[发明专利]一种低压缩永久变形的PPDI基聚氨酯弹性体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低压缩永久变形的PPDI基聚氨酯弹性体及其制备方法。本发明通过有机多元醇与PPDI反应得到NCO含量为2％‑9％的异氰酸酯基封端的预聚物，然后该预聚物与质量分数为30％‑60％小分子二醇扩链剂和40％‑70％的小分子三醇交联剂混合物反应，生产一种力学性能较好(拉伸强度>10MPa)且压缩永久变形较低(70℃×72h压缩永久变形＜8％)的浇注型PPDI基聚氨酯弹性体。该弹性体特别适用于需承受压缩力及要求具有减震功能的特定医用领域。

技术领域

本发明涉及一种浇注型聚氨酯弹性体及制备方法，具体涉及一种低压缩永久变形的以对苯二异氰酸酯(PPDI)为异氰酸酯组份的浇注型聚氨酯弹性体及其制备方法。

背景技术

聚氨酯材料是指主链中含有重复的氨基甲酸酯链段的一类高分子，由软段和硬段嵌段而成。软段通常由低聚物多元醇构成,而硬段通常由二异氰酸酯和小分子扩链剂组成，软硬段极性存在差异、热力学不相容，通常会形成微相分离结构。聚氨酯材料的性能不仅与化学结构相关，也与微相分离程度有关。

聚氨酯材料存在多种产品形态，如塑料、弹性体、涂料、浆料、粘合剂、密封胶、纤维、合成革等。聚氨酯弹性体是很重要的一大类，其原料品种繁多，配方多种多样，性能可调范围非常宽。聚氨酯弹性体依据是否添加发泡剂可分为发泡类聚氨酯弹性体(如聚氨酯微孔弹性体)和非发泡类聚氨酯弹性体；依制备方法不同可分为热塑型、浇注型、混炼型、反应注射型和水性聚氨酯等。

近年来，聚氨酯弹性体在生物医用领域越来越引起人们的关注。聚氨酯弹性体因其生物相容性优异，力学性能可调并具有良好的耐磨性和耐久性，目前已被广泛应用生物医学领域，如人工心脏瓣膜、人工血管、人工软骨、人工肺、各种夹板、烧伤敷料、齿科材料以及计划生育用品等。其中在医疗中使用的聚氨酯弹性体主要是非发泡类弹性体。目前已经商品化的医用级聚氨酯主要是热塑性聚氨酯(TPU)，均为二元醇、二异氰酸酯和扩链剂组成的线性聚合物。在某些特定医用应用领域或应用条件下(如承受压缩力且要求具有减震功能的软骨或骨科填充材料)，要求聚氨酯弹性体具备比较低的压缩永久变形。因为聚氨酯弹性体经过压缩应力作用，应力卸除后，有一部分形变是无法恢复的，称为压缩永久变形。当压缩永久变形达到一定值时，聚氨酯弹性体就无法有效起到设定的功能(如减震、支撑、密封等)，使其使用价值降低甚至失效。

TPU因其是一种线性嵌段聚合物以及结晶度不高，分子链压缩过程中会产生不可逆的滑动变形，通常其压缩永久变形较高。有对TPU物理或化学改性降低压缩永久变形的报道，但因受限于线性结构，压缩永久变形降低效果有限。如专利CN 103709721A通过在TPU中加入经硅烷类偶联剂包覆改性的纳米二氧化钛的方法，专利CN102532464A通过引入一定量官能度大于2的短链醇的方法，均制备了低压缩永久变形热塑性弹性体，但其压缩永久变形最低均仍在20％左右。

聚氨酯弹性体的压缩永久变形受很多因素影响，不同的原料品种、配方以及不同的制备工艺，压缩永久变形相差很大。在非医用领域如汽车减震或电子印刷领域，有通过特定原料结构设计或配方设计，降低压缩永久变形的报道。如专利CN102336999A采用甲苯二异氰酸酯(TDI)和胺当量为50-350的三胺，制备了耐压缩永久形和低硬度性优异的热固性聚氨酯树脂组合物及聚氨酯弹性体成型品，但压缩永久变形最低为30％；专利US4546167通过预聚物法制备了压缩永久变形＜40％性能较好的对四亚甲基二甲苯二异氰酸酯(P-TMXDI)基的聚氨酯弹性体，但压缩永久变形最低为22％；专利US6248856B1、专利US6277943B1及专利CN100528921C分别通过一步法、室温固化法和预聚物法，均得到了压缩永久变形<10％的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)基聚氨酯弹性体。而学术研究已表明MDI在体内可降解产生可强烈致癌、可诱导基因突变物质4,4'-2甲撑二苯胺(MDA)，因此在医用领域，特别是体内植入材料中，使用MDI基聚氨酯弹性体具有很高的风险性。

基于此，试图找出一种具有低压缩永久变形的非MDI基的且具有良好力学性能聚氨酯弹性体材料，试图解决上述问题。