[发明专利]一种低硬度高强度低压变的聚氨酯弹性体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热固型聚氨酯弹性体及制备方法，具体涉及一种低硬度、高强度、低压缩永久变形的热固型聚氨酯弹性体及其制备方法。

背景技术

聚氨酯弹性体是主链上含有较多的氨基甲酸酯基团的一类高分子前段共聚物，具有独特的软硬段嵌段共聚物的结构。由于其具有优异的力学性能、硬度可调范围宽、耐磨损性等诸多优异的性能，在汽车、铁路、航空领域等领域有着重要的应用，特别是在生物医疗领域，聚氨酯弹性体由于具有良好的生物稳定性和生物安全性，占据着非常重要的地位。

按软段的结构聚氨酯可分为聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯和聚碳酸酯型聚氨酯。聚酯型聚氨酯具有较优异的力学性能，但其不耐水解，其制品在使用过程中特别是在与水接触的环境中，容易降解，造成性能下降。聚醚型聚氨酯具有优异的耐降解性能，其作为一类可植入性的高分子材料在生物领域如人工心脏、人工血管、心脏起搏器等领域有着非常广泛的应用，但其力学性能相对较低，而且在氧自由基的作用下已发生氧化降解、导致应力开裂，从而丧失性能。聚碳酸酯型聚氨酯是目前综合性能较为优异的一类弹性体材料，与前两种类型的聚氨酯相比，聚碳酸酯型聚氨酯具有更好的力学性能及良好的耐降解性，但采用聚碳酸酯型聚氨酯制备的产品的硬度较高，在对要求材料硬度较小的应用领域中，这类聚氨酯受到一定的限制。

作为弹性体材料，聚氨酯弹性体在实际应用中，往往要承受各种各样的载荷作用，对于这类长期使用的承受载荷的弹性体材料，除具备良好的弹性及优异的力学性能外，往往还需要具有较低的压缩永久变形及稳定性能。在生物医疗领域，对于植入性弹性体医用材料，还要具备良好的耐水解性和生物稳定性。对于不同的应用领域，对弹性体材料的硬度的要求也有较大的差异。因此，开发一种具有优异的力学性能、较低的压缩永久变形、良好的耐降解性能的能够满足较宽硬度范围要求的高性能聚氨酯弹性体材料具有重要的意义。

聚氨酯的性能可以通过软硬段的比例、二异氰酸酯和二醇类的种类、扩链剂等方面进行调节。目前诸多研究也在通过一些方法进行高性能聚氨酯弹性体材料的开发，但很难让材料满足同时具有优异的力学性能、较低的压缩永久变形、良好的耐降解性能的能够满足较宽硬度范围要求。

中国专利CN102336888A公开了一种由TDI异氰酸酯基封端的预聚物和胺当量为50-350的三胺制备的一种耐压缩永久变形及低硬度性能优异的热固性聚氨酯树脂组合物及聚氨酯弹性体成型品。其具有较低的硬度(JIS-A 43-69)，但压缩永久变形较大(30％-47％)。中国专利CN100528921C用聚氧化丙烯二醇和单独的4-4’-二苯甲烷二异氰酸酯或含至少65wt％4-4’-二苯甲烷二异氰酸酯的多亚甲基多苯基多异氰酸酯制备了预聚物，用羟基数为2到3的聚氧化烯多元醇作为固化剂，制备了一种低硬度热固性聚氨酯弹性体，其硬度很低(JIS-A 10-40)、压缩永久变形优异(<3％)，但拉伸强度很低(1.0-4.1MPa)。中国专利CN101982479B公开了一种由TODI和大分子多元醇、二胺扩链剂和三官能度小分子醇扩链剂制备的浇注型聚氨酯弹性体，其具有较高的拉伸强度(42-56MPa)、压缩永久变形优异(<8％)，但硬度较高(邵A 94±4)。

此外，在浇注型聚氨酯弹性体的制备过程中，对于一些体系，存在扩链速度过快、粘度较高、扩链剂/交联剂等加入体系后不易混合均匀的问题，导致最终得到的聚氨酯弹性体的性能较差，在通过结构调整来开发高性能聚氨酯弹性体材料方面受到一定的限制。

基于目前聚氨酯弹性体材料开发过程中的问题、材料的性能现状以及市场对高性能的聚氨酯弹性体材料的需求情况，本发明提出了一种具有优异的综合力学性能、较低的压缩永久变形、较宽硬度范围内可调、具有优异的耐降解性的聚氨酯弹性体材料及制备方法，此类方法也有效解决了部分体系扩链速度过快、粘度较高、扩链剂/交联剂等加入体系后不易混合均匀的问题。

发明内容

基于目前的制备技术很难实现聚氨酯弹性体材料同时具备优异的力学性能、较低的压缩永久变形、优异的耐降解性能、较宽硬度范围内可调等性能，本发明提供了一种热固性聚氨酯弹性体及其制备方法，该材料具有较低硬度(硬度<邵A 90)、高强度(拉伸强度>30MPa)和低压变(压缩永久变形<10％)、优异的耐降解性能、较低硬度(硬度<邵A90)的特点，可广泛应用于各种领域特别是长期使用的承受载荷弹性体元件。