[发明专利]一种热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种热塑性聚氨酯弹性体，其主链上含有萘环和酰亚胺环交替排列的结构，引入的这种结构在微观层面上表现为类似于磁铁N、S两极相互作用的推电子‑吸电子Donor‑Acceptor相互作用，它使得聚氨酯的硬相区在拉伸形变的过程中表现出更为出色的强度和稳定性；在宏观层面，这种独特的结构赋予了聚氨酯更为优异的形变回复力、形变回复率和形变回复速率，并使其弹性、强度、模量和断裂伸长率等机械性能得到了一定的提升。本发明还公开了一种上述热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，操作简便，可控性强，易于实施，适用于大规模的工业化生产。本发明还公开了一种上述热塑性聚氨酯弹性体在薄膜材料领域的应用。

技术领域

本发明涉及聚氨酯领域，具体涉及一种热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法和应用。

背景技术

聚氨酯材料的迅速发展使其成为世界六大合成材料之一，其应用范围极为广泛。由于其主链上存在极性较强的氨基甲酸酯基团，聚氨酯具有良好的韧性、耐磨性、耐油性和耐老化性。但国内依然存在自主研发能力、创新能力和知识产权保护意识薄弱现象。国内聚氨酯市场无序化投资严重破坏了生产平衡，大众产品生产过剩，高端产品严重依赖进口。因此高附加值的新型聚氨酯的研发与量产是刻不容缓的。

聚氨酯弹性体是聚氨酯材料中非常重要的一类产品。其高耐磨性、耐化学性和优异的机械性能、弹性回复性能，以及较好的血液和组织相容性，使其开拓了一系列先前其他材料无法实现的新领域。

目前，热塑性聚氨酯一般通过预聚-扩链的两步法来合成得到。二异氰酸酯和低聚物二元醇在一定条件下预聚，再用由羟基或者氨基封端的扩链剂进行扩链，最终得到含有氨基甲酸酯的热塑性聚氨酯产物。

由于热塑性聚氨酯中存在热力学不相容的硬相区和软相区，这种特殊的微相分离结构使其成为了优异的弹性体，拥有较好的机械性能。但是这种微相分离结构所赋予热塑性聚氨酯弹性体的优异机械性能是与其本身的强度和稳定性息息相关的，因此，如何增强和稳定聚氨酯硬相区的结构，成为了研究热塑性聚氨酯的一大难点。

公开号为CN106008905A的专利说明书公开了一种含有自折叠结构的聚氨酯，以1,5-萘二异氰酸酯、均苯四甲酸二酐、二异氰酸酯、羟基胺和低聚物二元醇等为原料，采用了两种自合成的扩链剂，一种是吸电子的，一种是推电子的，扩链制备得到的自折叠结构的聚氨酯相比于传统的弹性体材料的弹性、模量、强度以及断裂伸长率等机械性能得到大幅提升，在机械和化工等领域有潜在应用。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种热塑性聚氨酯弹性体，其主链上含有萘环和酰亚胺环交替排列的结构。

一种热塑性聚氨酯弹性体，结构式如式(I)所示：

式(I)中，X为低聚物二元醇残基，Y为二异氰酸酯残基，m为1～8的整数，n为1～10的整数，p为1～30的整数。

所述的热塑性聚氨酯弹性体的主链上含有萘环和酰亚胺环交替排列的结构。引入的这种结构在微观层面上表现为类似于磁铁N、S两极相互作用的推电子-吸电子Donor-Acceptor(简称DA结构)相互作用，它使得聚氨酯的硬相区在拉伸形变的过程中表现出更为出色的强度和稳定性；在宏观层面，这种独特的结构赋予了聚氨酯更为优异的形变回复力、形变回复率和形变回复速率，并使其弹性、强度、模量和断裂伸长率等机械性能得到了一定的提升。

本发明还提供了一种所述的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，先合成了一种羟基封端含酰亚胺环吸电子结构的扩链剂，用以扩链含有软段的预聚物；另将萘环推电子结构放在二异氰酸酯中，用以封端扩链产物。这种方法不仅大大增加了聚合反应活性，还简化了合成步骤，另外也提高了聚氨酯主链中DA结构的折叠密度。

一种所述的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，包括：