CN105062039A - 一种耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料及其制备方法，包括下列重量百分比的组分：1）多异氰酸酯20-40份；2）多元醇30-70份；3）扩链剂5-10份；4）抗氧剂0.2-1份；5）光稳定剂0.1-2份；6）聚酰亚胺粉末0.1-10份。制备工艺如下：第一步，将20-40份的多异氰酸酯、30-70份的多元醇、0.2-1份的抗氧剂、0.1-2份的受阻胺类光稳定剂、0.1-10份的聚酰亚胺粉末放在混料器中于70-90℃下充分搅拌10-30分钟；第二步，将5-10份的扩链剂与预聚物混合后迅速搅拌，倒入模具压制成型；第三步，将聚氨酯弹性体复合材料放入烘箱后熟化得聚氨酯复合材料成品。本发明的聚氨酯弹性体复合，在不降低材料力学性能的基础上增加材料整体耐温性的效果，工艺简单，降低成本，有利于批量生产。

Description

一种耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料的制备方法，属于聚合物制备技术领域。

背景技术

根据加工方法的不同，聚氨酯弹性体一般可分为热塑性聚氨酯弹性体（TPU）、浇注型聚氨酯弹性体（CPU）和混炼型聚氨酯弹性体（MPU）。其中，浇注型聚氨酯弹性体是聚氨酯弹性体中应用最广、产量最大的一种；而且其具有优良的机械性能、简便的加工工艺，由其所制备的材料硬度可调等优点。

CPU是一种目前应用范围较为广泛的合成材料，广泛应用于轻工、车辆、土木建筑、机电、船舶和航空等领域。但是由于其耐热性差，易燃，并且在高温下容易发生分解，使机械性能急剧下降，一般情况下它的长期使用温度不能超过80℃，短期使用温度不能超过120℃，这大大限制了它的应用范围。

聚氨酯纳米复合材料的力学特性、热学特性、光学特性、电学特性、磁学特性、催化特性、敏感等特性宏观上表现优良。聚氨酯与纳米材料的协同效应，可以使聚氨酯纳米复合材料具备良好的导电、吸波、抗静电、阻燃、抗紫外、生物相容、杀菌等诸多性能。

目前，用于制备聚氨酯纳米复合材料的纳米无机粒子有很多。主要有蒙脱土、二氧化硅、炭纳米管、二氧化钛等纳米粒子。但是纳米无机粒子却有个很大的缺点，就是极易发生团聚以致难以在基体中分散均匀，这就严重影响纳米复合材料的性能。因此，其缺点是需要对纳米粒子进行表面处理，才能得到效果较好的聚氨酯复合材料，这样便使得生产工艺复杂，成本提高，不利于大批量生产。

发明内容

针对以上聚氨酯材料存在的缺点，本发明利用耐温性能优异的有机高分子聚酰亚胺粉末作为填料进行聚氨酯弹性体复合，提供一种耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料及其制备方法，达到在不降低材料力学性能的基础上增加材料整体耐温性的效果。

一种耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料，其特征在于，包括下列重量百分比的组分：

1）多异氰酸酯20-40份

2）多元醇30-70份

3）扩链剂5-10份

4）抗氧剂0.2-1份

5）光稳定剂0.1-2份

6）聚酰亚胺粉末0.1-10份

各个组分具体选自下列物质：

1）多异氰酸酯：2,6-甲苯二异氰酸酯（TDI）；4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）；3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯（IPDI）；多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)

2）多元醇：聚碳酸酯二醇（PCDL）；聚己内酯二醇（PCL）；聚乙二醇1000；聚乙二醇2000。

3）扩链剂：3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷（MOCA）；1，4一丁二醇(BDO)；乙二胺(DA)；氢醌一二(β一羟乙基)醚(HQEE)。

4）抗氧剂：β-（4-羟基-3,5-二叔丁基苯基）丙酸正十八碳醇酯和二[（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸]季戊四醇酯；对苯二胺；二氢喹啉；2，6-三级丁基-4-甲基苯酚，双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚。

5）光稳定剂：受阻胺类光稳定剂；苯并三唑类；三嗪类；二苯甲酮类光稳定剂。

6）聚酰亚胺粉末：双马来酰亚胺或热塑性聚酰亚胺。

制备工艺如下：

第一步，将20-40份的多异氰酸酯、30-70份的多元醇、0.2-1份的抗氧剂、0.1-2份的光稳定剂、0.1-10份的聚酰亚胺粉末放在混料器中于70-90℃下充分搅拌10-30分钟；

第二步，将5-10份的扩链剂与预聚物混合后迅速搅拌，倒入模具压制成型；

第三步，将聚氨酯弹性体复合材料放入烘箱后熟化得聚氨酯复合材料成品。

有益效果：

针对现有聚氨酯材料存在的缺点，本发明利用耐温性能优异的有机高分子聚酰亚胺粉末作为填料进行聚氨酯弹性体复合，从而达到在不降低材料力学性能的基础上增加材料整体耐温性的效果。这样便使得工艺简单化，进而降低成本，有利于批量生产。

相对于现有技术，本发明通过选择结构规整的2,6-甲苯二异氰酸酯（TDI）和3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷，并选择聚碳酸酯二醇（PCDL）作为聚合物多元醇，提高了聚氨酯弹性体的耐热性能；并且，通过添加有机聚酰亚胺粉末为填料，可以在保证聚氨酯弹性体综合性能不下降的前提下，有效地增加聚氨酯弹性体的耐热性能、机械性能及抗老化性能。因为聚酰亚胺其独特的化学结构可与聚氨酯分子主链产生氢键化作用，从而增加其与聚氨酯基体的相容性，另外其优异的耐温性使得复合材料的综合耐温性得到提高。本发明的聚氨酯弹性体基体采用预聚体法合成，操作简单，效率高，可以用于大规模的工业化生产。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料及其制备方法，包括以下步骤：

第一步，将30份的2,6-甲苯二异氰酸酯、60份的聚碳酸酯二元醇、1份的抗氧剂、0.5份的受阻胺类光稳定剂、2份的聚酰亚胺粉末放在混料器中于70-90℃下充分搅拌10-30分钟。

第二步，将6.5份的扩链剂与预聚物混合后迅速搅拌，倒入模具压制成型；

第三步，将聚氨酯弹性体复合材料放入烘箱后熟化得耐热性聚氨酯弹性体复合材料成品。

实施例2：

本实施例提供的一种耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将35份的2,6-甲苯二异氰酸酯、55份的聚碳酸酯二元醇、1份的抗氧剂、0.5份的受阻胺类光稳定剂、1.5份的聚酰亚胺粉末放在混料器中于70-90℃下充分搅拌10-30分钟。

第二步，将7份的扩链剂与预聚物混合后迅速搅拌，倒入模具压制成型；

第三步，将聚氨酯弹性体复合材料放入烘箱后熟化得耐热性聚氨酯弹性体复合材料成品。

产品性能测试：

使用德国NETZSCH-TG209型热分解仪表征实施例1，2制备的聚氨酯弹性体复合材料的耐热性，测试条件为：在N₂气氛下，以10℃min的速度从室温升至800℃。结果表明，与未改性的聚氨酯相比，本发明的聚氨酯材料的最快分解温度高出了约10℃，这表明经过聚酰亚胺改性后，聚氨酯弹性体的耐热性得到了提高。

测试100℃下实施例1，2制备的聚氨酯弹性体复合材料的力学性能：采用橡塑邵氏A硬度计测试实施例1，2制备的耐热性聚氨酯弹性体复合材料的硬度，采用AL-7000M型万能材料拉伸机测试实施例1，2制备的聚氨酯弹性体复合材料的拉伸强度，同时采用该万能材料拉伸机测试实施例1，2制备的耐热性聚氨酯弹性体复合材料的撕裂强度。所得结果见表1。

由表1可以看出：采用本发明的方法制备的聚氨酯弹性体有着优异的力学性能。

实施例1，2制备的聚氨酯弹性体的力学性能

实施例1，2制备的聚氨酯弹性体的热性能

组别	TG最快分解℃
		纯聚氨酯	292.86
实施例1	301.76
		实施例2	303.13

Claims (3)

1.一种耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料，其特征在于，包括下列重量份数比组分：

1）多异氰酸酯20-40份

2）多元醇30-70份

3）扩链剂5-10份

4）抗氧剂0.2-1份

5）光稳定剂0.1-2份

6）聚酰亚胺粉末0.1-10份。

2.根据权利要求1所述的耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料，其特征在于，各个组分具体选自下列物质中的一种：

1）多异氰酸酯：2,6-甲苯二异氰酸酯（TDI）；4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）；3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯（IPDI）；多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)

2）多元醇：聚碳酸酯二醇（PCDL）；聚己内酯二醇（PCL）；聚乙二醇1000；聚乙二醇2000；

3）扩链剂：3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷（MOCA）；1，4一丁二醇(BDO)；乙二胺(DA)；氢醌一二(β一羟乙基)醚(HQEE)；

4）抗氧剂：β-（4-羟基-3,5-二叔丁基苯基）丙酸正十八碳醇酯和二[（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸]季戊四醇酯；对苯二胺；二氢喹啉；2，6-三级丁基-4-甲基苯酚，双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚；

5）光稳定剂：受阻胺类光稳定剂；苯并三唑类；三嗪类；二苯甲酮类光稳定剂；

6）聚酰亚胺粉末：双马来酰亚胺或热塑性聚酰亚胺。

3.制备耐热性聚氨酯聚酰亚胺复合材料的方法，其特征在于，制备工艺如下：

第一步，将20-40份的多异氰酸酯、30-70份的多元醇、0.2-1份的抗氧剂、0.1-2份的光稳定剂、0.1-10份的聚酰亚胺粉末放在混料器中于70-90℃下充分搅拌10-30分钟；

第二步，将5-10份的扩链剂与预聚物混合后迅速搅拌，倒入模具压制成型；

第三步，将聚氨酯弹性体复合材料放入烘箱后熟化得聚氨酯复合材料成品。