本發(fā)明涉及聚氨酯彈性體技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚氨酯彈性體是一種具有優(yōu)異的耐磨、耐油、耐撕裂、高強(qiáng)和高彈等性能的合成高聚物，楊氏模量介于橡膠和塑料之間，被廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)、輕紡工業(yè)、交通軌道、油田礦山和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。
由于組成聚氨酯彈性體化學(xué)結(jié)構(gòu)的熱分解溫度較低，造成聚氨酯彈性體存在熱穩(wěn)定性差、軟化溫度低等缺點，并且隨著社會的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)郯滨椥泽w的性能有著更高的需求，需要對聚氨酯彈性體的性能進(jìn)行提高以適應(yīng)市場要求。
碳納米管是一種一維的碳材料，其長徑比可高達(dá)1000以上，碳納米管中的化學(xué)鍵完全由SP2雜化的C—C鍵組成，SP2雜化的C—C鍵結(jié)構(gòu)比金剛石中的SP3雜化的C—C鍵更強(qiáng)，碳納米管的機(jī)械性能高于現(xiàn)存的所有材料，理論和實驗證明，碳納米管的楊氏模量高達(dá)1.2TPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到50～200GPa，因此碳納米管是地球上現(xiàn)存的最強(qiáng)的最堅硬的材料，除此之外，碳納米管具有優(yōu)異電性能和熱性能。
利用碳納米管優(yōu)異的機(jī)械和物理性能，將其加入到聚氨酯彈性體中作為增強(qiáng)材料，不僅可以顯著提高聚氨酯彈性體的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，還可以賦予聚氨酯彈性體導(dǎo)電和導(dǎo)熱的性能，大大拓展聚氨酯彈性體的應(yīng)用領(lǐng)域。
由于碳納米管表面極性基團(tuán)少，在加工過程中難以分散并且碳納米管和聚氨酯彈性體之間的界面相互作用力很大，導(dǎo)致二者相容性差，獲得的聚氨酯彈性體易于開裂。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體及其制備方法，該。
為了實現(xiàn)以上目的及其他目的，本發(fā)明是通過包括以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體，包括以下重量份的組分：
A組分：
B組分：
羥基化碳納米管 3～5份；
分散劑 1～2份。
優(yōu)選地，所述利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體由以下重量份的組分組成：
A組分：
B組分：
羥基化碳納米管 3～5份；
分散劑 1～2份。
優(yōu)選地，所述羥基化碳納米管為表面羥基化碳納米管，所述羥基化碳納米管中羥基的重量含量為4.5-6.5％。
更優(yōu)選地，所述羥基化碳納米管中羥基的重量含量為5.5-5.7％。
優(yōu)選地，所述羥基化碳納米管的為蘇州恒球石墨烯有限公司HQNANO-CNTs-006H。
優(yōu)選地，所述大分子多元醇包括聚醚多元醇和聚酯多元醇中任意一種或者兩種。
更優(yōu)選地，所述聚醚多元醇選自聚氧化丙烯醚二醇和聚四氫呋喃二醇的一種或兩種，聚酯多元醇包括聚已二酸乙二醇酯、聚已二酸乙二醇丙二醇酯、聚已二酸丁二醇酯和聚已內(nèi)酯的一種或者多種。
優(yōu)選地，所述多異氰酸酯包括二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯中的任意一種或者兩種。
優(yōu)選地，所述肟類封閉劑包括甲乙酮肟和環(huán)已酮肟中的任意一種或者兩種。
優(yōu)選地，所述催化劑包括有機(jī)鋅化合物、有機(jī)錫化合物、有機(jī)堿金屬鹽、叔胺及其鹽化合物中任意一種或多種。
更優(yōu)選地，所述有機(jī)鋅化合物選自異辛酸鋅、辛酸鋅和乙酰丙酮鋅中任意一種；所述有機(jī)錫化合物選自二丁基月桂酸錫和辛酸亞錫中任意一種；所述有機(jī)堿金屬鹽為乙酸鈉。
優(yōu)選地，所述分散劑為聚丙烯酸銨鹽分散劑。
本發(fā)明還公開一種制備如上述所述的利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體的方法，將大分子多元醇、多異氰酸酯及肟類封閉劑在催化劑的作用下的原位聚合，得到封閉型聚氨酯預(yù)聚體，然后將羥基化碳納米管分散在封閉型聚氨酯預(yù)聚體，進(jìn)行再次聚合，得到利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體。
優(yōu)選地，利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體的制備方法包括以下步驟：
1)按照重量份數(shù)將所述大分子多元醇投入反應(yīng)釜內(nèi)，在100～110℃下真空脫水1.5-2.5h，然后降溫至45-55℃；
2)按照重量份數(shù)加入所述多異氰酸酯和所述催化劑，攪拌升溫至85-95℃，反應(yīng)2-5h，然后降溫至45-55℃；
3)按照重量份數(shù)向反應(yīng)釜中加入肟類封閉劑，攪拌升溫至65-75℃，反應(yīng)3-6h，得到封閉型聚氨酯預(yù)聚體；
4)按照重量份數(shù)將將所述羥基化碳納米管和所述分散劑投入所述封閉型聚氨酯預(yù)聚體內(nèi)，混合均勻，注入模具中，在120-190℃下成型0.5-3h，在35-50℃下保溫1-3h，得到利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體。
優(yōu)選地，步驟1)至步驟4)中的攪拌轉(zhuǎn)速為600-800r/min。
綜上所述，本發(fā)明提供一種利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體及其制備方法，本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明采用的羥基化碳納米管表面含有可與異氰酸根反應(yīng)的羥基基團(tuán)，解決碳納米管與聚氨酯之間相容性差的問題，以碳納米管作為交聯(lián)劑，增強(qiáng)聚氨酯彈性體機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，同時賦予聚氨酯彈性體導(dǎo)電和導(dǎo)熱性。并且，在使用之前本發(fā)明以A、B兩種組分進(jìn)行貯存，避免封閉型聚氨酯預(yù)聚體與羥基化碳納米管發(fā)生聚合反應(yīng)，提高貯存時間。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，實施例僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍。
實施例1
一種利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體，以重量計，包括以下組分：
A組分：聚氧化丙烯醚二醇50份；異佛爾酮二異氰酸酯10份；環(huán)已酮肟2.3份；催化劑0.1份。
B組分：羥基化碳納米管3份；分散劑1份。
制備方法包括以下步驟：
(1)將50份聚氧化丙烯醚二醇投入反應(yīng)釜，在100℃下真空脫水2h，降溫至50℃；
(2)向反應(yīng)釜中投入10份異佛爾酮二異氰酸酯、0.1份異辛酸鋅，攪拌升溫至90℃反應(yīng)3h，降溫至50℃；
(3)向反應(yīng)釜中投入2.3份環(huán)已酮肟，攪拌升溫至70℃反應(yīng)5h，得到封閉型聚氨酯預(yù)聚體；
(4)將步驟(3)獲得的封閉型聚氨酯預(yù)聚體與3份羥基化碳納米管、1份分散劑混合均勻，注入模具中，150℃成型1h，50℃保溫2h，得到利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體。
實施例2
一種利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體，以重量計，包括以下組分：
A組分：聚四氫呋喃二醇70份；二苯基甲烷二異氰酸酯17.5份；甲乙酮肟3份；催化劑0.2份。
B組分：羥基化碳納米管4份；分散劑2份。
制備方法包括以下步驟：
(1)將70份聚四氫呋喃二醇投入反應(yīng)釜，在110℃下真空脫水2h，降溫至50℃；
(2)向反應(yīng)釜中投入17.5份二苯基甲烷二異氰酸、0.2份乙酰丙酮鋅，攪拌升溫至80℃反應(yīng)3h，降溫至50℃；
(3)向反應(yīng)釜中投入3份甲乙酮肟，攪拌升溫至70℃反應(yīng)4h，得到封閉型聚氨酯預(yù)聚體；
(4)將步驟(3)獲得封閉型聚氨酯預(yù)聚體與4份羥基化碳納米管、2份分散劑混合均勻，注入模具中，130℃成型2h，40℃保溫2h，得到利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體。
實施例3
一種利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體，以重量計，包括以下組分：
A組分：聚已二酸乙二醇酯80份；異佛爾酮二異氰酸酯18份；甲乙酮肟3.5份；催化劑0.2份。
B組分：羥基化碳納米管3份；分散劑2份。
其制備方法包括以下步驟：
(1)將80份聚已二酸乙二醇酯投入反應(yīng)釜，在110℃下真空脫水2h，降溫至50℃；
(2)向反應(yīng)釜中投入18份異佛爾酮二異氰酸酯、0.2份辛酸亞錫，攪拌升溫至90℃反應(yīng)3h，降溫至50℃；
(3)向反應(yīng)釜中投入3.5份甲乙酮肟，攪拌升溫至70℃反應(yīng)4h，得到封閉型聚氨酯預(yù)聚體；
(4)將(3)獲得封閉型聚氨酯預(yù)聚體與3份羥基化碳納米管、2份分散劑混合均勻，注入模具中，180℃成型30min，50℃保溫3h，得到利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體。
實施例4
一種利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體，以重量計，包括以下組分：
A組分：聚已內(nèi)酯70份；異佛爾酮二異氰酸酯19份；甲乙酮肟3.5份；催化劑0.2份。
B組分：羥基化碳納米管3份；分散劑2份。
其制備方法包括以下步驟：
(1)將70份聚已內(nèi)酯投入反應(yīng)釜，在110℃下真空脫水2h，降溫至50℃；
(2)向反應(yīng)釜中投入19份異佛爾酮二異氰酸酯、0.2份辛酸亞錫，攪拌升溫至90℃反應(yīng)3h，降溫至50℃；
(3)向反應(yīng)釜中投入3.5份甲乙酮肟，攪拌升溫至70℃反應(yīng)4h，得到封閉型聚氨酯預(yù)聚體；
(4)將(3)獲得封閉型聚氨酯預(yù)聚體與3份羥基化碳納米管、2份分散劑混合均勻，注入模具中，180℃成型30min，50℃保溫3h，得到利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體。
對比例
一種聚氨酯彈性體，以重量計，包括以下組分：聚氧化丙烯醚二醇50份；異佛爾酮二異氰酸酯10份；環(huán)已酮肟2.3份；催化劑0.1份。
制備方法包括以下步驟：
(1)將50份聚氧化丙烯醚二醇投入反應(yīng)釜，在100℃下真空脫水2h，降溫至50℃；
(2)向反應(yīng)釜中投入10份異佛爾酮二異氰酸酯、0.1份異辛酸鋅，攪拌升溫至90℃反
應(yīng)3h，降溫至50℃；
(3)向反應(yīng)釜中投入2.3份環(huán)已酮肟，攪拌升溫至70℃反應(yīng)5h，得到封閉型聚氨酯
預(yù)聚體；
(4)將步驟(3)獲得的封閉型聚氨酯預(yù)聚體混合均勻，注入模具中，150℃成型1h，50℃保溫2h，得到聚氨酯彈性體。
檢測結(jié)果：
通過國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1040.1-2006《塑料拉伸性能的測定》對實施例1、實施例2、實施例3、實施例4獲得的利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體以及對比例得到的聚氨酯彈性體進(jìn)行斷裂強(qiáng)度測試，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：實施例1、實施例2、實施例3、實施例4獲得的利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體分別與對比例得到的聚氨酯彈性體相比較，斷裂強(qiáng)度分別提高了87.9％、78.4％、63.5％、70.3％，斷裂伸長率分別提高了110.2％、130.5％、98.2％、100.5％。
對比例得到的聚氨酯彈性體的最低分解溫度為250℃，而實施例1、實施例2、實施例3、實施例4獲得的利用羥基化碳納米管改性的聚氨酯彈性體的最低熱分解溫度均能達(dá)到310℃，大大提高了聚氨酯彈性體的熱穩(wěn)定性。
綜上所述，本發(fā)明采用的羥基化碳納米管表面含有可與異氰酸根反應(yīng)的羥基基團(tuán)，解決碳納米管與聚氨酯之間相容性差的問題，以碳納米管作為交聯(lián)劑，增強(qiáng)聚氨酯彈性體機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，同時賦予聚氨酯彈性體導(dǎo)電和導(dǎo)熱性。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明任何形式上和實質(zhì)上的限制，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，還將可以做出若干改進(jìn)和補(bǔ)充，這些改進(jìn)和補(bǔ)充也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，當(dāng)可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實施例；同時，凡依據(jù)本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)對上述實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。