CN111363117A - 一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体及其制法 - Google Patents

一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚氨酯材料技术领域，且公开了一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，包括以下配方原料及组分：聚乳酸‑聚己内酯嵌段共聚物、聚氨酯支链预聚体、聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’‑二异氰酸基‑3,3’‑二甲基联苯、交联剂、扩链剂、催化剂。该一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，聚乳酸‑聚己内酯嵌段共聚物中的羟基与聚氨酯支链预聚体中的异氰酸酯基团进行反应，得到改性聚氨酯弹性体，聚乳酸‑聚己内酯嵌段共聚物引入聚氨酯支链中，赋予了聚氨酯良好的生物降解性，支链中的氨基甲酸酯基团和异氰酸酯基团极性和吸电子性很大，使聚氨酯主链和长支链之间形成三维氢键网络，增强了聚氨酯弹性体的拉伸强度和冲击强度。

Description

一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体及其制法
技术领域
本发明涉及聚氨酯材料技术领域，具体为一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体及其制法。
背景技术
聚氨酯是分子主链上含有较多氨基甲酸酯基官能团的一类聚合物，通过改变原料的种类及组成，可以改变产品的形态和性能，聚氨酯具有独特的软硬段嵌段共聚物的结构，赋予了其优良的机械性能，以及非常宽的硬度可调节范围，聚氨酯弹性体具有优异的弹性和缓震性能，广泛应用于减震应用领域，是其它弹性体产品所无法替代的，如人体用缓冲防护垫、鞋材底部的缓冲垫层等与人体接触较密切的应用领域，聚氨酯弹性体具有触感好，硬度低，缓震效果好等优点。
但是聚氨酯弹性体的降解性能较差，丢弃在户外很容易造成环境污染，常用的手段是在聚氨酯合成引入可降解型多元醇或者羟基可降解生物质原料，并且聚氨酯弹性体的拉伸强度和机械强度较差，限制了聚氨酯弹性体的实用性和应用范围，因此改善聚氨酯弹性体的强度和降解性能成为研究热点。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体及其制法，解决聚氨酯弹性体强度和降解性能较差的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，包括以下原料及组分：聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、聚氨酯支链预聚体、聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯、交联剂、扩链剂、催化剂，质量比为0.5-3:15-40:100:25-32:1-3:0.5-2:0.08-0.15。
优选的，所述交联剂为三羟甲基丙烷、交联剂为二羟甲基丙酸、催化剂为二月桂酸二丁基锡。
优选的，所述聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物制备方法如下所示：
(1)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂，加入ε-己内酯、4-二甲氨基吡啶作为引发剂、辛酸亚锡1作为催化剂，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至120-140℃，匀速搅拌反应4-10h，温度降至80-110℃，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯，匀速搅拌反应8-12h，将温度升至130-160℃，加入DL-丙交酯和催化剂辛酸亚锡2，匀速搅拌反应6-12h，将溶液至于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至大量沉淀析出，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物。
优选的，所述己内酯、4-二甲氨基吡啶、辛酸亚锡1、DL-丙交酯和辛酸亚锡2的质量比为100:1.6-2.2:0.15-0.2:60-100:0.12-0.18。
优选的，所述气氛反应装置包括气泵、气泵活动连接有进气阀、进气阀与进气管活动连接、进气管设置有进气孔、进气管右端固定连接有出气阀、进气管与反应室固定连接，反应室内部两侧固定连接有加热圈、反应室内部下侧固定连接有恒温搅拌器、恒温搅拌器内固定连接有搅拌轴、搅拌轴固定连接有搅拌扇片。
优选的，所述聚氨酯支链预聚体制备如下所示：
(1)向反应瓶中加入丙酮溶剂，聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至50-80℃，匀速搅拌反应2-4h，将溶液减压蒸馏除去溶剂，制备得到聚氨酯支链预聚体。
优选的，所述聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯的质量比为10:0.8-1.2。
优选的，所述高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体制备方法如下所示：
(1)向反应瓶中加入聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和催化剂二月桂酸二丁基锡，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至65-75℃，匀速搅拌反应2-4h，再加入丙酮溶剂调节反应体系粘度，温度降至40-50℃，再加入扩链剂二羟甲基丙酸，匀速搅拌反应1-3h，再加入聚氨酯支链预聚体和交联剂三羟甲基丙烷，匀速搅拌1-2h，再加入聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物，将物料减压蒸馏除去溶剂，置于双螺杆挤出机中，进行熔融共混，共混温度为170-180℃，在190-200℃挤出物料，最后通过平板硫化机热压，制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，以聚碳酸亚丙酯多元醇和4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯聚合作为聚氨酯的主链，聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯共聚作为聚氨酯支链，ε-己内酯开环自聚合形成聚己内酯，再与DL-丙交酯共聚生成聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物，嵌段共聚物中的羟基与聚氨酯支链预聚体中的异氰酸酯基团进行反应，得到改性聚氨酯弹性体，聚乳酸和聚己内酯具有优异的生物降解性，将聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物引入聚氨酯支链中，赋予了聚氨酯良好的生物降解性能，迎合绿色化学观念，符合绿色发展观和可持续发展观。
该一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物与聚氨酯支链预聚体进行聚合扩链，延长了聚氨酯弹性体的支链长度，支链中的氨基甲酸酯基团和异氰酸酯基团具有很大的极性和吸电子性，通过羰基和亚氨基的氢键化，使聚氨酯主链和长支链之间形成很强的三维氢键网络，从而增强了聚氨酯弹性体的拉伸强度和冲击强度。
附图说明
图1是气氛反应装置正面示意图；
图2是恒温搅拌器放大示意图。
1、气泵；2、进气阀；3、进气管；4、进气孔；5、出气阀；6、反应室；7、加热圈；8、恒温搅拌器；9、搅拌轴；10、搅拌扇片。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，包括以下原料及组分：聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、聚氨酯支链预聚体、聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯、交联剂三羟甲基丙烷、扩链剂二羟甲基丙酸二月桂酸二丁基锡、催化剂，质量比为0.5-3:15-40:100:25-32:1-3:0.5-2:0.08-0.15。
聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物制备方法如下所示：
(1)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂，加入ε-己内酯、4-二甲氨基吡啶作为引发剂、辛酸亚锡1作为催化剂，置于气氛反应装置中，气氛反应装置包括气泵、气泵活动连接有进气阀、进气阀与进气管活动连接、进气管设置有进气孔、进气管右端固定连接有出气阀、进气管与反应室固定连接，反应室内部两侧固定连接有加热圈、反应室内部下侧固定连接有恒温搅拌器、恒温搅拌器内固定连接有搅拌轴、搅拌轴固定连接有搅拌扇片，在氮气氛围下，加热至120-140℃，匀速搅拌反应4-10h，温度降至80-110℃，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯，匀速搅拌反应8-12h，将温度升至130-160℃，加入DL-丙交酯和催化剂辛酸亚锡2，其中己内酯、4-二甲氨基吡啶、辛酸亚锡1、DL-丙交酯和辛酸亚锡2的质量比为100:1.6-2.2:0.15-0.2:60-100:0.12-0.18，匀速搅拌反应6-12h，将溶液至于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至大量沉淀析出，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物。
聚氨酯支链预聚体制备如下所示：
(1)向反应瓶中加入丙酮溶剂，聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯，两者质量比为10:0.8-1.2，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至50-80℃，匀速搅拌反应2-4h，将溶液减压蒸馏除去溶剂，制备得到聚氨酯支链预聚体。
高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体制备方法如下所示：
(1)向反应瓶中加入聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和催化剂二月桂酸二丁基锡，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至65-75℃，匀速搅拌反应2-4h，再加入丙酮溶剂调节反应体系粘度，温度降至40-50℃，再加入扩链剂二羟甲基丙酸，匀速搅拌反应1-3h，再加入聚氨酯支链预聚体和交联剂三羟甲基丙烷，匀速搅拌1-2h，再加入聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物，将物料减压蒸馏除去溶剂，置于双螺杆挤出机中，进行熔融共混，共混温度为170-180℃，在190-200℃挤出物料，最后通过平板硫化机热压，制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体。
实施例1
(1)聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分1：向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂，加入ε-己内酯、4-二甲氨基吡啶作为引发剂、辛酸亚锡1作为催化剂，置于气氛反应装置中，气氛反应装置包括气泵、气泵活动连接有进气阀、进气阀与进气管活动连接、进气管设置有进气孔、进气管右端固定连接有出气阀、进气管与反应室固定连接，反应室内部两侧固定连接有加热圈、反应室内部下侧固定连接有恒温搅拌器、恒温搅拌器内固定连接有搅拌轴、搅拌轴固定连接有搅拌扇片，在氮气氛围下，加热至120℃，匀速搅拌反应4h，温度降至80℃，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯，匀速搅拌反应8h，将温度升至130℃，加入DL-丙交酯和催化剂辛酸亚锡2，其中己内酯、4-二甲氨基吡啶、辛酸亚锡1、DL-丙交酯和辛酸亚锡2的质量比为100:1.6:0.15:60:0.12，匀速搅拌反应6h，将溶液至于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至大量沉淀析出，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分1。
(2)制备聚氨酯支链预聚体组分1：向反应瓶中加入丙酮溶剂，聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯，两者质量比为10:0.8，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至50℃，匀速搅拌反应2h，将溶液减压蒸馏除去溶剂，制备得到聚氨酯支链预聚体组分1。
(3)制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料1：向反应瓶中加入聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和催化剂二月桂酸二丁基锡，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至65℃，匀速搅拌反应2h，再加入丙酮溶剂调节反应体系粘度，温度降至40℃，再加入扩链剂二羟甲基丙酸，匀速搅拌反应1h，再加入聚氨酯支链预聚体组分1和交联剂三羟甲基丙烷，匀速搅拌1h，再加入聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分1，其中聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分1、聚氨酯支链预聚体组分1、聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯、交联剂三羟甲基丙烷、扩链剂二羟甲基丙酸、催化剂二月桂酸二丁基锡，质量比为0.5:15:100:25:1:0.5:0.08，将物料减压蒸馏除去溶剂，置于双螺杆挤出机中，进行熔融共混，共混温度为170℃，在190℃挤出物料，最后通过平板硫化机热压，制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料1。
实施例2
(1)聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分2：向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂，加入ε-己内酯、4-二甲氨基吡啶作为引发剂、辛酸亚锡1作为催化剂，置于气氛反应装置中，气氛反应装置包括气泵、气泵活动连接有进气阀、进气阀与进气管活动连接、进气管设置有进气孔、进气管右端固定连接有出气阀、进气管与反应室固定连接，反应室内部两侧固定连接有加热圈、反应室内部下侧固定连接有恒温搅拌器、恒温搅拌器内固定连接有搅拌轴、搅拌轴固定连接有搅拌扇片，在氮气氛围下，加热至125℃，匀速搅拌反应4h，温度降至100℃，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯，匀速搅拌反应10h，将温度升至140℃，加入DL-丙交酯和催化剂辛酸亚锡2，其中己内酯、4-二甲氨基吡啶、辛酸亚锡1、DL-丙交酯和辛酸亚锡2的质量比为100:2.2:0.15:70:0.12，匀速搅拌反应12h，将溶液至于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至大量沉淀析出，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分2。
(2)制备聚氨酯支链预聚体组分2：向反应瓶中加入丙酮溶剂，聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯，两者质量比为10:0.8，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至60℃，匀速搅拌反应4h，将溶液减压蒸馏除去溶剂，制备得到聚氨酯支链预聚体组分2。
(3)制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料2：向反应瓶中加入聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和催化剂二月桂酸二丁基锡，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至75℃，匀速搅拌反应3h，再加入丙酮溶剂调节反应体系粘度，温度降至45℃，再加入扩链剂二羟甲基丙酸，匀速搅拌反应3h，再加入聚氨酯支链预聚体组分2和交联剂三羟甲基丙烷，匀速搅拌1h，再加入聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分2，其中聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分2、聚氨酯支链预聚体组分2、聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯、交联剂三羟甲基丙烷、扩链剂二羟甲基丙酸、催化剂二月桂酸二丁基锡，质量比为1:20:100:27:1.5:0.8:0.09，将物料减压蒸馏除去溶剂，置于双螺杆挤出机中，进行熔融共混，共混温度为170℃，在195℃挤出物料，最后通过平板硫化机热压，制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料2。
实施例3
(1)聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分3：向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂，加入ε-己内酯、4-二甲氨基吡啶作为引发剂、辛酸亚锡1作为催化剂，置于气氛反应装置中，气氛反应装置包括气泵、气泵活动连接有进气阀、进气阀与进气管活动连接、进气管设置有进气孔、进气管右端固定连接有出气阀、进气管与反应室固定连接，反应室内部两侧固定连接有加热圈、反应室内部下侧固定连接有恒温搅拌器、恒温搅拌器内固定连接有搅拌轴、搅拌轴固定连接有搅拌扇片，在氮气氛围下，加热至130℃，匀速搅拌反应7h，温度降至100℃，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯，匀速搅拌反应10h，将温度升至145℃，加入DL-丙交酯和催化剂辛酸亚锡2，其中己内酯、4-二甲氨基吡啶、辛酸亚锡1、DL-丙交酯和辛酸亚锡2的质量比为100:1.9:0.18:80:0.15，匀速搅拌反应10h，将溶液至于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至大量沉淀析出，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分3。
(2)制备聚氨酯支链预聚体组分3：向反应瓶中加入丙酮溶剂，聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯，两者质量比为10:1，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至65℃，匀速搅拌反应3h，将溶液减压蒸馏除去溶剂，制备得到聚氨酯支链预聚体组分3。
(3)制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料3：向反应瓶中加入聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和催化剂二月桂酸二丁基锡，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至70℃，匀速搅拌反应3h，再加入丙酮溶剂调节反应体系粘度，温度降至45℃，再加入扩链剂二羟甲基丙酸，匀速搅拌反应2h，再加入聚氨酯支链预聚体组分3和交联剂三羟甲基丙烷，匀速搅拌1.5h，再加入聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分3，其中聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分3、聚氨酯支链预聚体组分3、聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯、交联剂三羟甲基丙烷、扩链剂二羟甲基丙酸、催化剂二月桂酸二丁基锡，质量比为1.8:28:100:28:2:1.3:0.11，将物料减压蒸馏除去溶剂，置于双螺杆挤出机中，进行熔融共混，共混温度为175℃，在195℃挤出物料，最后通过平板硫化机热压，制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料3。
实施例4
(1)聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分4：向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂，加入ε-己内酯、4-二甲氨基吡啶作为引发剂、辛酸亚锡1作为催化剂，置于气氛反应装置中，气氛反应装置包括气泵、气泵活动连接有进气阀、进气阀与进气管活动连接、进气管设置有进气孔、进气管右端固定连接有出气阀、进气管与反应室固定连接，反应室内部两侧固定连接有加热圈、反应室内部下侧固定连接有恒温搅拌器、恒温搅拌器内固定连接有搅拌轴、搅拌轴固定连接有搅拌扇片，在氮气氛围下，加热至140℃，匀速搅拌反应8h，温度降至110℃，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯，匀速搅拌反应12h，将温度升至130℃，加入DL-丙交酯和催化剂辛酸亚锡2，其中己内酯、4-二甲氨基吡啶、辛酸亚锡1、DL-丙交酯和辛酸亚锡2的质量比为100:2.1:0.19:90:0.17，匀速搅拌反应12h，将溶液至于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至大量沉淀析出，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分4。
(2)制备聚氨酯支链预聚体组分4：向反应瓶中加入丙酮溶剂，聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯，两者质量比为10:1.1，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至75℃，匀速搅拌反应3h，将溶液减压蒸馏除去溶剂，制备得到聚氨酯支链预聚体组分4。
(3)制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料4：向反应瓶中加入聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和催化剂二月桂酸二丁基锡，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至75℃，匀速搅拌反应4h，再加入丙酮溶剂调节反应体系粘度，温度降至40℃，再加入扩链剂二羟甲基丙酸，匀速搅拌反应3h，再加入聚氨酯支链预聚体组分4和交联剂三羟甲基丙烷，匀速搅拌1h，再加入聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分4，其中聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分4、聚氨酯支链预聚体组分4、聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯、交联剂三羟甲基丙烷、扩链剂二羟甲基丙酸、催化剂二月桂酸二丁基锡，质量比为2.6:35:100:31:2.5:1.8:0.13，将物料减压蒸馏除去溶剂，置于双螺杆挤出机中，进行熔融共混，共混温度为175℃，在200℃挤出物料，最后通过平板硫化机热压，制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料4。
实施例5
(1)聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分5：向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂，加入ε-己内酯、4-二甲氨基吡啶作为引发剂、辛酸亚锡1作为催化剂，置于气氛反应装置中，气氛反应装置包括气泵、气泵活动连接有进气阀、进气阀与进气管活动连接、进气管设置有进气孔、进气管右端固定连接有出气阀、进气管与反应室固定连接，反应室内部两侧固定连接有加热圈、反应室内部下侧固定连接有恒温搅拌器、恒温搅拌器内固定连接有搅拌轴、搅拌轴固定连接有搅拌扇片，在氮气氛围下，加热至140℃，匀速搅拌反应10h，温度降至110℃，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯，匀速搅拌反应12h，将温度升至160℃，加入DL-丙交酯和催化剂辛酸亚锡2，其中己内酯、4-二甲氨基吡啶、辛酸亚锡1、DL-丙交酯和辛酸亚锡2的质量比为100:2.2:0.2:100:0.18，匀速搅拌反应12h，将溶液至于冰水浴中冷却，加入蒸馏水直至大量沉淀析出，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分5。
(2)制备聚氨酯支链预聚体组分5：向反应瓶中加入丙酮溶剂，聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯，两者质量比为10:1.2，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至80℃，匀速搅拌反应4h，将溶液减压蒸馏除去溶剂，制备得到聚氨酯支链预聚体组分5。
(3)制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料5：向反应瓶中加入聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和催化剂二月桂酸二丁基锡，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至75℃，匀速搅拌反应4h，再加入丙酮溶剂调节反应体系粘度，温度降至50℃，再加入扩链剂二羟甲基丙酸，匀速搅拌反应3h，再加入聚氨酯支链预聚体组分5和交联剂三羟甲基丙烷，匀速搅拌2h，再加入聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分5，其中聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物组分5、聚氨酯支链预聚体组分5、聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯、交联剂三羟甲基丙烷、扩链剂二羟甲基丙酸、催化剂二月桂酸二丁基锡，质量比为3:40:100:32:3:2:0.15，将物料减压蒸馏除去溶剂，置于双螺杆挤出机中，进行熔融共混，共混温度为180℃，在200℃挤出物料，最后通过平板硫化机热压，制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料5。
使用YAW-2000全自动压力试验机对高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体材料1-5分别进行拉伸强度测试，测试标准为GB/T 1040-1996；分别进行冲击强度测试，测试标准为GB/T 1043-1993。
Figure BDA0002486749890000111
综上所述，该一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，以聚碳酸亚丙酯多元醇和4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯聚合作为聚氨酯的主链，聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯共聚作为聚氨酯支链，ε-己内酯开环自聚合形成聚己内酯，再与DL-丙交酯共聚生成聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物，嵌段共聚物中的羟基与聚氨酯支链预聚体中的异氰酸酯基团进行反应，得到改性聚氨酯弹性体，聚乳酸和聚己内酯具有优异的生物降解性，将聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物引入聚氨酯支链中，赋予了聚氨酯良好的生物降解性能，迎合绿色化学观念，符合绿色发展观和可持续发展观。
聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物与聚氨酯支链预聚体进行聚合扩链，延长了聚氨酯弹性体的支链长度，支链中的氨基甲酸酯基团和异氰酸酯基团具有很大的极性和吸电子性，通过羰基和亚氨基的氢键化，使聚氨酯主链和长支链之间形成很强的三维氢键网络，从而增强了聚氨酯弹性体的拉伸强度和冲击强度，拉伸强度达到20.1-29.4MPa，冲击强度为44.7-56.4kJ·m-2。

Claims (8)

1.一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，包括以下原料及组分，其特征在于：聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物、聚氨酯支链预聚体、聚碳酸亚丙酯多元醇、4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯、交联剂、扩链剂、催化剂，质量比为0.5-3:15-40:100:25-32:1-3:0.5-2:0.08-0.15。
2.根据权利要求1所述的一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述交联剂为三羟甲基丙烷、交联剂为二羟甲基丙酸、催化剂为二月桂酸二丁基锡。
3.根据权利要求1所述的一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物制备方法如下所示：
(1)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入ε-己内酯、4-二甲氨基吡啶作为引发剂、辛酸亚锡1作为催化剂，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至120-140℃，反应4-10h，温度降至80-110℃，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯，反应8-12h，将温度升至130-160℃，加入DL-丙交酯和催化剂辛酸亚锡2，反应6-12h，过滤、洗涤并干燥，制备得到聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物。
4.根据权利要求3所述的一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述己内酯、4-二甲氨基吡啶、辛酸亚锡1、DL-丙交酯和辛酸亚锡2的质量比为100:1.6-2.2:0.15-0.2:60-100:0.12-0.18。
5.根据权利要求3所述的一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述气氛反应装置包括气泵、气泵活动连接有进气阀、进气阀与进气管活动连接、进气管设置有进气孔、进气管右端固定连接有出气阀、进气管与反应室固定连接，反应室内部两侧固定连接有加热圈、反应室内部下侧固定连接有恒温搅拌器、恒温搅拌器内固定连接有搅拌轴、搅拌轴固定连接有搅拌扇片。
6.根据权利要求1所述的一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述聚氨酯支链预聚体制备如下所示：
(1)向丙酮溶剂中加入聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至50-80℃，反应2-4h，除去溶剂制备得到聚氨酯支链预聚体。
7.根据权利要求6所述的一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述聚乙二醇单甲醚和异佛尔酮二异氰酸酯的质量比为10:0.8-1.2。
8.根据权利要求1所述的一种高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体制备方法如下所示：
(1)向聚碳酸亚丙酯多元醇中加入4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和催化剂二月桂酸二丁基锡，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下，加热至65-75℃，反应2-4h，再加入丙酮溶剂调节反应体系粘度，温度降至40-50℃，再加入扩链剂二羟甲基丙酸，反应1-3h，再加入聚氨酯支链预聚体和交联剂三羟甲基丙烷，匀速搅拌1-2h，再加入聚乳酸-聚己内酯嵌段共聚物，将物料除去溶剂，置于双螺杆挤出机中，进行熔融共混，共混温度为170-180℃，在190-200℃挤出物料，最后通过平板硫化机热压，制备得到高强度的可生物降解型改性聚氨酯弹性体。
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