[发明专利]一种聚氨酯弹性体杂化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚氨酯弹性体杂化材料及其制备方法，通过多羟基液体聚倍半硅氧烷(POSS)化学交联对材料进行改性即得。本发明方法操作简单、反应材料易得，反应条件温和，得到的热塑性聚氨酯弹性体具有优良的力学性能及疏水性能，阻燃性能得到明显改善，这大大的扩大了聚氨酯材料的应用范围。

技术领域

本发明属于改性聚氨酯材料及其制备领域，特别涉及一种聚氨酯弹性体杂化材料及其制备方法。

背景技术

热塑性聚氨酯弹性体，是一种由低聚物多元醇软段与而异氰酸酯和扩链剂硬段构成的线性嵌段共聚物。可熔可溶的，具有高强度、高弹性和优良耐磨、耐油、耐低温等特性的高分子材料。热塑性聚氨酯弹性体又称热塑性橡胶，是一种兼具有塑料盒橡胶的优异性能、在常温下显示橡胶的高弹提、高温下又能塑化成型的多相高分子材料，因而有被称为第三代橡胶。由于热塑性弹性体具有以上众多优点，所以近十年来，随着电子电器、通信与汽车行业的快速发展，热塑性弹性体得到告诉的发展。

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)作为一种全新的纳米材料，为聚合物纳米复合材料的研究注入了新的活力，为新材料的设计提供了新思路。由于POSS具有特殊的物理、化学性质，很容易通过共聚或物理共混等方式引入到聚合物体系，使得它在改性聚合物方面具有其它普通无机纳米材料无可比拟的优势。反应性官能团POSS可以提高POSS链段与各种高分子体系的溶解性和相容性，同时可以与多种聚合物反应，作为封端基或交联固化中心，形成有机-无机杂化聚合物，以满足各种不同聚合物的改性需要。

中国专利201810144186.6“一种有机硅改性聚氨酯弹性体及其制备方法”中采用碳官能羟基封端的聚硅氧作为软链，与多异氰酸酯在无溶剂下本体聚合，从而提高弹性体的性能，然后在扩链阶段加入一定量的有机溶剂稀释，使用催化剂，有效平衡体系相容性和粘度，生成粘度较大的高分子量聚合物。此方法可大大减少反应时间，提高反应效率，避免副反应的发生。中国专利201810241379.3“聚醚改性聚酯多元醇及其聚合而成的热塑性聚氨酯弹性体”中制备得到的聚酯多元醇既含有酯基又含有醚键，是一种伯羟基封端的线性聚合物，与异氰酸酯基具有较高的反应活性。此产品既具有聚酯型聚氨酯产品的力学性能，耐油、耐高温性能，又具有聚醚型聚氨酯产品的耐水解、耐低温性，动态机械性能和耐动态疲劳性能也有显著的提高。中国专利201810036974.3“一种阻燃抗霉菌热塑性聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法”中利用TPU、SEBS、阻燃剂、防霉剂、相容剂、抗氧剂制备了热塑性聚氨酯弹性体复合材料，制得的聚氨酯弹性体复合材料阻燃效果优良，抗霉菌效果好，强度高，柔韧性好，断裂伸长率高，力学性能优异。

传统的聚氨酯材料，具有吸潮性和易燃性，这大大限制了聚氨酯材料的应用。本文采用了一种多羟基液体低聚倍半硅氧烷(POSS)通过化学交联的方式对聚氨酯材料进行改性，不仅操作简单，而且绿色环保。所制备的聚氨酯杂化材料不仅具有优异的力学性能和热学性能，其疏水性能得到了很大程度的改善。这些优异的性能，扩大了聚氨酯弹性体的应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚氨酯弹性体杂化材料及其制备方法，克服现有技术中使用固相反应不均匀从而导致对其性能造成影响，由于纳米材料的特性，纳米SiO₂在添加到体系中会发生部分聚集进一步导致对其性能造成影响。本发明中通过多羟基液体聚倍半硅氧烷(POSS)化学交联对材料进行改性获得，在体系中分散均匀，能够调控材料的亲疏水性。

本发明的一种聚氨酯弹性体杂化材料，按质量(或摩尔)百分比，原料组分包括多羟基聚倍半硅氧烷POSS 0.1wt％-15wt％、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI 60wt％-90wt％、扩链剂1wt％-20wt％。

所述多羟基聚倍半硅氧烷POSS结构式为：

其中R独立选自为R₁或R₂，其中R₁为