一種聚氨酯彈性體材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚氨酯彈性體材料的制備方法，將端羥基的丁二烯?丙烯腈共聚物(HTBN)放入四口燒瓶中，于真空條件下在100?110℃除水2?3h；待溫度降到室溫，再加入異氰酸脂，并在氮氣氣氛下反應(yīng)2?3h；待溫度再次降到室溫時，加入擴鏈劑，并于60?70℃下反應(yīng)1～2h；在反應(yīng)結(jié)束后將所得材料放入模具中，熱壓成型后放到90?100℃的烘箱中固化20?24h得到所述聚氨酯彈性體材料。上述方法所制備的聚氨酯彈性體材料具有很高的介電常數(shù)和力學(xué)性能。
【專利說明】
一種聚氨酯彈性體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及聚氨酯材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚氨酯彈性體材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在20世紀(jì)90年代逐步發(fā)展起來的電活性聚合物（electroactive polymer，EAP)， 其特性是在電刺激下發(fā)生大的形狀變化，這使得許多科學(xué)家和研究人員致力于改造 ΕΑΡ材 料，并擴大了高分子材料的應(yīng)用范圍。ΕΑΡ材料的行為模式類似于生物肌肉，具有高斷裂性、 固有振動阻尼、大驅(qū)動應(yīng)變等特點，因此，常將其作為"人工肌肉"的代名詞。ΕΑΡ材料可以比 常規(guī)壓電陶瓷提供更大的應(yīng)變，通?？蛇_(dá)到380%的應(yīng)變變形，國內(nèi)也有類似的實驗驗證了 該程度的大應(yīng)變變形，在同樣的應(yīng)變條件下，ΕΑΡ適用于更多的應(yīng)用需求。
[0003] -般來說，ΕΑΡ材料可以分為電子型ΕΑΡ和離子型ΕΑΡ，具有不同的行為模式。如電 子型ΕΑΡ的驅(qū)動是利用電場或庫侖力，可分為電致伸縮彈性體、介電彈性體、鐵電聚合物;離 子型ΕΑΡ的驅(qū)動原理是利用離子的擴散或迀移，有碳納米管、導(dǎo)電聚合物、聚合物凝膠、離子 聚合物-金屬復(fù)合材料等種類，不同類型的ΕΑΡ材料具有不同的優(yōu)、缺點，從而應(yīng)用在不同場 合。其中，歸屬于電子型ΕΑΡ的介電彈性體材料(dielectric elastomer，DE)廣泛應(yīng)用于致 動器、傳感器、發(fā)電機等，具有良好的應(yīng)用性能。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中提高彈性體介電常數(shù)的方法主要有兩種:一是通過填充高用量高介電 常數(shù)的陶瓷填料，比如鈮鎂酸鉛(PMN)、鑭鋯鈦酸鉛。但是大量填充陶瓷體填料使得彈性體 的模量提高，降低了彈性體的柔韌性和力學(xué)變形能力，并且復(fù)合材料成型過程也比較困難， 難以制備成微米級的薄膜，材料缺陷也比較多，容易導(dǎo)致電擊穿。所有這些缺陷使得用陶瓷 填充的彈性體的加工和使用性能降低;一種是填充導(dǎo)體或者是半導(dǎo)體填料。比如說:納米銀 線、石墨烯、碳納米管等。當(dāng)導(dǎo)電粒子的含量達(dá)到逾滲閾值時，材料會發(fā)生從絕緣體到導(dǎo)體 的轉(zhuǎn)變，但是當(dāng)導(dǎo)電粒子含量接近逾滲值但沒有達(dá)到逾滲值時，介電常數(shù)能夠達(dá)到最大，這 是由電子位移極化引起的；當(dāng)導(dǎo)電粒子含量達(dá)到或者超過逾滲值時，導(dǎo)電粒子的間距變小， 粒子間發(fā)生迀移，形成導(dǎo)電通路，從而導(dǎo)致較大的介電損耗，電擊穿強度降低，材料被破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種聚氨酯彈性體材料的制備方法，該方法制備的聚氨酯彈 性體材料具有很高的介電常數(shù)和力學(xué)性能。
[0006] -種聚氨酯彈性體材料的制備方法，所述方法包括：
[0007] 將端羥基的丁二烯-丙烯腈共聚物(HTBN)放入四口燒瓶中，于真空條件下在100-110°C 除水 2_3h;
[0008] 待溫度降到室溫，再加入異氰酸脂，并在氮氣氣氛下反應(yīng)2-3h;
[0009] 待溫度再次降到室溫時，加入擴鏈劑，并于60-70 °C下反應(yīng)1~2h;
[0010] 在反應(yīng)結(jié)束后將所得材料放入模具中，熱壓成型后放到90-100°C的烘箱中固化 20-24h，得到所述聚氨酯彈性體材料。
[0011] 所使用各原材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：
[0012] 80-88份的HTBN，6-10份的異氰酸脂，以及6-10份的擴鏈劑，且上述各原材料的總 份數(shù)為100。
[0013]所述異氰酸脂包括:六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、液化4,4'_二苯基甲烷二異氰酸 酯(L-MDI)或甲苯二異氰酸酯(TDI)。
[0014] 所述擴鏈劑為1，4_ 丁二醇BD0。
[0015] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，上述方法所制備的聚氨酯彈性體材料具 有很高的介電常數(shù)和力學(xué)性能。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0017] 圖1為本發(fā)明實施例所述聚氨酯彈性體材料的制備方法流程示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明所舉三個實例測試所得介電常數(shù)與頻率的關(guān)系示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明所舉三個實例測試所得應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒?發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0021 ]本發(fā)明實施例所述方法通過對丁腈橡膠進行改性，使其分子鏈兩端為羥基，與異 氰酸酯和二元醇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，合成含有極性基團的聚氨酯彈性材料，極性基團的加入，使 得分子鏈的運動能力和極化能力大大增強，能夠有效的提高聚氨酯材料的介電常數(shù)。下面 將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實施例所述聚氨酯 彈性體材料的制備方法流程示意圖，所述方法包括：
[0022]步驟11:將端羥基的丁二烯-丙烯腈共聚物(HTBN)放入四口燒瓶中，于真空條件下 在 100-110°(：除水2-311;
[0023] 該步驟中，上述HTBN中丙烯腈含量為10.4%。
[0024]步驟12:待溫度降到室溫，再加入異氰酸脂，并在氮氣氣氛下反應(yīng)2_3h;
[0025] 步驟13:待溫度再次降到室溫時，加入擴鏈劑，并于60-70 °C下反應(yīng)1~2h;
[0026] 步驟14:在反應(yīng)結(jié)束后將所得材料放入模具中，熱壓成型后放到90_100°C的烘箱 中固化20_24h，得到所述聚氨酯彈性體材料。
[0027] 具體實現(xiàn)中，上述所使用各原材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：
[0028] 80-88份的HTBN，6-10份的異氰酸脂，以及6-10份的擴鏈劑，且上述各原材料的總 份數(shù)為100。
[0029]另外，上述異氰酸脂可以包括:六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、液化4,4'_二苯基甲烷 二異氰酸酯(L-MDI)或甲苯二異氰酸酯(TDI)。
[0030] 所述擴鏈劑可以為1，4-丁二醇(BD0)。
[0031] 下面再以具體的實例對上述制備方法及所得到的聚氨酯彈性體材料的性能進行 詳細(xì)說明：
[0032]實例1、將合成所得HTBN放入四口燒瓶中，真空條件下在100~110°C除水2h;
[0033] 待溫度降到室溫，加入計量好的六亞甲基二異氰酸酯HDI，在氮氣氣氛下反應(yīng)3h;
[0034] 待溫度再次降到室溫，加入BD0，于60°C下反應(yīng)l_2h;
[0035] 反應(yīng)結(jié)束后將材料放入模具中，熱壓成型，隨后放到100°C的烘箱中固化24h，得到 所述聚氨酯彈性體材料。
[0036]實例2、制備方法與實例1相同，不同的是將6-10份的HDI改為6-10份的液化4，4'_ 二苯基甲烷二異氰酸酯(L-MDI)。
[0037]實例3、制備方法與實例1相同，不同的是將6-10份的HDI改為6-10份的甲苯二異氰 酸酯TDI。
[0038]下面對上述三個實例所得到的聚氨酯彈性體材料的力學(xué)性能、體積電阻率和介電 常數(shù)進行測定：
[0039]首先將聚氨酯彈性體材料裁成工作區(qū)長度為20mm，寬為4mm的啞鈴型拉伸樣條。采 用美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司的萬能拉力機。拉伸速度為50mm/min。
[0040] 再將聚氨酯彈性體材料裁成厚度為1mm，直徑為10mm的圓片，上下表面覆蓋上電 極，放入儀器中即可。采用德國Novocontro 1公司的寬頻介電阻抗分析儀。介電阻抗分析儀 測試其在室溫下lOllO7的頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)。
[0041] 上述體積電阻率采用EST121型數(shù)字超高電阻、微電流測量儀測定。
[0042]最終測試結(jié)果，如圖2所示為本發(fā)明所舉三個實例測試所得介電常數(shù)與頻率的關(guān) 系示意圖，如圖3所示為本發(fā)明所舉三個實例測試所得應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系，下表1為三 個實例測試所得的體積電阻率對比：
[0043]表 1
[0045] 由此可見:按照本發(fā)明制備方法所得到的聚氨酯彈性體材料的介電常數(shù)相對于傳 統(tǒng)的聚氨酯材料可以提高1.5-2倍，具有很高的介電常數(shù)和力學(xué)性能。
[0046] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范 圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種聚氨酯彈性體材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括： 將端羥基的丁二烯-丙烯腈共聚物(HTBN)放入四口燒瓶中，于真空條件下在IOO-IHTC 除水2-3h; 待溫度降到室溫，再加入異氰酸脂，并在氮氣氣氛下反應(yīng)2_3h; 待溫度再次降到室溫時，加入擴鏈劑，并于60-70 °C下反應(yīng)1~2h; 在反應(yīng)結(jié)束后將所得材料放入模具中，熱壓成型后放到90-100°C的烘箱中固化20-24h，得到所述聚氨酯彈性體材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述聚氨酯彈性體材料的制備方法，其特征在于，所使用各原材料的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為： 80-88份的HTBN，6-10份的異氰酸脂，以及6-10份的擴鏈劑，且上述各原材料的總份數(shù) 為 100〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述聚氨酯彈性體材料的制備方法，其特征在于， 所述異氰酸脂包括:六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、液化4,4'_二苯基甲烷二異氰酸酯(L-MDI)或甲苯二異氰酸酯(TDI)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述聚氨酯彈性體材料的制備方法，其特征在于， 所述擴鏈劑為1，4_丁二醇(K)O)。
【文檔編號】C08G18/65GK105885005SQ201610459034
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】梁永日, 陳冠良, 劉力, 溫世鵬
【申請人】北京石油化工學(xué)院, 北京化工大學(xué)