胺；

上述式（2）中，n=11时，该N-正烷基二乙醇胺类化合物命名为N-正十一烷基二乙醇胺；