[发明专利]一种热塑性聚氨酯弹性体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物制备技术领域，特别涉及一种热塑性聚氨酯弹性体的制备方法。

背景技术

聚氨酯弹性体是指在大分子主链上含油较多氨基甲酸酯基官能团（NH-CO-O-）的一类弹性体聚合物，是典型的多嵌段共聚物。其具有耐磨性好、硬度范围宽、强度高、伸长率高、负载支撑容量大、减震效果好、耐低温性能好和耐油耐候性能优异等诸多优点。与橡胶材料相比，聚氨酯弹性体具有耐磨、耐撕裂、耐臭氧、耐切割、高承载性、可浇注、可灌封、硬度范围广、透明或半透明等一系列优点；而与塑料相比，聚氨酯弹性体又具有不易发脆、耐磨、弹性记忆等优点；与金属材料相比，聚氨酯弹性体又具有耐损耗、耐腐蚀。重量轻、加工费用低和噪音低等优点。因此，聚氨酯弹性体得到了十分广泛的应用。

根据加工方法的不同，聚氨酯弹性体一般可分为热塑性聚氨酯弹性体（TPU）、浇注型聚氨酯弹性体和混炼型聚氨酯弹性体。其中，热塑性聚氨酯弹性体是在加热时可以塑化，用溶剂可以溶解的一类聚氨酯弹性体。与浇注型聚氨酯弹性体和混炼型聚氨酯弹性体相比，其交联结构很少，甚至没有，分子基本上是线性的，只存在一定量的物理交联。

TPU硬度高且富有弹性，具有良好的耐油性、耐臭氧性和优异的低温性能，广泛应用于轻工、纺织、车辆、土木建筑、机电、船舶和航空等领域。但是由于其强度不高，耐热性差，易燃，并且在高温下容易发生软化、分解，使机械性能急剧下降，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℃，这大大限制了它的应用范围。

有鉴于此，确有必要提供一种热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，以在保证热塑性聚氨酯弹性体综合性能不下降的前提下，提高热塑性聚氨酯弹性体的耐热性能。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，以在保证热塑性聚氨酯弹性体综合性能不下降的前提下，提高热塑性聚氨酯弹性体的耐热性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：第一步，将20-40wt%的1,4-环己烷二异氰酸酯、30-70wt%的聚己二酸乙二醇酯、5-10wt%的扩链剂1,4-丁二醇、0.1-10wt%的润滑剂、0.2-1wt%的抗氧剂、0.001-0.1wt%的催化剂、0.1-2wt%的受阻胺类光稳定剂和0.1-10wt%的耐水解剂放在混料器中于90-110℃下充分搅拌10-30分钟后，在高温塑料机或密炼机中，于130-155℃下充分塑炼，干燥后得到热塑性聚氨酯弹性体基体。

第二步，将无机纳米填料经过硅烷偶联剂处理后，得到改性后的无机纳米填料。

第三步，将热塑性聚氨酯弹性体基体溶解于四氢呋喃中，然后将改性后的无机纳米填料加入到溶有热塑性聚氨酯弹性体基体的四氢呋喃中，使得无机纳米填料与热塑性聚氨酯弹性体基体的质量比为（1-10）：100，机械搅拌1-10h后除去四氢呋喃，压膜成型，得到热塑性聚氨酯弹性体。

其中，1,4-环己烷二异氰酸酯（CHDI）的分子结构对称且规整、可以改善聚氨酯弹性体软段相跟硬段相的相分离程度，增加硬段相的氢键程度，进而提高聚氨酯弹性体的耐热性能。

本发明选择聚己二酸乙二醇酯（PEA），是因为聚酯型的聚氨酯弹性体的耐热性优于聚醚型聚氨酯弹性体。这是因为聚酯型的多元醇中含有极性较大的羰基，分子间的作用力大于聚醚型。

本发明的扩链剂选择1,4-丁二醇，是因为扩链剂的对称性越高，聚氨酯弹性体的耐热性也越好。

此外，纳米粒子由于其独特的性能，能够与聚氨酯弹性体进行复合，使得聚氨酯弹性体的机械性能得到明显提高，且可以增加聚氨酯弹性体的耐热性能及抗老化性能。

作为本发明热塑性聚氨酯弹性体的制备方法的一种改进，所述无机纳米填料为纳米SiO₂、TiO₂、MgO、ZnO、CaCO₃和Al(OH)₃中的至少一种。 这些无机纳米填料具有高熔点、高硬度、耐磨损、耐腐蚀和良好的抗氧化性等特点，而且，无机纳米粒子还具有与宏观颗粒不同的特殊的体积效应、表面界面效应和宏观量子隧道效应等，因而表现出独特的光、电、磁和化学特性。