[发明专利]气凝胶/热塑性聚氨酯弹性体及制备方法和保温隔热材料

说明书

本发明公开了一种气凝胶/热塑性聚氨酯弹性体及制备方法和保温隔热材料，属于聚氨酯弹性体材料领域。本发明通过将热塑性聚氨酯弹性体与气凝胶混合均匀，干燥得到均制原料，再将所述均制原料加工成气凝胶/热塑性聚氨酯复合细丝，然后用3D打印技术制备得到所需形貌的气凝胶/热塑性聚氨酯弹性体。热塑性聚氨酯弹性体与气凝胶都具有良好的隔热性能，混合制备成复合材料，能起到协同增效的作用，进一步提高产品的保温隔热效果，将均制原料制备成细丝状，既是为3D打印做基础，又能加强原材料之间的融合，所得产品具有优异的保温隔热效果与热稳定性，兼备低导热系数与低密度，3D技术的应用，能使产品的形貌密度可控，使之具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及聚氨酯弹性体材料领域，尤其涉及一种气凝胶/热塑性聚氨酯弹性体及制备方法和保温隔热材料。

背景技术

气凝胶材料是凝胶在保持其骨架不变的情况下，将内部的溶剂置换为空气后得到的一种轻质多孔固体材料，其孔隙率可达95％以上，气凝胶是目前世界上隔热性能最好的固体材料，也是最接近真空的隔热材料。

聚氨酯是指可通过多异氰酸酯与多元醇或具有异氰酸酯反应性基团的化合物的反应获得的产物，可广泛应用于保温隔热领域。气凝胶材料和聚氨酯组合起来可以起到协同作用，加工生产出保温隔热性能更加优异的复合材料，但是如何将所述两种材料进行复合，在提高产品保温隔热性能的同时，又能保证其可塑性以及化学稳定性仍然是值得研究的一项课题。

例如，现有技术公开了一种纳米二氧化硅改性聚氨酯弹性体及其制备方法，将聚醚多元醇、异氰酸酯和小分子二元醇经加成聚合反应制备聚氨酯预聚体，作为A组分；将扩链剂、硅酸乙酯和硅烷偶联剂混合均匀，纳米二氧化硅粒子由硅酸乙酯原位水解形成并被硅烷偶联剂表面疏水改性，将混合物脱除溶剂，制得B组分。将A组分和B组分按比例混匀、脱气、浇注、硫化成型，制得纳米改性聚氨酯弹性体。该发明实现了二氧化硅粒子在聚氨酯中的均匀分散，充分发挥了纳米粒子的增强效应，所制得的聚氨酯弹性体为纳米二氧化硅粒子交联，可显著改善聚氨酯弹性体的耐热性和化学稳定性；能适用于密封件对机械强度、耐磨性能、高弹性和耐油性的要求，具有广阔的市场前景。

但是，以上技术方案，无法针对不同的需求对产品进行塑性，在应用方面仍然具有局限性。

3D打印技术正在突破原料、工艺、成本等方面的制约，通过增材制造生产一些使用传统技术无法获得的产品，为工程师提供应用广泛的新材料，包括一些传统材料无法应用到的生物、催化、药物载体等领域。热塑性聚氨酯具有特殊的粘弹性性质，通过3D打印技术，可以生产出起到保温隔热作用的3D打印合泡沫。将气凝胶添加到热塑性聚氨酯中得到复合材料，所述复合材料通过3D打印技术制备得到的3D打印复合泡沫，因气凝胶与热塑性聚氨酯弹性体起到协同作用，能进一步提高产品的保温隔热性能，可广泛应用于具有保温隔热需求，并要求可根据所需对保温隔热材料进行设计构型的各种领域。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种气凝胶/热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法和保温隔热材料，旨在解决聚氨酯弹性材料隔热性能不理想、密度较大，不能根据产品功能所需对所述材料进行设计构型的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种气凝胶/热塑性聚氨酯弹性体，所述气凝胶/热塑性聚氨酯弹性体的组成包含气凝胶和热塑性聚氨酯弹性体，所述气凝胶/热塑性聚氨酯弹性体的密度为100-500kg·m^-3，导热系数为0.020-0.050W·m^-1·K^-1，韧性为200-600J·m^-3，最大张力为500-1000kPa，断裂伸长率为40％-70％。

可选地，所述气凝胶的质量分数为1％-20％。

可选地，所述气凝胶/热塑性聚氨酯弹性体为蜂窝泡沫状，既可以进一步提升产品的保温隔热性能，又能降低产品的密度。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种气凝胶/热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，所述制备方法包含以下步骤：