[发明专利]一种制备聚氨酯-聚异氰脲酸酯薄膜梯度材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备聚氨酯‑聚异氰脲酸酯薄膜梯度材料的方法，该方法以芳香族二异氰酸酯、低聚物二醇为原料，有机锡、苏丹蓝为催化剂，通过氨酯形成反应和多环三聚反应制得聚氨酯‑聚异氰脲酸酯交联网络，然后将含有反应物和催化剂的溶液倒入疏水性模具上固化得到此类薄膜。本发明配比不同的反应混合物溶液浇注到一个水平疏水表面上，可以使所制得的梯度薄膜一个表面弹性模量高，而另一个表面弹性模量低，在薄膜厚度方向上弹性模量从一个表面到另一个表面呈现梯度变化，且不存在界面，宏观表现出所制备的薄膜沿厚度方向上从软橡胶到硬塑料梯度变化，能够克服塑料薄膜的脆性、易碎性，也能够解决橡胶薄膜弹性模量随应变的变化而变化的特性。

技术领域

本发明涉及一种制备聚氨酯-聚异氰脲酸酯薄膜梯度材料的方法，属于薄膜材料制备领域。

背景技术

人们对梯度材料的合成和性能研究是从金属和合金开始的，最早是由于航空航天领域发展的需要，日本科学家于1984年正式提出了功能梯度材料这一概念，以解决航天飞机发动机燃烧室器壁一侧须承受大于2000℃高温，另一侧需承受超低温液氢冷却这个问题。功能梯度材料基本思想是根据具体的使用要求，选择两种具有不同性能的材料，通过连续地改变两种材料的组成、结构或结合形式等，使复合材料的内部界面消失，从而得到功能相应于组成和结构的变化而缓变的非均质材料，以减少和克服结合部的性能不匹配因素。该材料的显著特征是组分结构及物性参数在一维、二维或三维方向上都呈连续变化，并且材料的综合性能在相应方向上也呈连续变化，这就使得梯度材料能更好的适应不同环境以满足某些特殊的需要。

梯度材料这一概念引入聚合物领域只有短短二十多年时间，近年来聚合物梯度材料(PGM)发展十分迅速。PGM没有如双层材料明显的界面，它们具有连续变化的组成，其展现出卓越的抵抗接触变形和损伤以及银纹扩展的能力为人所熟，特别是PGM的松弛性能与其它聚合物相比明显不同。在这种情况下，杨氏模量的周期性变化可阻碍银纹扩展。因此，PGM是不容易受径向应力的影响，这是它与双层材料相比主要的优点。这个现象也可以解释PGM中耗散应力的提高。具体而言，应力/应变的实验反应了使用PGM可以增强断裂应变并改善振动阻尼特性。

聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料之间的高分子合成材料，是一种软硬段结构交替构成的嵌段聚合物，其中软段在室温下处于高弹态，可以产生很大的拉伸变形，而硬段为软段的伸长和变形提供节点。作为一种很好的制膜材料，其膜的开发与研究越来越受到重视，应用的领域也逐步扩大。但纯聚氨酯膜由于性质相对比较单一，在应用方面比较受限。近年来随着市场对新型膜材料的需求的增加以及膜技术的发展，对聚氨酯膜的改性处理的研究也逐渐深入，如在聚氨酯膜中加入无机粒子制成聚氨酯基无机粒子复合膜，或者用诸如醋酸纤维(CA)、聚飒(PS)、聚丙烯腈(PAN)等聚合物与聚氨酯制成共混膜。这些经过改性的聚氨酯膜都有望成为新型的具有某些特殊功能的膜材料。

现有方法所制备聚合物梯度材料无法使弹性模量在一个宽广的范围变化，无法消除橡塑转变区域的粘弹性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种制备聚氨酯-聚异氰脲酸酯薄膜梯度材料的方法，制备的薄膜具有较好的热稳定性和介电性能，并且克服了塑料薄膜的主要缺点—易碎性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的制备聚氨酯-聚异氰脲酸酯薄膜梯度材料的方法，包括以下步骤：

(1)将低聚物二醇搅拌升温至100-110℃，并在-0.3～-0.1MPa下进行脱水处理2-3小时；

(2)待低聚物二醇的温度降低至50-60℃，加入其物质的量2-2.2倍的芳香族二异氰酸酯反应30-40分钟，升温至75-85℃反应1h后，加入相对于低聚物二元醇质量的0.05-0.1wt％有机锡催化剂继续反应1-2小时，然后对上述混合体系抽真空脱泡，得到端NCO基聚氨酯预聚体；