CN109535408B - 一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料及其制备方法和应用。该含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料由以下摩尔份数计的组分制备得到：聚醚二醇1.00份、氟硅油0.05～0.10份、对苯二甲酸3.05～5.50份、低分子二醇2.00～4.30份、抗氧剂0.01～0.03份、催化剂0.01～0.02份、除水剂0.05～0.15份。该含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料软段中含有氟硅油，具有优异的耐高低温、耐摩擦和耐酸碱的特性，同时兼具普通聚酯的高拉伸强度、撕裂强度、伸长率和优异的加工性特性。

Description

一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料及其制备方法和应用。
背景技术
热塑性聚酯弹性体(TPEE)是由聚酯硬段和聚醚软段组成的嵌段共聚物；其中软段和非晶的硬段形成无定形相，硬段部分结晶形成结晶微区，起物理交联点的作用。热塑性聚酯弹性体兼具橡胶的弹性和工程塑料的强度，比橡胶具有更好的加工性能和更长的使用寿命，同样具有良好的抗化学物质、油品、溶剂和高抗撕裂强度及高耐摩擦性能的能力。
聚酯弹性体虽然具有较好的综合性能，但是耐低温、抗冲击、耐高温和耐酸碱性能较差。
专利申请号“201711453645.0”《一种耐低温冲击聚酯组合物及其制备方法》公开了一种耐低温冲击聚酯组合物及其制备方法。这种耐低温冲击聚酯组合物是由以下的原料组成：PBT树脂、POK、TPEE弹性体、MBS增韧剂、相容剂、酯交换抑制剂、抗氧剂和润滑剂。同时也公开了这种耐低温冲击聚酯组合物的制备方法。本发明的聚酯组合物比普通PBT聚酯具有更高的耐热性和抗冲性，尤其是低温抗冲性能相当突出，且保留了PBT的耐溶剂腐蚀、抗紫外线等性能特征。该发明专利通过不同特性的树脂组合及助剂的添加，以实现各个组分的优势互补。该发明专利公开的配方和工艺简单，但是物理层级的混合无法完全实现各组分的均匀分散，同时共混的高剪切力会使原料各组分的分子链被剪切断裂，很难完全实现各原料的优势。
发明专利“105602041A”《一种高硬度高弹性NBR/TPEE共混胶及制备方法》公开了一种高硬度高弹性NBR/TPEE共混胶，采用丁腈橡胶(NBR)和热塑性聚酯弹性体(TPEE)共混制备高硬度高弹性共混胶，同时采用液体的交联助剂，提高混炼胶的流动性，改善胶料的加工性能。采用该发明配方制备的共混胶具有较高的硬度，可以达到85-95邵尔A，回弹性40％-45％，具有良好的耐油性和耐高低温性能，并且胶料的加工性能较好。该发明专利通过TPEE和NBR的共混，通过TPEE提高NBR的硬度，以通过共混实现两种原料的均匀分散，提升NBR的性能。该发明专利的主体材料是NBR，TPEE在其中起到增强和取代无机填料的作用，TPEE的本身的优点被严重削弱。
发明专利“108659253A”《超低密度双组份聚氨酯鞋底原液的制备方法》公开了一种超低密度双组份聚氨酯鞋底原液的制备方法，包括以下步骤：制备分子量为1300的聚酯多元醇；制备分子量为2000的聚酯多元醇；制备A组份聚酯多元醇混合物；制备B组份异氰酸酯预聚体；制备超低密度聚氨酯鞋底原液。该发明提供的超低密度双组份聚氨酯鞋底原液所制成的聚氨酯鞋底具有超低密度、穿着舒适、耐折耐磨、外观完美、手感舒适的优点。该发明专利公开的聚氨酯材料合成方法以混合聚酯二醇为软段，配合一氟二氯乙烷和/或二甲基硅氧烷含氟或硅化合物类助剂，实现手感和外观的优化，含氟或硅化合物不参与反应，不进入大分子主链，该法仅对手感和外观有所提升，对材料的物理机械性能和耐酸碱油等介质性能几乎无益，也不能实现耐高低温和耐酸碱的的应用需求。
发明专利“103242505B”《一种热塑性含氟聚氨酯弹性体及其制备方法》公开一种由非氟大分子多元醇、全氟聚醚二元醇、小分子扩链剂和多异氰酸酯合成热塑性含氟聚氨酯弹性体的方法。相比于全氟聚醚二元醇，氟硅油的主链是-Si-O-，键长比-C-C-更长，柔顺性更好；全氟醚二醇中的氟含量高，由此合成的聚氨酯弹性体中氟含量分布集中，会造成分布不均的情况，氟硅油中氟含量低于全氟聚醚二元醇，可以较好的分散于聚酯弹性体中，性能一致性更好，物理机械性能更优。
现有聚酯弹性体相关技术实现耐高温和耐低温主要是通过物理共混实现，通过不同特性的原料组合和添加功能填料实现目标特性。聚酯弹性体中的聚醚软段耐高温和酸碱性能较差；耐高温的聚酯弹性体硬段含量很高，耐低温性能较差；无论是聚醚软段和聚酯硬段，耐酸碱降解的能力很差。现有技术中很难实现聚酯弹性体同时满足耐高低温和耐酸碱的的应用需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料，该含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料具有耐低温、耐高温、耐酸和耐碱的特点。
本发明的另一目的在于提供一种上述含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料的制备方法；该方法是将计量的聚醚二醇和氟硅油脱水，加入计量的抗氧剂和催化剂，充入干燥氮气，随后加入计量的对苯二甲酸在220～240℃下反应0.5～1小时，随后加入计量的低分子二醇在200～220℃下反应1～1.5小时，加入计量的除水剂，混合均匀，放料于四氟乙烯托盘中，在100～120℃烘箱中烘烤16～24小时，经冷却破碎后得到一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料。
本发明的再一目的在于提供一种上述含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料的应用。
本发明的目标通过下述方案实现：
一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料，该聚酯弹性体材料是由以下摩尔份数计量的原料制备得到：
Figure BDA0001874032540000041
所述聚醚二醇为分子量250～1000的聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)。PTMEG主链结构中含有大量的醚键，具有较好的低温性能和耐水解性能。
所述氟硅油为端氨基氟硅油，其官能度为2.0～2.2，分子量为1000～2000。氟硅油分子主链为-Si-O-，分子链的耐低温性能出众，侧基含有大量的含氟官能团，可以对主链形成有效地保护，具有优异的耐酸碱性能。
所述低分子二醇为乙二醇和1,4-丁二醇中的至少一种。乙二醇和1,4-丁二醇分子结构对称，合成的硬段规整度好，利于结晶，提高耐温性能和耐酸碱性能。
所述抗氧剂为Irganox 1076和Irganox 1010中的至少一种。抗氧剂可以有效避免原料中的合成过程中的原料氧化。
所述催化剂为钛酸四丁酯和醋酸镁中的至少一种。
所述除水剂为N,N'-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺。
上述的一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料的制备方法，包含以下具体步骤：
(1)将计量的聚醚二醇和氟硅油在80～100℃下真空脱水2～3小时，加入计量的抗氧剂和催化剂，充入干燥氮气，得到A组分，保温备用；
(2)将计量的对苯二甲酸加入至A组分中，升温至220～240℃，抽真空，通过氮气流量控制真空度，维持在-0.09～-0.08MPa，在速率800～1500转的搅拌条件下，反应0.5～1小时，得到B组分；
(3)将计量的低分子二醇加入到B组分中，升温至200～220℃，搅拌速率800～1500转/分钟，通入氮气，真空回流，控制出口温度110～120℃，反应1～1.5小时，加入计量的除水剂，混合均匀，放料于四氟乙烯托盘中，于100～120℃烘箱中烘烤16～24小时，经冷却破碎后得到一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料。
上述一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料具有耐低温、耐高温、耐酸和耐碱的特点。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：本发明的一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料软段中含有氟硅油，具有优异的耐高低温、耐摩擦和耐酸碱的特性，同时兼具普通聚酯的高拉伸强度、撕裂强度、伸长率和优异的加工性特性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料的制备方法
(1)将250g PTMEG(Mn＝250)和50g氟硅油(Mn＝250)在80～100℃下真空脱水2～3小时，加入5.31gIrganox 1076抗氧剂和3.40g钛酸四丁酯催化剂，充入干燥氮气，得到A组分，保温备用；
(2)将506.70g对苯二甲酸加入至A组分中，升温至220～240℃，抽真空，通过氮气流量控制真空度，维持在-0.09～-0.08MPa，在速率800～1500转的搅拌条件下，反应0.5～1小时，得到B组分；
(3)将121.60g乙二醇加入到B组分中，升温至200～220℃，搅拌速率800～1500转/分钟，通入氮气，真空回流，控制出口温度110～120℃，反应1～1.5小时，加入18.13gN,N'-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺除水剂，混合均匀，放料于四氟乙烯托盘中，于100～120℃烘箱中烘烤16～24小时，经冷却破碎后得到一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料。
上述一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料具有耐低温、耐高温、耐酸和耐碱的特点。
实施例2：一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料的制备方法
(1)将250g PTMEG(Mn＝250)和50g氟硅油(Mn＝250)在80～100℃下真空脱水2～3小时，加入10.62gIrganox 1076抗氧剂和6.81g钛酸四丁酯催化剂，充入干燥氮气，得到A组分，保温备用；
(2)将506.70g对苯二甲酸加入至A组分中，升温至220～240℃，抽真空，通过氮气流量控制真空度，维持在-0.09～-0.08MPa，在速率800～1500转的搅拌条件下，反应0.5～1小时，得到B组分；
(3)将121.60g乙二醇加入到B组分中，升温至200～220℃，搅拌速率800～1500转/分钟，通入氮气，真空回流，控制出口温度110～120℃，反应1～1.5小时，加入36.26gN,N'-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺除水剂，混合均匀，放料于四氟乙烯托盘中，于100～120℃烘箱中烘烤16～24小时，经冷却破碎后得到一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料。
上述一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料具有耐低温、耐高温、耐酸和耐碱的特点。
实施例3：一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料的制备方法
(1)将250g PTMEG(Mn＝250)和50g氟硅油(Mn＝250)在80～100℃下真空脱水2～3小时，加入35.33gIrganox 1010抗氧剂和2.85g醋酸镁催化剂，充入干燥氮气，得到A组分，保温备用；
(2)将506.70g对苯二甲酸加入至A组分中，升温至220～240℃，抽真空，通过氮气流量控制真空度，维持在-0.09～-0.08MPa，在速率800～1500转的搅拌条件下，反应0.5～1小时，得到B组分；
(3)将121.60g乙二醇加入到B组分中，升温至200～220℃，搅拌速率800～1500转/分钟，通入氮气，真空回流，控制出口温度110～120℃，反应1～1.5小时，加入54.38gN,N'-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺除水剂，混合均匀，放料于四氟乙烯托盘中，于100～120℃烘箱中烘烤16～24小时，经冷却破碎后得到一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料。
上述一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料具有耐低温、耐高温、耐酸和耐碱的特点。
实施例4：一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料的制备方法
(1)将250g PTMEG(Mn＝250)和50g氟硅油(Mn＝250)在80～100℃下真空脱水2～3小时，加入23.55gIrganox 1010抗氧剂和1.42g醋酸镁催化剂，充入干燥氮气，得到A组分，保温备用；
(2)将506.70g对苯二甲酸加入至A组分中，升温至220～240℃，抽真空，通过氮气流量控制真空度，维持在-0.09～-0.08MPa，在速率800～1500转的搅拌条件下，过程反应0.5～1小时，得到B组分；
(3)将121.60g乙二醇加入到B组分中，升温至200～220℃，搅拌速率800～1500转/分钟，通入氮气，真空回流，控制出口温度110～120℃，反应1～1.5小时，加入36.26gN,N'-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺除水剂，混合均匀，放料于四氟乙烯托盘中，于100～120℃烘箱中烘烤16～24小时，经冷却破碎后得到一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料。
上述一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料具有耐低温、耐高温、耐酸和耐碱的特点。
对实施例1～4制备得到的一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料进行性能测试，结果见表1所示。
表1一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料的物性参数
Figure BDA0001874032540000081
Figure BDA0001874032540000091
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料，其特征在于：该聚酯弹性体材料是由以下摩尔份数计量的原料制备得到：
Figure FDA0003011556130000011
所述氟硅油为端氨基氟硅油，其官能度为2.0～2.2，分子量为1000～2000。
2.根据权利要求1所述的一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料，其特征在于：所述聚醚二醇为分子量250～1000的聚四亚甲基醚二醇。
3.根据权利要求1所述的一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料，其特征在于：所述低分子二醇为乙二醇和1,4-丁二醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料，其特征在于：所述抗氧剂为Irganox1076和Irganox1010中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料，其特征在于：所述催化剂为钛酸四丁酯和醋酸镁中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料，其特征在于：所述除水剂为N,N'-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料的制备方法，其特征在于包含以下具体步骤：
(1)将计量的聚醚二醇和氟硅油在80～100℃下真空脱水2～3小时，加入计量的抗氧剂和催化剂，充入干燥氮气，得到A组分，保温备用；
(2)将计量的对苯二甲酸加入至A组分中，升温至220～240℃，抽真空，通过氮气流量控制真空度，维持在-0.09～-0.08MPa，在速率800～1500转的搅拌条件下，反应0.5～1小时，得到B组分；
(3)将计量的低分子二醇加入到B组分中，升温至200～220℃，搅拌速率800～1500转/分钟，通入氮气，真空回流，控制出口温度110～120℃，反应1～1.5小时，加入计量的除水剂，混合均匀，放料于四氟乙烯托盘中，于100～120℃烘箱中烘烤16～24小时，经冷却破碎后得到一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料。
8.根据权利要求1～6任一项所述的一种含氟硅的热塑性聚酯弹性体材料在密封件、通讯器材、汽车以及航空航天橡塑制品中的应用。
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