[发明专利]聚醚有机硅嵌段聚氨酯材料的制备方法、产品及用途

说明书

技术领域

本发明涉及聚醚有机硅嵌段聚氨酯材料的制备方法、产品及用途。

背景技术

热塑性聚氨酯弹性体(英文缩写TPU)是以聚醚、聚酯或聚烯烃等低聚物多元醇与多异氰酸酯及二醇或二胺类扩链剂逐步加成聚合而成，是一种综合性能优异的高分子合成材料，硬度可调节范围广泛，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、优异的耐油和耐溶剂性能。聚酯或聚醚链段由于极性较弱聚集在一起形成软段微区；氨基甲酸酯基团由于较强的极性和刚性，分子间内聚能较大以形成氢键效应，聚集在一起形成硬段微区。软硬段虽然有一定的互容，但两相区具有热力学不相容性，软段及硬段能够通过分散聚集形成独立的微区，形成微相分离结构。聚氨酯材料的软段提供PU的弹性、韧性及低温性能；硬段分布在软段中形成一种不连续的微相结构，起到物理交联点的作用，则提供材料的硬度、强度和模量。但是传统的聚氨酯材料存在耐热性差，耐水性不好，耐低温性能差的缺点，因而限制了它在很多领域的应用。因此，从聚氨酯的分子结构出发改善TPU的耐高低温性能，耐水性能和物理机械性能，把聚氨酯弹性体的应用拓展到其他新的领域，成了最新研究热点。

一、对聚醚的结构进行改性的研究：

中国专利文献CN103044654A公开了一种长烷基支链聚氨酯弹性体的制备方法以及在汽车轮胎中的应用，通过两步法制备机械性能优异，尤其是抗湿滑性能优异和滚动阻力较低的新型聚氨酯弹性体材料，能满足汽车轮胎需要的材料。第一步反应是：N-正烷基二乙醇胺和甲苯二异氰酸酯(TDI)，1000分子量的聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)，在加热的情况下，制备成含长烷基支链聚氨酯预聚体；第二步反应是，长烷基支链聚氨酯预聚物和固化剂MOCA，进行搅拌，浇筑到预热的模具中，制备成含长烷基支链聚氨酯弹性体。但是，该发明的聚氨酯弹性体的低温性能和疏水性都比较差，可以使用在一些耐磨性要求高的领域，不适合用作植入人体导管的生物材料。

中国专利文献CN103030965A公开了一种蓖麻油基阻燃聚氨酯弹性体的制备方法，采用价格低廉的可再生蓖麻油为原料，在80～160℃与阻燃剂DOPO发生双键加成反应，制得改性蓖麻油。再用改性蓖麻油代替聚醚多元醇与二异氰酸酯反应，添加200～500目可膨胀石墨，制备阻燃聚氨酯弹性体。

二、采用有机硅改性聚氨酯弹性体的研究：

有机硅高分子材料是一种重要的新型高分子材料，它具有耐高低温、抗水、耐老化、电气绝缘、耐臭氧、生理惰性等许多独特的性能，但是其机械性能差，且成本较高等限制了它的广泛应用。近年来，用有机硅改性聚氨酯材料的研究引起了研究者的广泛兴趣，期望在不过度牺牲PU机械性能的情况下，提高其热稳定性、耐水性、表面性能及介电性能等。但是，由于聚氨酯与有机硅的溶解度参数(有机硅、聚氨酯、聚脲溶解度系数分别为7.2，10.0，16.4)相差很大，使得聚氨酯硬段和聚硅氧烷软段的相容性差，导致硬段微区与软段微区接触界面窄，两者“粘结力”差，因此得到的材料性能并不十分理想。国外Majumdar研究了溶剂对聚硅氧烷-聚氨酯嵌段共聚物表面形态的影响，结果表明溶剂对材料的表面相分离程度影响很大，从而影响材料的性能。Cooper等科学家在总结影响聚氨酯力学性能的因素时指出在PDMS软段中引入少量极性侧基(如氯丙基、氰乙基等)将减少相分离，使界面区得以加宽,使软硬段之间的反应活性基团碰撞几率增大，有助于界面的“粘接”，提高材料的力学强度，但另一方面极性侧基的引入使材料的耐热性变差。Chun等科学家采用羟基封端的聚二甲基硅氧烷和聚四氢呋喃二醇(PTMO)作为混合软段合成了聚氨酯嵌段共聚物，虽然合成的共聚物力学性能得到改善，但合成的共聚物柔顺性差，形变回弹率低，还是存在相容性差的问题。王雯霏合成了一种增容剂：N-n-丁基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，将它加入到聚二甲基硅氧烷和PU的预聚体中，能较好的改善两者的相容性，但增容剂的加入一定程度上影响了材料的力学性能。这些采用有机硅改性聚氨酯弹性体的研究和发明，都存在有机硅和聚氨酯的相容性的问题或耐热性不良的问题。其中，如果有机硅和聚氨酯的相容性不好，则制备的材料的力学性能比较差。

因此，开发一种力学性能优良，低温性能和疏水性能优异的聚氨酯材料是本领域亟待解决的问题。

发明内容