[发明专利]一种主链含二茂铁的聚氨酯弹性体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种主链含二茂铁的聚氨酯弹性体及其制备方法。将低聚物二元醇与二异氰酸酯混合，得到异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体；再加入含二茂铁二醇，得到主链含二茂铁的聚氨酯弹性体；可进一步通过熔涂、涂刷、喷涂、融纺、湿纺、干纺、压延、浸渍、模注、挤出等工艺进行加工成型。本发明提供的弹性体初始热分解温度最高可达342℃，室温下拉伸强度和断裂伸长率分别达到42.6MPa和1018%，于100℃下仍可以拉伸400%，是一种兼具耐热性和机械性能的新型高性能聚氨酯弹性体，不但保持了聚氨酯材料良好加工性能，而且还具有可调控的耐热性和机械性能。

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯弹性体材料及其制备方法，特别涉及一种主链含二茂铁的聚氨酯弹性体及其制备。所制备的聚氨酯弹性体材料不仅具有优良的耐热性、弹性和机械强度，而且由于铁元素的存在表现出一定的抗辐射性能，属于耐高温弹性体材料技术领域。

背景技术

聚氨酯弹性体是弹性体中比较特殊的一大类，不仅具有良好的耐油性、耐磨性、耐腐蚀性、高弹性等优点，而且其硬度范围很宽，低至邵尔A10以下的低模量橡胶，高至邵尔D90的高抗冲击弹性体材料，弹性模量在10 ~ 5000MPa之间，所以聚氨酯弹性体的性能范围极宽，可调控性强，它的硬度和弹性模量范围下限超出了橡胶，上限几乎覆盖塑料。这种特性使得其在工业方面、医疗卫生、体育用品、生活用品和军用物资等行业的应用都取得了很大的成功。但是，传统聚氨酯的耐热性较差，通常250℃左右就会开始分解，长期使用温度上限为80℃左右，超过120℃下长时间使用，其拉伸强度、弹性模量等都会大幅度下降，因此限制了聚氨酯在高温环境中的应用。

为了提高聚氨酯材料的耐热性，人们采取了诸多改进措施。比如可以掺杂具有较好热稳定性和机械强度的无机填料，但是其普遍存在掺杂组分溶解性差，分散不均以及加工性能差的问题；或者与其它树脂共混、形成互穿网络结构等措施，借助聚合物之间的“协同效应”改善体系分散性，性能互补，达到改善材料热稳定性的问题。但是，以上方法均没有从根本上改善聚氨酯本征耐热性低和热稳定性差的欠缺，因此，目前研究的主流倾向于在聚氨酯链段上引入内聚能大，热分解温度高的结构单元或要素，特别是杂原子的引入可能带来热性能的显著提高。

Si-O键具有很高的键能（445KJ/mol），利用聚二甲基硅氧烷与聚氨酯形成嵌段共聚物或者接枝共聚物，体系热稳定性总体有所提升，但是，文胜等发现随着聚二甲基硅氧烷的含量增加，提升幅度反而下降，最高初始分解温度只有303℃。均苯四酸酐、异氰脲酸酯、噁唑烷酮等有机杂环基团的内聚能较大，热稳定性好。高喜平等将异氰脲酸酯环引入聚氨酯弹性体中，使其在热失重50%时温度提高24℃（参见文献：高喜平, 卢敏, 张玉清, 李俊贤. [J]. 聚酯工业, 2008, 21(5), 26-28.），但是仍旧无法提高材料的实际使用温度；Lin将聚酰亚胺环引入聚氨酯链段中，起始分解温度可达322℃，机械强度也显著提高（参见文献：Lin,F. M. F.; Shu, Y. C.; Polymer Science, 2001 Tsen, W. C.; Chuang, S.[J]. Journal of Applied , 81(14), 3489-3501.），只是聚酰亚胺环耐水解性不好，当水摩尔分数大于0.12%时，就会有明显的分解反应。张旭琴等利用环氧树脂和聚氨酯预聚体进行反应，制得含有噁唑烷酮环基团的弹性体，150℃老化试验后拉伸强度降低程度减小（参见文献：张旭琴, 李建龙, 白子文, 粟平阳, 孙奉瑞. [J]. 聚氨酯工业,2002 , 17(2) ,9-12.），但是该材料的粘度大，加工困难，尤其不适合熔融成型工艺的开发。因此，在提高聚氨酯的耐热性的同时，仍不能牺牲其原有优秀特性，需兼顾材料的高弹、易加工等性能。