[发明专利]改性核壳型氧化铝、聚氨酯复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性核壳型氧化铝、聚氨酯复合材料及制备方法和应用，改性核壳型氧化铝，由氧化铝颗粒和包裹在其外的聚氨酯构成，聚氨酯复合材料是以包括多元醇混合物、改性核壳型氧化铝和异氰酸酯为原料制备的，其耐热性在180℃环境下热处理6h，抗拉强度和撕裂强度保持率达到70％以上，可应用于汽车发动机盖板。本发明在聚氨酯微孔弹性体中引入了表面改性的核壳型球型氧化铝，很好地解决了颗粒填料与聚氨酯原液相容性、分散性的问题，也柔化了球型氧化铝坚硬的表面，大幅增加了材料基体的热分解温度，从而保护聚氨酯本体，延长产品在高温环境下的使用寿命。

技术领域

本发明涉及聚氨酯复合材料及制备方法和应用。

背景技术

聚氨酯弹性体具有强度高、韧性好、耐磨、耐油等优异性能，广泛应用于工业生产的各个领域。聚氨酯弹性体的耐热性能较差，使用温度约为80℃，在120℃下仅能短时间使用。聚氨酯弹性体的耐热性能主要取决了分子链中各基团的热稳定性，其中缩二脲、脲基甲酸酯的热分解温度分别为144℃、146℃，导致聚氨酯弹性体在高温环境下易热分解，进而丧失原有的物理机械性能和弹性等。目前，常用的耐热性改进方法有：(1)在聚氨酯分子链中引入内聚能较大，降解温度较高的有机杂环基团，如异氰酸酯环、恶唑烷酮环、聚酰亚胺环、有机硅和氟碳基团等；(2)在聚合物多元醇中引入含有热降解温度高的基团；(3)利用环氧树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂等与聚氨酯共混或形成互穿聚合物网络结构；(4)引入纳米SiO₂、纳米CaCO₃、硅镁土、石英石等填料。例如，中国专利申请号为201711271454.2的专利申请公开使用偶联剂处理纳米氢氧化铝然后用改性剂进行包覆，再与聚氨酯混合均匀后在电场中进行复合处理，得到混合料；再与氯丁橡胶、交联剂、硬脂酸锌、钛酸四丁酯混合均匀后进行复合处理，得到复合改性聚氨酯材料，即通过改性剂、偶联剂和交联剂提高纳米氢氧化铝与聚氨酯的相容性，使其对聚氨酯耐高温性增强作用更好。“球形氧化铝填充聚氨酯制备导热塑料”，《化学推进剂与高分子材料》，2016,Vol.14，分别在多元醇混合物组分(A组分)和异氰酸酯(B组分)中加入球形氧化铝或硅烷偶联剂KH-560改性的球形氧化铝，制得复合材料，研究氧化铝填充量，表面处理对复合材料导热性能的影响。研究结果表明低填充量时，大粒径氧化铝填充的复合材料的导热系数高于小粒径；高填充量时，小粒径氧化铝填充高于大粒径填充。使用偶联剂KH-560处理氧化铝粒子对聚氨酯复合材料的导热性能有一定的影响，但不显著。因此，球形氧化铝作为导热填料可提高聚氨酯材料的耐热性，已是公知技术，但球形氧化铝硬度高，在使用时对模具磨损大，严重损伤模具使用寿命，造成企业较大的成本负担。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性核壳型氧化铝、聚氨酯复合材料及制备方法和应用，以克服现有技术存在的缺陷。

所述的改性核壳型氧化铝，由氧化铝颗粒和包裹在其外的聚氨酯构成；

优选的，所述的氧化铝颗粒为球形；

所述的改性核壳型氧化铝的改性方法，包括如下步骤：

(1)使用含有至少一个氨基或羟基的偶联剂处理所述的氧化铝颗粒；

(2)将处理后的氧化铝颗粒浸泡于过量的异氰酸酯中，处理后的氧化铝颗粒表面的氨基或羟基与异氰酸酯反应，再过滤、真空干燥，得到表面含NCO基团的改性材料；

(3)将步骤(2)得到的表面含NCO基团的改性材料，置于过量的对异氰酸酯呈反应性基团的化合物中，反应，即可获得所述的改性核壳型氧化铝；

优选的，所述的氧化铝为球形，球形氧化铝的粒径为5～50μm；

所述步骤(2)中反应温度为70～75℃，时间为2～3h；

所述步骤(3)中反应温度为70～75℃，时间为2～3h。

步骤(1)中，所述偶联剂处理氧化铝颗粒的方法包括如下步骤：