CN113980224B - 针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂及其制法 - Google Patents

针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂，此相容剂的一端含有异氰酸根基团，另一端含有环氧基团，并且链段上含有氨基甲酸酯基团。本发明还公开了其制备方法：将聚乙二醇在真空下干燥；称取二异氰酸酯加入到装有甲苯的烧瓶中，随后加入聚乙二醇，升温反应，得到由异氰酸根封端的预聚物；将体系温度降温至室温，称取双酚A型环氧树脂稀释在甲苯中，搅拌升温，同时加入二月硅酸二丁基锡，反应结束后，将溶液干燥。将适量此相容剂加入到热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系中可明显提高体系的相容性，添加适量此相容剂相比于未添加时制备出的热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混物的力学性能得到大幅度提升。

Description

针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂及其制法
技术领域
本发明属于聚合物共混改性的增容研究领域，尤其涉及一种针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的迅速发展，各个领域对于聚合物材料性能的要求也千变万化，一些传统聚合物在某些性能上已无法满足使用要求，通过研发新的聚合物材料是解决问题的一种方法，但是其成本高、研发周期长很难迅速产业化。相较而言，通过熔融共混的方法将几种现有的聚合物材料进行共混，可以实现不同聚合物之间的性能互补，得到性能优异的聚合物共混材料，同时这种方法成本较低且研发周期短可以迅速实现产业化。此种方法所具有的优势使得它在许多行业领域得到了广泛应用，研究人员对各种聚合物共混物体系的研究也日益广泛。
热塑性聚氨酯和聚酰胺是两类传统的聚合物材料，他们性能优异，在许多领域都有所应用，但是他们也存在一些缺点，无法满足某些产品的性能要求，限制了他们的应用，将他们共混可以针对性地改善他们一些性能，得到综合性能优异的热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混物。目前国内外针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系的研究十分广泛，热塑性聚氨酯可以作为聚酰胺类聚合物的改性剂，来提高其力学性能，同时聚酰胺类聚合物也可以影响热塑性聚氨酯的链段结构，改善它的某些性能。但是这两类聚合物间的相容性是有限的，将他们简单熔融共混后得到的共混物因为他们之间的低相容性往往很难满足预期使用要求，因此需要对该体系进行增容，加入相容剂法就是一种常用的提高聚合物共混物相容性的高效且实用的方法。对于热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系，目前应用较多的是非反应型相容剂，但是其用量较多，效果较低，成本较高。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系的相容剂及其制备方法，此种方法制备出的相容剂带有活泼的异氰酸酯基团和环氧基团，可以明显改善热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系的相容性，进而制备出性能优异的热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混物，是一种极具应用价值与发展前景的反应型相容剂。
技术方案：本发明的针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂，所述相容剂的一端含有异氰酸根基团，另一端含有环氧基团，并且链段上含有氨基甲酸酯基团。
进一步地，所述相容剂的化学通式为：
Figure BDA0003390737240000021
进一步地，所述相容剂可与热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系所含一些官能团发生反应，提高该体系的相容性。
本发明提出在制备热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混物时，为了提高热塑性聚氨酯与聚酰胺类聚合物之间的相容性，提高其中一相在另一相中的分散性，减少或避免其中一相在另一相中产生团聚现象，需对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系增容，制备出高效的反应型相容剂加入该到体系中，即制备一端由异氰酸根基团封端而另一端由环氧基团封端的聚氨酯作为相容剂，该相容剂既具有可与聚酰胺类聚合物的酰胺基团、羟基发生反应的环氧基团，又具有可与热塑性聚氨酯上的氨基甲酸酯基团形成氢键的异氰酸根基团，同时该相容剂上具有氨基甲酸酯基团与热塑性聚氨酯有较好的亲和性。该相容剂可大大提高热塑性聚氨酯与聚酰胺类聚合物之间的界面结合力，提高他们之间的相容性，将此种相容剂加入到热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系中可制备具有优异综合性能的热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混物。
此种相容剂的制备方法为：
(1)将聚乙二醇在真空下干燥，去除水分；
(2)称取二异氰酸酯加入到装有甲苯，并配有回流冷凝管、搅拌装置和通有氮气的烧瓶中，随后称取聚乙二醇加入到该烧瓶中，将体系升温并反应，得到由异氰酸根封端的预聚物；
(3)将体系温度降温至室温，称取双酚A型环氧树脂稀释在甲苯中，随后将该溶液转移到反应体系中搅拌，将体系升温后，同时加入多元醇质量分数为0.1％-0.3％的二月硅酸二丁基锡，继续反应；其中二异氰酸酯：聚乙二醇：双酚A型环氧树脂的摩尔比为2：1：1；
(4)反应结束后，将溶液干燥以完全除去溶剂。
进一步地，步骤(1)中，所述聚乙二醇的重均分子量为1000-4000。
进一步地，步骤(1)中，所述干燥为在真空下100-120℃下干燥2-4h。
进一步地，步骤(2)中，所述体系升温并反应具体为将体系升温至75-95℃，并在此温度下反应3-5h。
进一步地，步骤(3)中，所述搅拌的时间为0.5-1h，体系升温至60-80℃。
进一步地，步骤(4)中，所述干燥具体为溶液在70-90℃下干燥8-12h，最后在真空下70-90℃干燥8-12h。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
通过溶液聚合法制备带有环氧基团和异氰酸根基团的相容剂，可以大大改善热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系的相容性，且此种方法具有设计科学合理、合成过程简单、生产成本低廉和没有副产物产生的优点。此外此相容剂加入到热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系中，可以大大改善其中一相在另一相中的分散性，制备出的共混物具有优异的综合性能，这对制备出具有低成本高性能的热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混物具有重要意义。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
反应前将重均分子量为4000的聚乙二醇在真空下100-120℃下干燥2-4h，以除去水分。首先称取甲苯二异氰酸酯加入到装有甲苯，并配有回流冷凝管、搅拌装置和通有氮气的烧瓶中，随后称取聚乙二醇加入到该烧瓶中，将体系升温至75-95℃，并在此温度下反应3-5h。将体系降至室温，称取双酚A型环氧树脂稀释在甲苯中，随后将其转移到反应体系中搅拌0.5-1h，随后将体系升温至60-80℃，同时加入多元醇质量分数为0.1％-0.3％的二月硅酸二丁基锡，继续反应3-5h，其中甲苯二异氰酸酯：聚乙二醇：双酚A型环氧树脂的摩尔比为2：1：1。反应结束后，将溶液在70-90℃下干燥8-12h，最后在真空下70-90℃干燥8-12h得到相容剂。将该相容剂3.2份，热塑性聚氨酯弹性体80份，聚酰胺6树脂20份加入到转矩流变仪中共混5min，得到共混物，随后共混物置于注塑机中注塑为标准测试样条。该共混物的拉伸强度达到27.8MPa，断裂伸长率达到482.79％。
实施例2
反应前将重均分子量为2000的聚乙二醇在真空下100-120℃下干燥2-4h，以除去水分。首先称取二苯甲烷二异氰酸酯加入到装有甲苯，并配有回流冷凝管、搅拌装置和通有氮气的烧瓶中，随后称取聚乙二醇加入到该烧瓶中，将体系升温至75-95℃，并在此温度下反应3-5h。将体系降至室温，称取双酚A型环氧树脂稀释在甲苯中，随后将其转移到反应体系中搅拌0.5-1h，随后将体系升温至60-80℃，同时加入多元醇质量分数为0.1％-0.3％的二月硅酸二丁基锡，继续反应3-5h，其中二苯甲烷二异氰酸酯：聚乙二醇：双酚A型环氧树脂的摩尔比为2：1：1。反应结束后，将溶液在70-90℃下干燥8-12h，最后在真空下70-90℃干燥8-12h得到相容剂。将该相容剂3.2份，热塑性聚氨酯弹性体80份，聚酰胺11树脂20份加入到转矩流变仪中共混5min，得到共混物，随后共混物置于注塑机中注塑为标准测试样条。该共混物的拉伸强度达到32.6MPa，断裂伸长率达到446.32％。
实施例3
反应前将重均分子量为2000的聚乙二醇在真空下100-120℃下干燥2-4h，以除去水分。首先称取六亚甲基二异氰酸酯加入到装有甲苯，并配有回流冷凝管、搅拌装置和通有氮气的烧瓶中，随后称取聚乙二醇加入到该烧瓶中，将体系升温至75-95℃，并在此温度下反应3-5h。将体系降至室温，称取双酚A型环氧树脂稀释在甲苯中，随后将其转移到反应体系中搅拌0.5-1h，随后将体系升温至60-80℃，同时加入多元醇质量分数为0.1％-0.3％的二月硅酸二丁基锡，继续反应3-5h，其中六亚甲基二异氰酸酯：聚乙二醇：双酚A型环氧树脂的摩尔比为2：1：1。反应结束后，将溶液在70-90℃下干燥8-12h，最后在真空下70-90℃干燥8-12h得到相容剂。将该相容剂3.2份，热塑性聚氨酯弹性体80份，聚酰胺1212树脂20份加入到转矩流变仪中共混5min，得到共混物，随后共混物置于注塑机中注塑为标准测试样条。该共混物的拉伸强度达到37.0MPa，断裂伸长率达到650.79％。
实施例4
反应前将重均分子量为1000的聚乙二醇在真空下100-120℃下干燥2-4h，以除去水分。首先称取二苯甲烷二异氰酸酯加入到装有甲苯，并配有回流冷凝管、搅拌装置和通有氮气的烧瓶中，随后称取聚乙二醇加入到该烧瓶中，将体系升温至75-95℃，并在此温度下反应3-5h。将体系降至室温，称取双酚A型环氧树脂稀释在甲苯中，随后将其转移到反应体系中搅拌0.5-1h，随后将体系升温至60-80℃，同时加入多元醇质量分数为0.1％-0.3％的二月硅酸二丁基锡，继续反应3-5h，其中二苯甲烷二异氰酸酯：聚乙二醇：双酚A型环氧树脂的摩尔比为2：1：1。反应结束后，将溶液在70-90℃下干燥8-12h，最后在真空下70-90℃干燥8-12h得到相容剂。将该相容剂4份，热塑性聚氨酯弹性体20份，聚酰胺1010树脂80份加入到转矩流变仪中共混5min，得到共混物，随后共混物置于注塑机中注塑为标准测试样条。该共混物的拉伸强度达到33MPa，断裂伸长率达到127.79％。
实施例5
反应前将重均分子量为1000的聚乙二醇在真空下100-120℃下干燥2-4h，以除去水分。首先称取六亚甲基二异氰酸酯加入到装有甲苯，并配有回流冷凝管、搅拌装置和通有氮气的烧瓶中，随后称取聚乙二醇加入到该烧瓶中，将体系升温至75-95℃，并在此温度下反应3-5h。将体系降至室温，称取双酚A型环氧树脂稀释在甲苯中，随后将其转移到反应体系中搅拌0.5-1h，随后将体系升温至60-80℃，同时加入多元醇质量分数为0.1％-0.3％的二月硅酸二丁基锡，继续反应3-5h，其中六亚甲基二异氰酸酯：聚乙二醇：双酚A型环氧树脂的摩尔比为2：1：1。反应结束后，将溶液在70-90℃下干燥8-12h，最后在真空下70-90℃干燥8-12h得到相容剂。将该相容剂3.2份，热塑性聚氨酯弹性体80份，聚醚嵌段酰胺弹性体20份加入到转矩流变仪中共混5min，得到共混物，随后共混物置于注塑机中注塑为标准测试样条。该共混物的拉伸强度达到26.8MPa，断裂伸长率达到814.06％。
通过溶液聚合法制备出带有环氧基团和异氰酸根基团的相容剂，随后采用熔融共混法分别制备出添加此相容剂和不添加此相容剂的热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混物，通过拉伸试验得到它们的拉伸强度和断裂伸长率，试验结果显示添加适量此相容剂相比于未添加时制备出的热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混物的拉伸强度和断裂伸长率得到大幅度提升，力学性能得到明显改善。

Claims (7)

1.一种针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂，其特征在于，所述相容剂的一端含有异氰酸根基团，另一端含有环氧基团，并且链段上含有氨基甲酸酯基团；
所述相容剂的化学通式为：
所述相容剂可与热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物共混体系所含一些官能团发生反应，提高该体系的相容性。
2.一种权利要求1所述的针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚乙二醇在真空下干燥，去除水分；
(2)称取二异氰酸酯加入到装有甲苯，并配有回流冷凝管、搅拌装置和通有氮气的烧瓶中，随后称取聚乙二醇加入到该烧瓶中，将体系升温并反应，得到由异氰酸根封端的预聚物；
(3)将体系温度降温至室温，称取双酚A型环氧树脂稀释在甲苯中，随后将该溶液转移到反应体系中搅拌，将体系升温后，同时加入多元醇质量分数为0.1％-0.3％的二月硅酸二丁基锡，继续反应；其中二异氰酸酯：聚乙二醇：双酚A型环氧树脂的摩尔比为2：1：1；
(4)反应结束后，将溶液干燥以完全除去溶剂。
3.根据权利要求2所述的针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚乙二醇的重均分子量为1000-4000。
4.根据权利要求2所述的针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述干燥为在真空下100-120℃下干燥2-4h。
5.根据权利要求2所述的针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述体系升温并反应具体为将体系升温至75-95℃，并在此温度下反应3-5h。
6.根据权利要求2所述的针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述搅拌的时间为0.5-1h，体系升温至60-80℃。
7.根据权利要求2所述的针对热塑性聚氨酯/聚酰胺类聚合物合金相容剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述干燥具体为溶液在70-90℃下干燥8-12h，最后在真空下70-90℃干燥8-12h。
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