一種聚氨酯彈性體複合材料及其製備方法
2023-06-16 00:15:41
專利名稱：一種聚氨酯彈性體複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉彈性體及複合材料製備領域，具體涉及一種聚氨酯彈性體複合材料及其製備方法。
背景技術：
聚氨酯是一類應用廣泛的聚合物材料，其高性能研究包括在逐步聚合過程中調節其分子鏈結構和加入有機無機填料。通常在聚氨酯中引入無機填料不能同時增強和增韌， 在強度提高的同時其彈性斷裂伸長率會下降。近年來，隨著聚合物/納米複合材料研究的發展，人們希望利用納米粒子曾江增強聚氨酯來同時達到增強和增韌的目的。現有技術中公開了一種以惰性氣體發泡的聚氨酯微孔彈性體的製造方法，現有技術中還公開了聚氨酯微孔彈性體的生產方法，通過採用延遲性叔胺催化劑，優化產品的物理機械性能。但是這些方法都採用普通材料對聚氨酯微孔彈性體進行改性，所製得的聚氨酯彈性體的拉伸模量偏低、材料泡孔均勻性差，不能滿足國防領域等特殊場合的應用。
發明內容
本發明的所要解決的技術問題是提供一種聚氨酯彈性體複合材料及其製備方法， 該方法製得的產品在保持其強度不下降的情況下，其彈性斷裂伸長率有較大幅度的提高。本發明的技術方案是一種聚氨酯彈性體複合材料，各組分的質量百分比為
聚醚多元醇50-70% ；
異氰酸酯5-30%;
納米四氮化矽粉體1-3% ；
擴鏈劑3-10% ；
催化劑0. 2-1% ；
溶劑5-15% ；
N，N-二甲基甲醯胺8-13%。
在本發明一個較佳實施例中，所述的聚醚多元醇為分子量為2000-3000的聚氧化丙烯醚多元醇或聚四氫呋喃多元醇。在本發明一個較佳實施例中，所述的異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯。在本發明一個較佳實施例中，所述的異佛爾酮二異氰酸酯中-NCO基的含量為 37. 5%，其質量分數為30-40%。在本發明一個較佳實施例中，所述的擴鏈劑為1.4-丁二醇、2，3-丁二醇、二甘醇、 甘油、三羥甲基丙烷、山梨醇、乙二胺中的一種或多種。在本發明一個較佳實施例中，所述的催化劑為辛酸亞錫或二月桂酸二丁錫。在本發明一個較佳實施例中，所述的溶劑為丙酮、乙醇或乙酸乙酯中的一種。本發明還公開了一種聚氨酯彈性體複合材料的製備方法，包括以下步驟
(1)按質量百分比加入聚醚多元醇和異氰酸酯，水浴加熱到90°c，攪拌，滴加催化劑，保溫反應2-池，得預聚體；
(2)將預聚體加入到溶劑中，攪拌，然後冰水中冷卻至0-5°C，繼續攪拌0.5-lh，將納米四氮化矽粉體加入到N，N-二甲基甲醯胺中，超聲分散10-15min，然後將納米四氮化矽粉體的N，N-二甲基甲醯胺溶液與預聚體的溶液混合，0-5°C高速攪拌1分鐘，滴加擴鏈劑，繼續高速攪拌10-1 ，然後迅速把攪拌後的混合物澆注到模具中；
(3)紅外燈烘烤除去溶劑，固化成膜，室溫放置3-4天，放入烘箱中40°C烘乾至無N， N-二甲基甲醯胺殘留，冷卻脫模，得到聚氨酯彈性體複合材料。由於採取上述技術方案，本發明的有益效果為本發明使聚氨酯彈性體複合材料在韌性基本不下降的前提下，拉伸模量有較大幅度的提高。本發明的製備方法簡單，易於操作。
具體實施例方式下面對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護範圍做出更為清楚明確的界定。 實施例1
分子量2000的聚氧化丙烯醚多元醇50% ；
質量分數為30%的異佛爾酮二異氰酸酯30%;
納米四氮化矽粉體1% ；
1. 4- 丁二醇3% ；
辛酸亞錫0. 2% ；
丙酮5% ；
N，N-二甲基甲醯胺10.8%。(1)按質量百分比加入分子量2000的聚氧化丙烯醚多元醇和質量分數為30%的異佛爾酮二異氰酸酯，水浴加熱到90°C，攪拌，滴加辛酸亞錫，保溫反應池，得預聚體；
(2)將預聚體加入到丙酮中，攪拌，然後冰水中冷卻至0-5°C，繼續攪拌0.證，將納米四氮化矽粉體加入到N，N- 二甲基甲醯胺中，超聲分散lOmin，然後將納米四氮化矽粉體的N， N-二甲基甲醯胺溶液與預聚體的溶液混合，0-5°C高速攪拌1分鐘，滴加1.4-丁二醇，繼續高速攪拌10-1 ，然後迅速把攪拌後的混合物澆注到模具中；
(3)紅外燈烘烤除去丙酮，固化成膜，室溫放置3天，放入烘箱中40°C烘乾至無N，N-二甲基甲醯胺殘留，冷卻脫模，得到聚氨酯彈性體複合材料，所製備的材料的密度為0. 78g/ cm3，硬度(紹爾A)為84，拉伸強度為2. 25Mpa，拉伸模量為22. 7Mpa，斷裂伸長率為52%。其中，所述的異佛爾酮二異氰酸酯中-NCO基的含量為37. 5%。 實施例2
分子量3000的聚氧化丙烯醚多元醇50% ； 質量分數為35%的異佛爾酮二異氰酸酯 25%;
納米四氮化矽粉體1% ；
二甘醇4% ；
辛酸亞錫0. 5% ；
丙酮7% ；N，N-二甲基甲醯胺12.5%。(1)按質量百分比加入分子量3000的聚氧化丙烯醚多元醇和質量分數為35%的異佛爾酮二異氰酸酯，水浴加熱到90°C，攪拌，滴加辛酸亞錫，保溫反應池，得預聚體；
(2)將預聚體加入到丙酮中，攪拌，然後冰水中冷卻至0-5°C，繼續攪拌0.5-lh，將納米四氮化矽粉體加入到N，N-二甲基甲醯胺中，超聲分散12min，然後將納米四氮化矽粉體的 N，N-二甲基甲醯胺溶液與預聚體的溶液混合，0-5°C高速攪拌1分鐘，滴加二甘醇，繼續高速攪拌10-1 ，然後迅速把攪拌後的混合物澆注到模具中；
(3)紅外燈烘烤除去丙酮，固化成膜，室溫放置3天，放入烘箱中40°C烘乾至無N，N-二甲基甲醯胺殘留，冷卻脫模，得到聚氨酯彈性體複合材料，所製備的材料的密度為0. 80g/ cm3，硬度(紹爾A)為87，拉伸強度為2. 34Mpa，拉伸模量為23. OMpa，斷裂伸長率為50%。其中，所述的異佛爾酮二異氰酸酯中-NCO基的含量為37. 5%。 實施例3
分子量2000的聚四氫呋喃多元醇60% ； 質量分數為37%的異佛爾酮二異氰酸酯 10%; 納米四氮化矽粉體 2、； 三羥甲基丙烷 7%; 二月桂酸二丁錫 0.5%;
乙醇9. 5% ； N，N-二甲基甲醯胺 11%。(1)按質量百分比加入分子量2000的聚四氫呋喃多元醇和質量分數為37%的異佛爾酮二異氰酸酯，水浴加熱到90°C，攪拌，滴加二月桂酸二丁錫，保溫反應3h，得預聚體；
(2)將預聚體加入到乙醇中，攪拌，然後冰水中冷卻至0-5°C，繼續攪拌0.5-lh，將納米四氮化矽粉體加入到N，N-二甲基甲醯胺中，超聲分散15min，然後將納米四氮化矽粉體的 N，N-二甲基甲醯胺溶液與預聚體的溶液混合，0-5°C高速攪拌1分鐘，滴加三羥甲基丙烷， 繼續高速攪拌10-1 ，然後迅速把攪拌後的混合物澆注到模具中；
(3)紅外燈烘烤除去乙醇，固化成膜，室溫放置4天，放入烘箱中40°C烘乾至無N，N-二甲基甲醯胺殘留，冷卻脫模，得到聚氨酯彈性體複合材料，所製備的材料的密度為0. 74g/ cm3，硬度(紹爾A)為77，拉伸強度為2. 21Mpa，拉伸模量為22. 4Mpa，斷裂伸長率為51%。其中，所述的異佛爾酮二異氰酸酯中-NCO基的含量為37. 5%。 實施例4
分子量3000的聚四氫呋喃多元醇70% ；
質量分數為40%的異佛爾酮二異氰酸酯5%;
納米四氮化矽粉體3% ；
乙二胺3% ；
二月桂酸二丁錫1%;
乙酸乙酯10% ；
N，N-二甲基甲醯胺8%。 (1)按質量百分比加入分子量3000的聚四氫呋喃多元醇和質量分數為40%的異佛爾酮二異氰酸酯，水浴加熱到90°C，攪拌，滴加二月桂酸二丁錫，保溫反應3h，得預聚體；(2)將預聚體加入到乙酸乙酯中，攪拌，然後冰水中冷卻至0-5°C，繼續攪拌0.5-lh，將納米四氮化矽粉體加入到N，N-二甲基甲醯胺中，超聲分散15min，然後將納米四氮化矽粉體的N，N-二甲基甲醯胺溶液與預聚體的溶液混合，0-5°C高速攪拌1分鐘，滴加乙二胺，繼續高速攪拌10-1 ，然後迅速把攪拌後的混合物澆注到模具中；
(3)紅外燈烘烤除去乙酸乙酯，固化成膜，室溫放置4天，放入烘箱中40°C烘乾至無 N, N-二甲基甲醯胺殘留，冷卻脫模，得到聚氨酯彈性體複合材料，所製備的材料的密度為 0. 84g/cm3,硬度(紹爾A)為89，拉伸強度為2. 36Mpa,拉伸模量為23. 4Mpa,斷裂伸長率為 55%。其中，所述的異佛爾酮二異氰酸酯中-NCO基的含量為37. 5%。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本領域的技術人員在本發明所揭露的技術範圍內，可不經過創造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書所限定的保護範圍為準。
權利要求
1.種聚氨酯彈性體複合材料，其特徵在於各組分的質量百分比為聚醚多元醇異氰酸酯納米四氮化矽粉體擴鏈劑催化劑溶劑N，N-二甲基甲醯胺50-70% ； 5-30%; 1-3% ； 3-10% ； 0. 2-1% ； 5-15% ； 8-13%ο
2.根據權利要求1所述的聚氨酯彈性體複合材料，其特徵在於，所述的聚醚多元醇為分子量為2000-3000的聚氧化丙烯醚多元醇或聚四氫呋喃多元醇。
3.根據權利要求1所述的聚氨酯彈性體複合材料，其特徵在於，所述的異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯。
4.根據權利要求3所述的聚氨酯彈性體複合材料，其特徵在於，所述的異佛爾酮二異氰酸酯中-NCO基的含量為37. 5%，其質量分數為30-40%。
5.根據權利要求1所述的聚氨酯彈性體複合材料，其特徵在於，所述的擴鏈劑為 1.4-丁二醇、2，3_ 丁二醇、二甘醇、甘油、三羥甲基丙烷、山梨醇、乙二胺中的一種或多種。
6.根據權利要求1所述的聚氨酯彈性體複合材料，其特徵在於，所述的催化劑為辛酸亞錫或二月桂酸二丁錫。
7.根據權利要求1所述的聚氨酯彈性體複合材料，其特徵在於，所述的溶劑為丙酮、乙醇或乙酸乙酯中的一種。
8.一種聚氨酯彈性體複合材料的製備方法，其特徵在於所述的方法包括以下步驟(1)按質量百分比加入聚醚多元醇和異氰酸酯，水浴加熱到90°C，攪拌，滴加催化劑，保溫反應2-池，得預聚體；(2)將預聚體加入到溶劑中，攪拌，然後冰水中冷卻至0-5°C，繼續攪拌0.5-lh，將納米四氮化矽粉體加入到N，N-二甲基甲醯胺中，超聲分散10-15min，然後將納米四氮化矽粉體的N，N-二甲基甲醯胺溶液與預聚體的溶液混合，0-5°C高速攪拌1分鐘，滴加擴鏈劑，繼續高速攪拌10-1 ，然後迅速把攪拌後的混合物澆注到模具中；(3)紅外燈烘烤除去溶劑，固化成膜，室溫放置3-4天，放入烘箱中40°C烘乾至無N， N-二甲基甲醯胺殘留，冷卻脫模，得到聚氨酯彈性體複合材料。
全文摘要
本發明涉及一種聚氨酯彈性體複合材料及其製備方法，配方包括聚醚多元醇50-70%、異氰酸酯5-30%、納米四氮化矽粉體1-3%、擴鏈劑3-10%、催化劑0.2-1%、溶劑5-15%、N，N-二甲基甲醯胺8-15%；製備方法包括先加入聚醚多元醇和異氰酸酯，加熱，攪拌，滴加催化劑，保溫反應得預聚體；將預聚體加入到溶劑中，攪拌，冷卻，將納米四氮化矽粉體加入到N，N-二甲基甲醯胺中，超聲分散，以上兩種組分混合，攪拌，滴加擴鏈劑，繼續攪拌，澆注到模具中，烘烤，固化成膜，室溫放置，烘乾，冷卻脫模，得聚氨酯彈性體複合材料。本發明製得的產品在保持其強度不下降的情況下，其彈性斷裂伸長率有較大幅度的提高。
文檔編號C08G18/10GK102432803SQ20111029179
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者顧丹 申請人:常熟市星源金屬塗層廠