[发明专利]一种耐低温耐油的热塑性硅橡胶-聚氨酯弹性体及制备方法

说明书

本发明涉及高分子合成领域，提供了一种耐低温耐油的热塑性硅橡胶‑聚氨酯弹性体及其制备方法。本发明的耐低温耐油的热塑性硅橡胶‑聚氨酯弹性体以衍生自聚硅氧烷的链段为软段，以衍生自二异氰酸酯和小分子二元醇的链段为硬段，硬段作为硅胶软段与软段之间的化学连接点，大大提高了产物的力学性能。与传统的硅橡胶相比，此产物具有优异的力学性能，其既保留了硅橡胶的低温柔顺性、耐热性、耐油性和生物相容性等，同时具有可重复加工性、优异的力学性能等优点，是一种新型的聚氨酯弹性体材料，具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子合成领域，具体涉及一种聚氨酯弹性体材料，尤其是一种耐低温耐油的热塑性硅橡胶-聚氨酯弹性体及其制备方法。

背景技术

硅橡胶是指主链由硅和氧原子交替构成，硅原子上通常连有两个有机基团的橡胶。传统的热塑性硅橡胶具有很多优点，如优异的低温柔顺性、耐热性、耐老化性和生物相容性等。正是由于这些优异的性能，硅橡胶在现代医学中发挥了非常重要的作用，各医院、科研单位和工厂相互协作，已成功研制了多种硅橡胶生物医用材料，并在生活中具有广泛的应用。然而，传统的热塑性硅橡胶耐油性很差，力学性能不佳，这也大大影响了其在生产和生活中的应用。

热塑性聚氨酯(TPU)又称热塑性聚氨基甲酸酯，是由二元低聚物醇与二元有机异氰酸酯反应得到的一类主链上带有重复的氨基甲酸酯(-NHCOO-)基团的线性聚合物。传统的热塑性聚氨酯具有优异的力学性能，无需添加炭黑或白炭黑补强，亦无须添加芳烃油，系环境友好型材料。正是由于其优异的力学性能和可重复加工性，热塑性聚氨酯在生产和生活中具有十分广泛的应用，如3D打印，聚氨酯发泡材料等。然而，传统的聚氨酯仍存在一些不足，比如具有较差的耐高温性能和低温柔顺性。

橡胶的耐油性取决于橡胶和油类的化学性质，油类能渗透到橡胶中使其产生溶胀，致使橡胶的强度和其它力学性能降低。橡胶的耐寒性是指橡胶在规定的低温下保持其弹性和正常工作的能力，主要取决于高聚物的两个基本过程——玻璃化转变和结晶。玻璃化转变温度是橡胶的分子链段由运动到冻结的转变温度，而链段运动是通过主链单键内旋转实现的，因此分子链的柔顺性是决定橡胶耐寒性的关键。也就是说，增加分子链的柔顺性有助于提高材料的低温性能，增大分子链的极性有助于提高材料的耐油性。

Yang Meng等(Oil resistance and mechanical properties of polysiloxanenanocomposites prepared by in situ reaction of reactive polar monomers[J].Journal of Applied Polymer Science,2015,131(21):8558-8572.)研究了聚硅氧烷的耐油性，其在ASTM 3#油中浸渍72h的体积变化率为50％-60％。Meng,Y.等(Design andsynthesis of non-crystallizable,low-tg polysiloxane elastomers withfunctional epoxy groups through anionic copolymerization and subsequentepoxidation.Rsc Advances,2014，4(59),31249-31260)研究了聚硅氧烷弹性体的耐寒系数，当温度从-60℃降到-70℃时，压缩耐寒系数Kc从0.31降到近乎为0。上述聚硅氧烷弹性体并不能同时兼顾其弹性体材料的耐低温和耐油性能。

发明内容

为了解决传统热塑性硅橡胶低强度且耐油性差等问题，同时保持其优异的耐低温性能，本发明在传统热塑性聚氨酯弹性体合成的基础上，引入聚硅氧烷作为软段，二异氰酸酯和小分子二元醇作为硬段，合成一种规整的热塑性硅橡胶-聚氨酯弹性体，该弹性体材料中，硬段的引入增大了分子链的极性，因此大大提升材料的耐油性。

本发明的目的之一是提供一种耐低温耐油的热塑性硅橡胶-聚氨酯弹性体。