一种高性能热塑性聚氨酯弹性体的合成方法 【技术领域】
本发明属于聚氨酯弹性体的合成技术领域，特别涉及一种高性能热塑性聚氨酯弹性体的合成方法。
背景技术
聚氨酯(PU)弹性体是指在大分子主链上含有较多氨基甲酸酯基官能团(-N小时-CO-O-)的一类弹性体聚合物，是典型的多嵌段共聚物，通常由低聚物多元醇(聚醚或聚酯)先与多异氰酸酯进行加成反应，再和扩链剂反应制备而成。
在聚氨酯(PU)弹性体中，由于软硬段的不相容性，存在明显的微相分离结构，其中软段相提供弹性，硬段相起到增强填充和交联作用。由于氨基甲酸酯基团的极性特征、基团间形成氢键的能力以及长链软段和短链硬段溶解性的差异，导致软硬段热力学不相容而产生微相分离，硬段分子之间强烈缔合在一起形成许多微区而分散在软段相基质中。这样最终形成的聚氨酯(PU)材料并不是统计学上的无规共聚物，而是有很高硬段含量的聚合物链与几乎是纯软链段的“混合物”，且在化学键连接的两相微区中存在着相互作用的氢键。有强烈极性和氢键作用的硬段在橡胶态的软段基质中起到物理交联点和活性增强填料的作用。
现有方法制备的聚氨酯弹性体在高温高湿，强辐射，长时间暴晒，持续溶剂浸泡等特殊条件的应用限制很大，容易发生老化及降解，影响其使用性能。
【发明内容】
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能热塑性聚氨酯弹性体的合成方法，采用两种或两种以上不同种类的多元醇，采用一步法合成热塑性聚氨酯弹性体，在化学反应的同时进行产品初成型，能够方便的对产品的各项性能进行有效合理的控制，对不同性能要求的产品可以随意掌握，具有工艺流程简单，设备能耗和生产成本低，性能稳定的特点。
本发明所述的“高性能”是指合成的热塑性聚氨酯弹性体邵氏硬度为50A～95A，拉伸强度为25～50MPa，断裂伸长率为550～1100％，直角撕裂负荷70-300N，直角撕裂强度50-335kN/m，与普通二元醇产物相比，具有耐水解、耐溶剂、耐老化性能较高的特点。本发明制备的高性能热塑性聚氨酯弹性体在高温高湿，强辐射等条件下具有良好的耐老化及耐降解性能，应用范围广泛。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高性能热塑性聚氨酯弹性体的合成方法，包括以下步骤：
首先，在装有搅拌器、温度计的容量为500ml的三口烧瓶中加入总量为0.005～0.1mol的两种或两种以上不同种类的低聚物二元醇和0.005～0.1mol扩链剂二元醇，组成二元醇体系，不同种类的低聚物二元醇之间的含量比例没有限制；将二元醇体系加热至90～150℃，并在-95.5～-85.5MPa压力下真空脱水1～5小时并搅拌均匀，然后降温至50～80℃备用；
其次，在上步真空脱水后的备用的二元醇体系中加入0.01～0.1mol的二异氰酸酯，异氰酸酯指数保持在0.5-1.5，再升温至80～130℃，保温反应1.5～2.5小时；脱气后出料至涂有硅油脱模剂的模具中；
最后，将上步模具中的反应物置于60～150℃中熟化5～20小时，然后再暴露于空气中120-240小时，达到反应完全。
所说的低聚物二元醇为聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)、聚四氢呋喃(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)或聚己二酸己二醇酯(PAA)等；所说的扩链剂二元醇为碳原子数为C2-C18的二元醇。
本发明的有益效果是：
一、本发明通过一种简单快捷的方法合成了新型高性能热塑性聚氨酯弹性体。该方法能耗低，节省时间，加工成型方便，对所有热塑性塑料加工成型的方法对该弹性体都可适用。合成的热塑性聚氨酯弹性体邵氏硬度为50A～95A，拉伸强度为25～50MPa，断裂伸长率为550～1100％，直角撕裂负荷70-300N，直角撕裂强度50-335kN/m。拉伸强度、断裂伸长率、直角撕裂负荷和直角撕裂强度较单一低聚物二元醇制备的聚氨酯弹性体都有提高。
二、本发明合成了力学性能，综合性能优良的新的聚氨酯弹性体，与普通二元醇产物相比提高了耐水解、耐溶剂、耐老化等性能。
三、本发明采用一步法反应合成聚氨酯弹性体，将两种或两种以上不同种类的低聚物二元醇和扩链剂小分子二元醇组成混合均匀的二元醇体系，然后加入异氰酸酯后，迅速搅拌均匀后出料，可直接成型至所需的制品，也可制成粒料进行二次加工，大大降低了生产成本，适宜于大规模推广生产。将二元醇体系和二异氰酸酯直接反应，反应过程中无需再次添加其他主原料，大大缩短了反应时间，降低了反应成本。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
一种高性能热塑性聚氨酯弹性体的合成方法，包括以下步骤：
首先，在装有搅拌器、温度计的容量为500ml的三口烧瓶中加入总量为0.005mol的聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)和0.01mol的乙二醇，组成二元醇体系，不同种类的低聚物二元醇之间的含量比例没有限制；将二元醇体系加热至90℃，并在-85.5MPa压力下真空脱水1小时并搅拌均匀，然后降温至50℃备用；
其次，在上步真空脱水后的备用的二元醇体系中加入0.01mol的二异氰酸酯，异氰酸酯指数保持在0.5，再升温至80℃，保温反应2小时；脱气后出料至涂有硅油脱模剂的模具中；
最后，将上步模具中的反应物置于70℃中熟化10小时，然后再暴露于空气中120小时，达到反应完全。
实施例二
一种高性能热塑性聚氨酯弹性体的合成方法，包括如下步骤：
首先，在装有搅拌器、温度计的容量为500ml的三口烧瓶中加入总量为0.06mol的聚乙二醇(PEG)、聚四氢呋喃(PTMG)和0.09molC8二元醇，组成二元醇体系，不同种类的低聚物二元醇之间的含量比例没有限制；加热该体系至95℃，并在-92.5Mpa以下真空脱水2小时并搅拌均匀，然后降温至60℃备用；
其次，在真空脱水后并降温的二元醇体系中加入0.08mol二异氰酸酯，异氰酸酯指数保持在0.8，再升温至120℃，保温反应时间2小时；脱气后出料至涂有硅油脱模剂的模具中；
最后，将上步模具中的反应物置于80℃中熟化8小时，然后再暴露于空气中120小时以达到反应完全。
实施例三
一种高性能热塑性聚氨酯弹性体的合成方法，包括如下步骤：
首先，在装有搅拌器、温度计的容量为500ml的三口烧瓶中加入总量为0.012mol的聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚己二酸己二醇酯(PAA)和0.005mol的C18二元醇，组成二元醇体系，不同种类的低聚物二元醇之间的含量比例没有限制；加热该体系至90℃，并在-95.5Mpa压力下真空脱水3小时并搅拌均匀，然后降温至80℃备用；
其次，在真空脱水后并降温的二元醇体系中加入0.07mol的二异氰酸酯，异氰酸酯指数保持在1.5，再升温至130℃，保温反应时间2.5小时；脱气后出料至涂有硅油脱模剂的模具中；
最后，将上步中模具中的反应物置于150℃熟化6小时，然后再暴露于空气中192小时以达到反应完全。
实施例四
一种高性能热塑性聚氨酯弹性体的合成方法，包括如下步骤：
首先，在装有搅拌器、温度计的容量为500ml的三口烧瓶中加入总量为0.1mol的聚四氢呋喃(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)和0.093mol的C5二元醇，组成二元醇体系，不同种类的低聚物二元醇之间的含量比例没有限制；加热该体系至95℃，并在-90.5Mpa压力下真空脱水5小时并搅拌均匀，然后降温至50℃备用；
其次，在真空脱水后的二元醇体系中加入0.086mol的二异氰酸酯，再升温至120℃，保温反应时间2小时；脱气后出料至涂有硅油脱模剂的模具中；
最后，将上步中模具中的反应物置于60℃熟化20小时，然后再暴露于空气中144小时以达到反应完全。
实施例五
一种高性能热塑性聚氨酯弹性体的合成方法，包括如下步骤：
首先，在装有搅拌器、温度计的容量为500ml的三口烧瓶中加入总量为0.005mol的聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)、聚四氢呋喃(PTMG)和0.1mol的聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)、聚四氢呋喃(PTMG)，组成二元醇体系，不同种类的低聚物二元醇之间的含量比例没有限制；加热该体系至150℃，并在-85.5Mpa压力下真空脱水5小时并搅拌均匀，然后降温至70℃备用；
其次，在真空脱水后的二元醇体系中加入0.1mol的二异氰酸酯，异氰酸酯指数保持在1.0，再升温至80℃，保温反应时间1.5小时；脱气后出料至涂有硅油脱模剂的模具中；
最后，将上步中模具中的反应物置于60℃熟化5小时，然后再暴露于空气中240小时以达到反应完全。
实施例六
一种高性能热塑性聚氨酯弹性体的合成方法，包括如下步骤：
首先，在装有搅拌器、温度计的容量为500ml的三口烧瓶中加入总量为0.05mol的聚乙二醇(PEG)、聚四氢呋喃(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)和0.1mol的C10二元醇，组成二元醇体系，不同种类的低聚物二元醇之间的含量比例没有限制；加热该体系至150℃，并在-95.5Mpa以下真空脱水3小时并搅拌均匀，然后降温至69℃备用；
其次，在真空脱水后的二元醇体系中加入0.09mol的二异氰酸酯，再升温至120℃，保温反应时间1.5小时；脱气后出料至涂有硅油脱模剂的模具中；
最后，将上步中模具中的反应物置于60℃熟化20小时，然后再暴露于空气中240小时以达到反应完全。