[发明专利]一种稀土化合物改性的热塑性聚氨酯纳米复合弹性体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土化合物改性的热塑性聚氨酯纳米复合弹性体的制备方法，属于高分子材料研究领域。

背景技术

近年来热塑性聚氨酯弹性体特别是热塑性聚氨酯纳米复合弹性体，因其高耐磨、高弹性、高强度、耐腐蚀等优良综合性能而日益引起人们的广泛关注，现已成功应用于汽车、高铁、医疗、航空航天等领域。

众所周知，无机稀土材料呈刚性。将其引入热塑性聚氨酯弹性体中，有望提高其力学强度。所采用的主要方法有熔融挤出共混法、物理共混法。

熔融挤出共混法所需改性剂用量多，并且存在二者相容性差而改善效果不佳之明显不足。

物理共混法是在热塑性聚氨酯弹性体制备过程中，将其作为改性剂直接引入，具有操作简单的优点，但仍未解决二者的均匀分散和界面结合难题。

因此，迫切需要发展一种低碳环保、操作方便、改性剂来源广泛、产品性能优良的稀土化合物改性的热塑性聚氨酯纳米复合弹性体的制备方法。

发明内容

本发明的目的为了解决上述的技术问题而提供一种改性剂用量少，改性剂与热塑性聚氨酯弹性体分散均匀、界面结合牢固的稀土化合物改性的热塑性聚氨酯纳米复合弹性体的制备方法。

本发明的技术方案

一种稀土化合物改性的热塑性聚氨酯纳米复合弹性体的制备方法，即以经等离子体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软段，以异氰酸酯和小分子扩链剂为热塑性聚氨酯硬段，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、小分子扩链剂、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（PTHF）、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）。

上述的一种稀土化合物改性的热塑性聚氨酯纳米复合弹性体的制备方法，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60 W的等离子体功率进行等离子处理20～60 min，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酯二元醇或聚醚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酯二元醇树脂或含功能化纳米稀土的聚醚二元醇树脂；