[发明专利]一种无损聚氨酯材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无损聚氨酯材料的制备方法，属于功能高分子材料的制备与改性领域。

背景技术

聚氨酯（PU）是一种分子链中含有氨酯基团的大分子材料，按其中分子链的交联与否可将其分为热塑性聚氨酯（TPU）及交联型聚氨酯（CPU）。一般而言，聚氨酯主要由多元醇、异氰酸酯及小分子扩链剂经逐步加成聚合而得。通过控制异氰酸酯与羟基的摩尔配比可获得兼具优异力学性能及优良弹性、耐磨性的功能高分子材料，此类材料已广泛应用于汽车零部件、粘接剂、建筑装潢、合成革、航空航天技术等领域。

由聚氨酯的聚合反应机理可知，聚氨酯大分子的生成必然伴随有多元醇、异氰酸酯及小分子扩链剂的使用。而以上三种化学原材料的价格都非常昂贵，特别是其中的异氰酸酯。以4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）为例，其目前的市场售价均在2.5万/吨以上，且国内也仅有诸如山东烟台万华股份有限公司这样的少数单位能规模生产该化学品，其产量完全不能满足国内巨大的市场需求，仍需要从德国拜尔等公司大量进口。上述原因导致了聚氨酯成品高昂的价格，以聚醚型聚氨酯为例，其市场售价均在4~5万/吨，严重阻碍了其在民用等领域的大规模应用。主要是因为其高昂的价格使很多企业望而怯步，在相关领域的使用和改性过程中选择了性能相对较差但价格较便宜的弹性体来代替聚氨酯。

正是由于意识到了上述缺陷，人们在聚氨酯材料的实际使用过程中往往也通过外加一些诸如碳酸钙、滑石粉、硫酸钡等这样的无机填料来达到降低原材料成本的目的，但遗憾的是此类无机填料的加入量非常有限。当加入量超过一定值后，聚氨酯材料的力学性能将有明显的损伤，已不能满足相关领域的使用要求。因为此类无机填料仅仅是通过简单的偶联剂处理甚至根本不进行表面处理即加入到聚氨酯中，其间的分子间作用力非常有限，且填料的加入势必对聚氨酯大分子的空间排布情况造成显著影响。当复合材料受到外界某一作用力时，如果外界作用力远远大于无机粒子与聚氨酯大分子间的分子间作用力，那么填料的加入将致使聚氨酯大分子间自身的范德华作用力减弱，从而导致聚氨酯材料自身的力学性能下降。

针对目前聚氨酯材料的上述缺陷，开发一种价格适中且又对聚氨酯本体的综合力学性能无显著影响的无损型聚氨酯材料十分必要，对聚氨酯材料的功能化和应用领域的扩大有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足而提出的一种无损聚氨酯材料的制备方法，其特点是将具有低成本的无机或热固性有机填料进行活化，使其表面具有丰富的羟基或氨基基团。再在催化剂条件下，把这种富含羟基或氨基基团的活性无机或热固性有机粒子与多元醇及异氰酸酯进行聚氨酯的扩链反应，获得对聚氨酯本体力学性能无损伤的无损型聚氨酯材料。

本发明的目的有以下技术措施实现，其中原料份数除特殊说明外均为质量份数。

无损聚氨酯材料的制备方法：

1. 一种无损聚氨酯材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1) 在处理剂中将无机或热固性有机填料于25~90℃条件下进行表面羟基或氨基化处理，以获得表面富含羟基或氨基的活性填料；

(2) 在催化剂用量为0~1%质量比条件下，将上述活性填料与多元醇、异氰酸酯及有机小分子扩链剂在0~90℃条件下按质量比0~50:50~200: 0~100:0~10进行扩链反应1~8小时，即可获得无损聚氨酯材料；

2. 制备方法中所述的处理剂为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸缩水甘油醚、丙烯酰胺、氢氧化钠-高锰酸钾-双氧水混合溶液中的至少一种；

3. 制备方法中所述的无机填料为碳酸钙、炭黑、二氧化硅、二氧化钛、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝、蒙脱土、云母粉、滑石粉、硫酸钡、硅藻土中的至少一种；

4. 制备方法中所述的热固性有机填料为密胺树脂粉、脲醛树脂粉、酚醛树脂粉、环氧树脂粉、橡胶粉、交联聚乙烯粉、交联聚氨酯粉中的至少一种；

5. 制备方法中所述的催化剂为二丁基二月桂酸锡、二乙胺中的至少一种；

6. 制备方法中所述的多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇、蓖麻油、含羟基大豆油、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚对苯二甲酸二甘醇酯二醇中的至少一种；

7. 制备方法中所述的异氰酸酯为2, 4-二异氰酸酯基甲苯(TDI)、4, 4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、多苯基多异氰酸酯(PAPI)、脂肪族二异氰酸酯(HDI)、脂环族二异氰酸酯(IPDI)中的至少一种；