[发明专利]一种纳米稀土改性的热塑性聚氨酯弹性体

说明书

技术领域

本发明涉及一种热塑性聚氨酯弹性体材料，具体涉及一种纳米稀土改性的热塑性聚氨酯弹性体，属于高分子材料研究领域。

背景技术

热塑性聚氨酯弹性体是一种以聚醚（或聚酯）多元醇为软段，异氰酸酯和低分子的醇类与胺类扩链剂为硬段聚合而成的。由于软段与硬段的不相容性而形成独特的微相分离结构，赋予其高强度、高耐磨、高回弹、高韧性、耐撕裂、可加工、可回收等优良综合特性，已被广泛应用于国防、汽车、运动、医疗、涂料等领域。

随着应用领域向着高档服装、航空航天领域的拓展，对热塑性聚氨酯弹性体的力学、热学等性能提出了更高的要求。已有研究结果表明，在热塑性聚氨酯弹性体中引入无机粒子，能够在一定程度上改善其力学强度和耐热性能。但由于尚未解决有机与无机材料的相容性和界面结合问题，导致实际得到的无机改性的热塑性聚氨酯弹性体材料的性能不甚理想。张玉玺等采用一步法合成出超细氧化铈改性的聚氨酯弹性体，其拉伸强度仅为2.2 MPa，断裂伸长率仅为450%。

发明内容

本发明的目的在于为了解决上述的技术问题而提供一种具有优异力学和热学等综合性能的纳米稀土改性的热塑性聚氨酯弹性体材料。

本发明的技术方案

一种纳米稀土化合物改性的热塑性聚氨酯弹性体，即以经等离子处理纳米稀土化合物后所得的功能化纳米稀土化合物为改性剂，以聚醚二元醇或聚酯二元醇为热塑性聚氨酯弹性体软段，以异氰酸酯和小分子扩链剂为热塑性聚氨酯弹性体硬段，异氰酸酯指数R为0.95～0.999，硬段含量为35%～50%，按重量份数计算，聚醚二元醇或聚酯二元醇、扩链剂、纳米稀土化合物和异氰酸酯的含量如下： 

聚醚二元醇或聚酯二元醇          50～68份 

小分子扩链剂                    6.0～11.9份

纳米稀土化合物                  0.1～3.0份

异氰酸酯                        29～38份

其中所述的聚醚二元醇为分子量均为1000～3000g/mol的聚四氢呋喃醚二醇（PTMEG）、聚氧四亚甲基二醇（PTMG）、聚环氧化丙烯二醇（PPG）或四氢呋喃-环氧丙烷共聚醚；

所述的聚酯二元醇为分子量均为1000～3000g/mol的聚碳酸酯二醇（PCDL）、聚己内酯二醇（PCL）或己二酸系聚酯；

其中所述的己二酸系聚酯为聚己二酸乙二醇酯二醇（PEA）、聚己二酸丁二醇酯二醇（PBA）、聚己二酸乙二醇丙二醇酯二醇（PEPA）、聚己二酸乙二醇丁二醇酯二醇(PEBA)或聚己二酸乙二醇乙二醇酯二醇（PEDA）；

所述的小分子扩链剂为乙二醇（EDO）、1, 4-丁二醇（BDO）、1, 6-己二醇（HDO）、3, 3'-二氯-4, 4'-二苯基甲烷二胺（MOCA）、3, 5-二甲基硫基甲苯二胺（DMTDA）、2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯（TX-2）、三乙醇胺（TEA）或三异丙醇胺（TIPA）；

所述的纳米稀土化合物为粒径在1～100nm的稀土氧化物、稀土氯化物或稀土碳酸盐，其中所述的稀土元素为铈、镧、铕、钕或钇；

所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）、4, 4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、1, 5-萘二异氰酸酯（NDI）、对苯二异氰酸酯（PPDI）、二甲基联苯二异氰酸酯（TODI）、1, 6-亚己基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、4, 4'-二环已基甲烷二异氰酸酯（HMDI）或1,4-环己烷二异氰酸酯（CHDI）。

上述的一种纳米稀土化合物改性热塑性聚氨酯弹性体，其制备方法具体包括以下步骤：

（1）、将纳米稀土化合物置于等离子体化学气相沉积炉中，抽真空至10^-2 Pa时，通入氩气调节真空腔室压力13.3 Pa，采用60W的等离子体功率处理20～60min，再通入99.999%的高纯氧气活化5～30min，获得功能化纳米稀土化合物；

（2）、将步骤（1）所得的功能化纳米稀土化合物与聚醚二元醇或聚酯二元醇置于反应器中，控制速率为2000～3000 r/min搅拌10～20 min后，于100～120℃温度下真空脱水1.5～2 h，超声处理30～60 min使其混合均匀，得到含功能化纳米稀土的聚醚二元醇树脂或含功能化纳米稀土的聚酯二元醇树脂；