基于聚硅氧烷-聚乙二醇的兩親聚氨酯彈性體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聚氨酯彈性體，特別是涉及一種基于聚硅氧烷-聚乙二醇的兩親 聚氨酯彈性體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 兩親聚合物是一種同時(shí)兼具親水性和疏水性的功能高分子材料。由于同時(shí)含有化 學(xué)性質(zhì)不同的鏈段，兩親聚合物表現(xiàn)出一些獨(dú)特的性能，如PH響應(yīng)、溫度響應(yīng)及自組裝特 性等，因而廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、敏感材料和傳感器、導(dǎo)電聚合物、防水透濕材料以及膜分 離工程等眾多高新技術(shù)領(lǐng)域。在疏水性材料中，聚硅氧烷（PDMS)由于其高透氧性、高柔軟 性、高透明性、良好的熱穩(wěn)定性、良好的血液相容性和低毒性，常用于生物材料。但是，PDMS 材料的高疏水性也限制了其在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。因此，對聚硅氧烷進(jìn)行親水改性成為最 為活躍的研究領(lǐng)域之一。研究較多的是在PDMS材料表面接枝親水性物質(zhì)，該技術(shù)的工藝 相對較為復(fù)雜，且表面的接枝量不易控制，故改性表面的性能的穩(wěn)定性不太好。以PDMS為 軟段來制備兩親聚氨酯不僅在工藝上容易實(shí)現(xiàn)，而且很容易地在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)產(chǎn)物的結(jié) 構(gòu)與性能。該類兩親聚氨酯同時(shí)具有PDMS材料和聚氨酯材料的優(yōu)良性能，是一類應(yīng)用前景 十分廣泛的兩親聚合物材料。然而，由于聚硅氧烷與聚氨酯硬段的溶解度參數(shù)、極性均相 差較大，容易引起聚氨酯高度相分離，從而導(dǎo)致其機(jī)械性能很差。其中，中國發(fā)明專利申請 CN1299382A報(bào)道了含聚硅氧烷的聚氨酯彈性體組合物，是以PDMS/聚醚大二元醇為軟段制 得的聚氨酯彈性體，但其斷裂伸長率低于500%。另外，基于聚硅氧烷-聚乙二醇的兩親聚 氨酯彈性體還沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種性能優(yōu)異，合成方法簡單的基于聚硅氧烷-聚乙二醇 的兩親聚氨酯彈性體的制備方法。
[0004] 本發(fā)明提出的一種基于聚硅氧烷-聚乙二醇的兩親聚氨酯彈性體的制備方法，先 用多異氰酸酯與聚乙二醇反應(yīng)得端基為異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體；再加入聚硅氧烷和擴(kuò) 鏈劑，制得基于聚硅氧烷-聚乙二醇的兩親聚氨酯彈性體。本發(fā)明的基于聚硅氧烷-聚乙二 醇的兩親聚氨酯彈性體體系的工藝容易實(shí)現(xiàn)，原料易得，材料組成與結(jié)構(gòu)的可調(diào)控性較強(qiáng)。
[0005] 本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] 基于聚硅氧烷-聚乙二醇的兩親聚氨酯彈性體的制備方法，包括如下步驟：
[0007] 1)聚氨酯預(yù)聚體的合成：將聚乙二醇加熱升溫至90~130°C，真空脫水，將溫度降 至60°C以下；然后，加入多異氰酸酯，使反應(yīng)體系在70~90°C下反應(yīng)2~4小時(shí)，得到聚氨 酯預(yù)聚體；
[0008] 2)兩親聚氨酯彈性體的制備：將聚氨酯預(yù)聚體、溶劑、聚硅氧烷、擴(kuò)鏈劑和催化劑 混合并攪拌均勻，在60~80°C下反應(yīng)3~5小時(shí)，真空脫泡后倒進(jìn)聚四氟乙烯模具，真空干 燥，制得基于聚硅氧烷-聚乙二醇的兩親聚氨酯彈性體；
[0009] 以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，原料組分包括：
[0010] 多異貳酸酯 10~30份 聚乙二醇 15~40份 聚硅氧烷 30~70份 催化劑 0.1-0.3份 擴(kuò)鏈劑 0.5-2份 溶劑 20-50份
[0011] 所述的催化劑為有機(jī)錫催化劑或叔胺類催化劑。
[0012] 為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述的多異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯 (IPDI)、1，6 -六亞甲基二異氰酸酯（HDI)、甲苯二異氰酸酯（TDI)、二苯基甲烷-4，f -二 異氰酸酯（MDI)、苯二亞甲基二異氰酸酯、甲基環(huán)己基二異氰酸酯、四甲基苯二亞甲基二異 氰酸酯、HDI三聚體、IPDI三聚體、TDI三聚體和MDI三聚體中的一種或多種。
[0013] 優(yōu)選地，述的聚乙二醇的分子量為400~15000g/mol。
[0014] 優(yōu)選地，所述的聚硅氧烷為羥基封端聚硅氧烷、氨基封端聚硅氧烷和端羥基聚醚 聚硅氧烷中的一種或多種；聚硅氧烷的分子量為1000~6000g/mol。
[0015] 優(yōu)選地，所述的擴(kuò)鏈劑為1，4 - 丁二醇、一縮二乙二醇、三羥甲基丙烷、乙二醇、丙 三醇、1，4 -環(huán)己二醇和間苯二酚羥基醚中的一種或多種。
[0016] 優(yōu)選地，所述的溶劑為丙酮、甲苯、四氫呋喃、二甲基亞砜、三氯甲烷、N，N-二甲基 甲酰胺和N，N -二甲基乙酰胺中的一種或多種。
[0017] 優(yōu)選地，所述的催化劑為二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、二醋酸二丁基錫和二甲基 環(huán)己胺中的一種或兩種。
[0018] 優(yōu)選地，所述的真空干燥的溫度為50°C，真空干燥的時(shí)間為10~24小時(shí)；所述的 真空脫水的時(shí)間為1~3小時(shí)。
[0019] -種基于聚硅氧烷-聚乙二醇的兩親聚氨酯彈性體，由上述制備方法制得。
[0020] 所述的兩親聚氨酯彈性體的拉伸強(qiáng)度彡5MPa ;斷裂伸長率彡700% ;5%熱失重的 溫度彡260°C ;透濕率為6. 2~16. Ig · m2/h。
[0021] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 1)本發(fā)明同時(shí)將親水聚乙二醇鏈段和疏水聚硅氧烷鏈段引入到聚氨酯體系中，制 備了具有優(yōu)良的力學(xué)性能的兩親聚氨酯彈性體，其斷裂伸長率多700%，拉伸強(qiáng)度多5MPa。
[0023] 2)本發(fā)明基于聚硅氧烷-聚乙二醇的兩親聚氨酯彈性體，不僅在工藝上容易實(shí) 現(xiàn)，而且可以通過調(diào)節(jié)聚氨酯預(yù)聚體和聚硅氧烷的反應(yīng)量，容易在很大范圍內(nèi)調(diào)控產(chǎn)物的 結(jié)構(gòu)與性能。
[0024] 3)本發(fā)明所用的原料便宜易得，合成過程無需特殊的條件和設(shè)備，合成工藝容易 實(shí)現(xiàn)和調(diào)控；
[0025] 4)本發(fā)明制備方法所需的聚氨酯原料、聚乙二醇和聚硅氧烷均是商品化的工業(yè) 品，合成聚氨酯的工藝也較成熟。因此，制備工藝簡單易行、成本較低。
【附圖說明】
[0026] 圖1為實(shí)施例1制得的聚氨酯預(yù)聚體的紅外譜圖。
[0027] 圖2為實(shí)施例1制得的兩親聚氨酯彈性體的紅外譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為更好地理解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但本發(fā) 明的實(shí)施方式不限于此。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 聚氨酯預(yù)聚體的合成：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將15份聚乙二醇加入三角燒瓶中，加熱升 溫至130Γ，真空脫水1小時(shí)，將溫度降至50°C ;然后加入10份的異佛爾酮二異氰酸酯，使 反應(yīng)體系在70°C下反應(yīng)4小時(shí)，得到聚氨酯預(yù)聚體；
[0031] 兩親聚氨酯彈性體的制備：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將所得全部聚氨酯預(yù)聚體與50份的四 氫呋喃、70份的羥基封端聚硅氧烷（Tech -2120,上海泰格聚合物技術(shù)有限公司）、0. 5份的 三羥甲基丙烷及〇. 3份的二月桂酸二丁基錫混合并攪拌均勻，在80°C下反應(yīng)3小時(shí)，真空脫 泡后倒進(jìn)聚四氟乙烯模具，50°C真空干24小時(shí)，制得兩親聚氨酯彈性體。
[0032] 圖1為本實(shí)施例制得的聚氨酯預(yù)聚體的紅外譜圖。從圖中可以看出，在2264cm 1 處出現(xiàn)-N_ C _ 0的不對稱伸縮振動(dòng)峰，在1705cm 1處出現(xiàn)氨基甲酸酯中的-C _ 0的伸 縮振動(dòng)吸收峰，且在1540cm1處出現(xiàn)聚氨酯中的酰胺II的吸收峰，3336cm 1為氨基甲酸酯 中的N-H伸縮振動(dòng)峰，1090cm 1為聚乙二醇的-C-O-吸收峰。經(jīng)該紅外分析表明確實(shí)合成 所設(shè)計(jì)的聚氨酯預(yù)聚體。
[0033] 圖2為本實(shí)施例制得的兩親聚氨酯彈性體的紅外譜圖。從圖中可以看出，在 1540cm 1處出現(xiàn)聚氨酯中的酰胺II的吸收峰，3336cm 1為氨基甲酸酯中的N-H伸縮振動(dòng)峰， 1705cm 1S C_0的伸縮振動(dòng)吸收峰，1090cm 1為聚乙二醇的-C-O-吸收峰，而在1261cm 1 處出現(xiàn)Si-C的吸收峰，1080cm 1為Si-O-Si的伸縮振動(dòng)吸收峰，778cm 1為Si原子上甲基的 彎曲振動(dòng)峰。經(jīng)該紅外分析表明確實(shí)合成所設(shè)