CN114479430B - 一种聚氨酯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚氨酯组合物及其制备方法，该聚氨酯组合物由以下重量份的组分制备而成：聚酯多元醇100份，纳米磁粉100‑600份，钛酸酯偶联剂4‑10份，扩链剂25‑35份，异氰酸酯60‑80份，抗氧剂1‑2份；所述钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TC‑WT与钛酸酯偶联剂TC‑114的混合物。本发明选用钛酸酯偶联剂TC‑WT与钛酸酯偶联剂TC‑114进行复配，对200‑300nm磁粉进行了处理后，可以明显增加磁粉与聚氨酯基体的结合能力，明显提高聚氨酯组合物的力学性能及磁性能。

Description

一种聚氨酯组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种聚氨酯组合物材料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯(PU)，全名为聚氨基甲酸酯，是一种高分子化合物。1937年由奥托·拜耳等制出此物。聚氨酯有聚酯型和聚醚型二大类。他们可制成聚氨酯塑料、聚氨酯纤维(中国称为氨纶)、聚氨酯橡胶及弹性体。
软质聚氨酯主要是具有热塑性的线性结构，它比PVC发泡材料有更好的稳定性、耐化学性、回弹性和力学性能，具有更小的压缩变型性。隔热、隔音、抗震、防毒性能良好。因此用作包装、隔音、过滤材料。硬质聚氨酯塑料质轻、隔音、绝热性能优越、耐化学药品，电性能好，易加工，吸水率低。它主要用于建筑、汽车、航空工业、保温隔热的结构材料。聚氨酯弹性体性能介于塑料和橡胶之间，耐油，耐磨，耐低温，耐老化，硬度高，有弹性。主要用于制鞋工业和医疗业。聚氨酯还可以制作粘合剂、涂料、合成革等。
聚氨酯出现于20世纪30年代，经过近八十年的技术发展，该种材料已经广泛应用于家居领域、建筑领域、日用品领域、交通领域、家电领域等。
然而，聚氨酯硬度差、没有磁性。在磁性塑料应用领域，聚氨酯需要进一步提升这些性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚氨酯组合物材料及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种聚氨酯组合物，由以下重量份的组分制备而成：
所述钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的混合物；进一步优选的，所述钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的混合质量比为1:1。
进一步方案，所述聚酯多元醇为聚己内酯三元醇。
进一步方案，所述纳米磁粉为球形四氧化三铁，粒径为200-300nm。
进一步方案，本发明中采用的扩链剂可以是本领域中的常规选择，扩链剂优选丙二醇。
进一步方案，本发明中采用的异氰酸酯可以是本领域中的常规选择，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)。
进一步方案，本发明中采用的抗氧剂可以是本领域中的常规选择，所述抗氧剂优先选用抗氧剂1010。
本发明还公开了上述所述的聚氨酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114进行混合得到钛酸酯偶联剂，取4-10份钛酸酯偶联剂均匀喷洒至100-600份纳米磁粉表面，得到处理后的纳米磁粉；
(2)将上述处理后的纳米磁粉、100份聚酯多元醇、25-35份扩链剂，60-80份异氰酸酯、1-2份抗氧剂混合均匀，用高压注射机注入模具，注射压力为40-60MPa，注射温度为45-50℃，模具温度为100-110℃，10-30分钟后脱模，模具内聚酯多元醇和异氰酸酯进行聚合反应生成聚氨酯，脱模后制备得到聚氨酯组合物。
尤为重要的，普通注射工艺的注射压力为5-20MPa，本发明利用高压注射机在40-60MPa的高注射压力下进行注射，这是因为纳米磁粉含量高，需要较高的压力才能保证注射质量。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明选用钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114按质量比1：1进行复配，对200-300nm磁粉进行了处理后，聚氨酯组合物力学性能及磁性有了较为明显的增长。其技术效果优于同尺寸片状纳米磁粉、其他粒径球状的磁粉。
本发明选用钛酸酯偶联剂TC-WT、钛酸酯偶联剂TC-114进行1：1复配，可以明显增加磁粉与聚氨酯基体的结合能力，明显提高聚氨酯组合物的力学性能及磁性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例及对比例所有原料均为市售。其中：实施例1-5中纳米磁粉为球形四氧化三铁，平均粒径为250nm；聚酯多元醇为聚己内酯三元醇，摩尔质量为830g/mol，羟值(KOH-mg/g)为203±5，供应商为湖南聚仁化工新材料科技有限公司PCL-3000；钛酸酯偶联剂TC-WT、钛酸酯偶联剂TC-114、钛酸酯偶联剂LK-105，供应商均为天长市天辰化工助剂油料厂；扩链剂为丙二醇，供应商为湖北鑫润德化工有限公司；异氰酸酯为TDI，抗氧剂为抗氧剂1010，TDI和抗氧剂1010的供应商为德国巴斯夫公司。
实施例1-4中，钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的按质量比1：1进行复配的混合物。上述试剂只是为了说明本发明实验时所采用的试剂来源和成分，以便充分公开，并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本发明。
实施例1
(1)将8份钛酸酯偶联剂于60℃均匀喷洒于500份纳米磁粉表面，制备得到处理后的纳米磁粉；
(2)将上述处理后的纳米磁粉、100份聚酯多元醇、20份扩链剂、80份异氰酸酯、2份抗氧剂混合均匀，用高压注射机注入模具，注射压力60MPa，注射温度为50℃，模具温度110℃，30分钟后脱模，制备得到成品。
实施例2
(1)将10份钛酸酯偶联剂于50℃均匀喷洒于200份纳米磁粉表面，制备得到处理后的纳米磁粉；
(2)将上述处理后的纳米磁粉、100份聚酯多元醇、25份扩链剂、80份异氰酸酯、2份抗氧剂混合均匀，用高压注射机注入模具，注射压力60MPa，注射温度为45℃，模具温度100℃，10分钟后脱模，制备得到成品。
实施例3
(1)将4份钛酸酯偶联剂于50℃均匀喷洒于100份纳米磁粉表面，制备得到处理后的纳米磁粉；
(2)将上述处理后的纳米磁粉、100份聚酯多元醇、35份扩链剂、70份异氰酸酯、1份抗氧剂混合均匀，用高压注射机注入模具，注射压力40MPa，注射温度为45℃，模具温度100℃，20分钟后脱模，制备得到成品。
实施例4
(1)将5份钛酸酯偶联剂于55℃均匀喷洒于300份纳米磁粉表面，制备得到处理后的纳米磁粉；
(2)将上述处理后的纳米磁粉、100份聚酯多元醇、35份扩链剂、65份异氰酸酯、2份抗氧剂混合均匀，用高压注射机注入模具，注射压力55MPa，注射温度为50℃，模具温度110℃，20分钟后脱模，制备得到成品。
对比例1
本对比例中偶联剂为偶联剂TC-WT，等量替换实施例4中钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的复配物，其他工艺参数均相同。
对比例2
本对比例中偶联剂为偶联剂TC-114，等量替换实施例4中钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的复配物，其他工艺参数均相同。
对比例3
本对比例中偶联剂为钛酸酯偶联剂LK-105，等量替换实施例4中钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的复配物，其他工艺参数均相同。
对比例4
本对比例中偶联剂为偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂LK-105按质量比1：1复配，等量替换实施例4中钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的复配物，其他工艺参数均相同。
对比例5
本对比例中偶联剂为偶联剂TC-114与钛酸酯偶联剂LK-105按质量比1：1复配，等量替换实施例4中钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的复配物，其他工艺参数均相同。
对比例6
本对比例中偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，等量替换实施例4中钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的复配物，其他工艺参数均相同。
对比例7
本对比例中纳米磁粉为片状四氧化三铁，平均长度为250nm；用于等量替换实施例4中纳米磁粉，其他工艺参数均相同。
对比例8
本对比例中纳米磁粉为球状四氧化三铁，平均粒径为500nm；用于等量替换实施例4中纳米磁粉，其他工艺参数均相同。
对比例9
本对比例中纳米磁粉为球状四氧化三铁，平均粒径为150nm；用于等量替换实施例4中纳米磁粉，其他工艺参数均相同。
对比例10
本对比例中纳米磁粉为球状四氧化三铁，平均粒径为50nm；用于等量替换实施例4中纳米磁粉，其他工艺参数均相同。
对比例11
本对比例中注射压力为20MPa，其他工艺参数与实施例4均相同。
由于压力较低，本对比例产品会出现缺料、气泡等缺陷。
对比例12
对比例中注射压力为80MPa，其他工艺参数与实施例4均相同。
由于压力过高，产品制件出现飞边、烧焦、气泡等缺陷。
本发明拉伸强度按标准ASTM D638进行测试，测试用样条为哑铃型，其尺寸(长度×宽度×厚度)为170mm×13mm×3.2mm；拉伸速度为5mm/min。
简支梁缺口冲击强度按标准ASTM D6110-2018进行测试，测试用样条尺寸(长度×宽度×厚度)为127mm×13mm×3.2mm，V型缺口，缺口深度为1/5。
饱和磁化强度按标准ASTM A894/A894M-2011进行测试，测试样品为测试标准中的球形样品。·
检测结果如表1所示：
表1各实施例和对比例制得的产品的性能测试结果
通过上表可以看出，本发明选用钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114按质量比1：1进行复配，对200-300nm磁粉进行了处理后，聚氨酯组合物力学性能及磁性有了较为明显的增长。其技术效果优于同尺寸片状纳米磁粉、其他粒径球状的磁粉。
本发明选用钛酸酯偶联剂TC-WT、钛酸酯偶联剂TC-114进行1：1复配，可以明显增加磁粉与聚氨酯基体的结合能力，明显提高聚氨酯组合物的力学性能及磁性能。
这些实施例仅用于说明本发明而不应该限制本发明的范围。此外，在阅读了本发明所述内容之后，本领域技术人员对本发明做各种等价形式的改动或修改，这些等价形式同样属于本申请的权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种聚氨酯组合物，其特征在于：由以下重量份的组分制备而成：
聚酯多元醇100份，
纳米磁粉100-600份，
钛酸酯偶联剂4-10份，
扩链剂25-35份，
异氰酸酯60-80份，
抗氧剂1-2份；
所述钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的混合物；所述钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114的混合质量比为1:1；
所述纳米磁粉为球形四氧化三铁，粒径为200-300nm；
所述聚氨酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114进行混合得到钛酸酯偶联剂，取4-10份钛酸酯偶联剂均匀喷洒至100-600份纳米磁粉表面，得到处理后的纳米磁粉；
（2）将上述处理后的纳米磁粉、100份聚酯多元醇、25-35份扩链剂，60-80份异氰酸酯、1-2份抗氧剂混合均匀，用高压注射机注入模具，注射压力为40-60MPa，注射温度为45-50℃，模具温度为100-110℃，10-30分钟后脱模，制备得到成品。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于：所述聚酯多元醇为聚己内酯三元醇。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于：所述扩链剂为丙二醇。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于：所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010。
6.如权利要求1至5任一项所述的聚氨酯组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将钛酸酯偶联剂TC-WT与钛酸酯偶联剂TC-114进行混合得到钛酸酯偶联剂，取4-10份钛酸酯偶联剂均匀喷洒至100-600份纳米磁粉表面，得到处理后的纳米磁粉；
（2）将上述处理后的纳米磁粉、100份聚酯多元醇、25-35份扩链剂，60-80份异氰酸酯、1-2份抗氧剂混合均匀，用高压注射机注入模具，注射压力为40-60MPa，注射温度为45-50℃，模具温度为100-110℃，10-30分钟后脱模，制备得到成品。
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