CN106751736A - 一种硅橡胶/聚氨酯热塑性弹性体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚氨酯/硅橡胶热塑性弹性体及其制备方法，提供了一种可重复加工的、具有优良的力学性能和耐热耐油性能的硅橡胶/聚氨酯热塑性弹性体及制备方法；该弹性体由聚氨酯、硅橡胶、交联剂和相容剂等组成；其制备方法包括：在密炼机中，160～200℃的共混温度下，首先将聚氨酯加入到共混设备中，之后加入硅橡胶，相容剂，共混3～4分钟后，加入交联剂；反应共混6～7分钟后，得到高性能动态硫化的聚氨酯/硅橡胶热塑性弹性体；与其它类型的热塑性弹性体相比，具有优良的耐热性能、耐摩擦性能和力学性能，良好的手感性，可广泛应用于与人体接触的材料，以及汽车、建筑、医疗器械、电缆等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态硫化的硅橡胶/聚氨酯共混热塑弹性体及其制备方法。
技术背景
动态硫化是将热塑性材料(包括热塑弹性体和热塑性塑料)、可硫化的橡胶与硫化剂一起在一定的温度和剪切力的作用下熔融共混，橡胶在这个过程中，被剪切成小颗粒(分散相)分散到热塑性材料(连续相)中，同时橡胶颗粒完成交联，形成热塑弹性体(TPV)。这种材料同时具有较好的性能，以及较低的加工成本。这种制备方法能够获得高交联度橡胶相。因此TPV的力学强度和耐油性较高。美国的Monsanto公司的Coran等(现名Solutia Inc.)开发出PP/EPDM的TPV(US4130535)，并在1980年首次将这种弹性体转化成为商品“Santoprene”。
这种材料具有优良的加工性、橡胶的高弹性、良好的适应性、经济性以及低污染性而得到市场的青睐，现在几乎所有应用橡胶的场合都可以使用Santoprene替换。但是，Santoprene耐热性较低，在有些要求极其耐油，有些耐温要求非常高等环境就限制了这种材料的应用。
聚氨酯热塑弹性体(TPU)由异氰酸酯(单体)与羟基化合物聚合而成，具有良好的耐油性、耐磨性、韧性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围。但是它的耐老化性、以及耐热性较差。TPU能与多种材料共混，形成性能优异的高分子合金材料。使用共混物，不仅可以用挤出、注射等方法成型，而且比TPU更易加工。
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。硅橡胶显著的特征是高低温稳定性，在200℃以上的高温环境下，硅橡胶仍能保持一定的柔韧性、回弹性和表面硬度，且力学性能无明显变化。硅橡胶的耐候耐老化性能也非常突出。但是硅橡胶的力学强度差，只具有中等的耐油、耐溶剂性能。因此，通过动态硫化方法制备硅橡胶/TPU热塑弹性体，将使两者材料的优点互补，得到既耐高温又耐油的热塑弹性体。美国专利US 4500688使用含多个(大等于于2)硅氢键基团的化合物作交联剂，金属铂或其化合物作为催化剂制备了含有少量硅橡胶(硅橡胶用量一般为10％，小于40％)的硅橡胶/TPU动态热塑弹性体。这种弹性体具有良好的力学性能。美国专利US6759487B2使用含多个(大等于于2)硅氢键基团的化合物作交联剂，金属铂或其化合物作为催化剂制备了含有大量硅橡胶(硅橡胶用量一般为大于50％，可高达85％)的硅橡胶/TPU动态热塑弹性体，也能获得具有良好的力学性能的热塑弹性体。中国专利CN102153853A也使用含有多个硅氢键基团的化合物作交联剂，金属铂或其化合物作为催化剂，同时加入了硅改性聚氨酯作为相容剂，制备了硅橡胶/TPU动态硫化热塑弹性体。
过氧化物是一种常见的交联剂，价格便宜，材料易得。不需要使用铂等金属或其盐作为催化剂。到目前为止，尚未见到使用过氧化物作为交联剂制备硅橡胶/TPU热塑弹性体的相关专利报道。本发明提供一种方法，使用便宜易得的过氧化物作为交联剂，制备动态硫化硅橡胶/TPU热塑弹性体。
发明内容
本发明的目的是提供一种力学性能优异、可重复加工的硅橡胶/TPU热塑弹性体及制备方法。
本发明提供一种硅橡胶/TPU热塑弹性体，由硅橡胶、聚氨酯、过氧化物交联剂、组成。该热塑弹性体的组成及含量为：
热塑性聚氨酯弹性体 100重量份
硅橡胶 20～556重量份
反应相容剂 0.01～5重量份
过氧化物 0.1～10重量份
所述的热塑性聚氨酯弹性体为聚醚型热塑性聚氨酯弹性体或聚醚型热塑性聚氨酯弹性体。
所述的硅橡胶为硅橡胶(Silicone Rubber)是一种分子主链由硅原子和氧原子交替组成(—Si—O—Si—)高分子为主的弹性材料,高分子侧链是有机基团，这些有机基团可以是－CH3、－C2H3或－C6H5等，同时每个分子还须含有至少2个或以上的乙烯基。
所述的反应相容剂为硅烷偶联剂。
所述的过氧化物为含有过氧基团-O-O-的有机化合物。
本发明的硅橡胶/TPU热塑弹性体的制备方法包括以下步骤：在密炼机中，150～220℃的共混温度下，将聚氨酯加入到密炼机中，然后加入硅橡胶混炼胶(已经加入SiO2)，共混5分钟后加入相溶剂，再共混2～5分钟后，加入过氧化物交联剂进行动态硫化。动态硫化5～15分钟后得到硅橡胶/TPU热塑弹性体。
本发明采用的硅橡胶为经过填料(气相二氧化硅)填充的硅橡胶，其每个分子中，平均至少具有两个或两个以上的乙烯基。热塑性聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯和/或聚醚型聚氨酯。反应相容剂为具有化学反应活性的硅烷偶联剂，例如γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷等；过氧化物为有机过氧化物，例如2,5-二甲基，2,5-二叔丁基过氧乙烷，1,1-二叔丁基甲基-3,5,5-三甲基环己烷，2,5-二甲基-2,5二(叔丁基过氧)己烷，双三甲基苯过氧化物等。
本发明采用动态硫化技术制备热塑弹性体，共混物在密炼机或双螺杆挤出机提供的剪切力和温度的作用下，过氧化物交联剂对硅橡胶进行交联，并在TPU连续相中分散成微米级粒子。
本发明提供的制备方法，通过反应相容剂与硅橡胶反应，在硅橡胶分子上接上极性基团，相加了硅橡胶与TPU之间的相容性，从而提高了共混物的性能。
本发明采用便宜易得的过氧化物作为交联剂，而不采用现有专利报道的昂贵的含有多个硅氢键的有机硅化合物以及金属铂或其盐催化剂的交联体系。采用这种方法制备的硅橡胶/TPU热塑弹性体加工工艺简单，生产成本低，可以回收重复加工利用。
本发明与一般硫化橡胶相比较，具有不需硫化，可采用挤出的加工方法进行加工，制备的硅橡胶/TPU热塑弹性体具有优异的耐热性能和力学物理性能，可应用于汽车、建筑等行业。并且热塑弹性体手感滑爽，可广泛用于人体皮肤接触的产品。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述和进一步说明，不能理解为是限制本发明的范围。该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1～3将HAAKE流变仪温度设置为190℃，转子转速设置为50rpm，按照表1所标明的配方，将TPU(为万华化学公司生产的聚醚型聚氨酯1580)和硅橡胶(为南京东爵公司生产的NE7170)加入到HAAKE流变仪中，待物料混合均匀后，加入反应相容剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合，待转矩平衡后，加入过氧化物交联剂，共混5分钟。本实施例的过氧化物为2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧己烷。弹性体的物理力学性能列于表2
表1实施例1～4和比较例4热塑弹性体的制备配方
| 物料 | 硅橡胶 | TPU | 相容剂 | 交联剂 |
| 实施例1 | 20 | 80 | 0.0 | 0.4 |
| 实施例2 | 40 | 60 | 0.0 | 0.4 |
| 实施例3 | 50 | 50 | 0.0 | 0.4 |
| 比较例4 | 50 | 50 | 0.0 | 0 |
比较例4按照实施例1～4的制备工艺制备，但是不添加过氧化物交联剂。比较例4的力学性能列于表2。比较实施例3与比较例4，可以看出加入交联剂进行动态硫化后的硅橡胶/TPU热塑弹性体的性能得到改善。
表2实施例1～3和比较例4热塑弹性体的物理力学性能
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例4 | |
| 抗拉强度(MPa) | 23.8 | 12.2 | 9.39 | 6.8 |
| 断裂伸长率(％) | 775 | 612 | 560 | 485 |
| 拉伸永久变形(％) | 65 | 45 | 32 | 42 |
| 邵氏硬度A | 72 | 66 | 68 | 62 |
实施例5～7将HAAKE流变仪温度设置为180℃，转子转速设置为50rpm，按照表3所标明的配方，将TPU(为万华化学公司生产的聚酯型聚氨酯8285)和硅橡胶(为南京东爵公司生产的NE7170)加入到HAAKE流变仪中，待物料混合均匀后，加入反应相容剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合，待转矩平衡后，加入过氧化物交联剂，共混5分钟。本实施例的过氧化物为2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧己烷。弹性体的物理力学性能列于表4
表3实施例5～7和比较例8热塑弹性体的制备配方
| 物料 | 硅橡胶 | TPU | 相容剂 | 交联剂 |
| 实施例5 | 50 | 50 | 0.4 | 0.8 |
| 实施例6 | 50 | 50 | 0.4 | 1.2 |
| 实施例7 | 50 | 50 | 0.4 | 1.6 |
| 比较例8 | 50 | 50 | 0.0 | 1.6 |
比较例8按照实施例5～7的制备工艺制备，但是不添加相容剂。比较例8的力学性能列于表4。
比较实施例3与比较例4，可以看出加入交联剂进行动态硫化后的硅橡胶/TPU热塑弹性体的性能得到改善。从表3和表4可以看出在一定范围里增加交联剂用量，抗拉强度上升，加入相容剂后性能也得到明显增高。
表4实施例5～8和比较例8热塑弹性体的物理力学性能
| 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 比较例8 | |
| 抗拉强度(MPa) | 11.5 | 12.1 | 15.8 | 13.3 |
| 断裂伸长率(％) | 570 | 580 | 512 | 600 |
Claims (8)
1.一种硅橡胶/聚氨酯热塑弹性体，其特征在于：有聚氨酯热塑弹性体(TPU)、硅橡胶、过氧化物交联剂、反应相容剂组成，该热塑弹性体的组成按重量份数为：
2.根据权利要求1所述的制备动态硫化硅橡胶/热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述硅橡胶为经过白炭黑补强的硅橡胶，白炭黑分为气相白炭黑和沉淀白炭黑，所述硅橡胶选用经气相白炭黑补强的硅橡胶。
3.根据权利要求1所述的制备动态硫化硅橡胶/热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述聚氨酯为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体和聚醚型热塑性聚氨酯弹性体的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备动态硫化硅橡胶/热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述交联剂为有机过氧化物，如2，5-二甲基-2,5-叔丁基过氧己烷(DBPH)等。
5.根据权利要求1所述的制备动态硫化有机硅橡胶/热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述相容剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷(KH907)、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备动态硫化有机硅橡胶/热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述有机硅橡胶/热塑性聚氨酯弹性体按质量分数比，所用比例可为：有机硅橡胶：热塑性聚氨酯＝10∶90～70∶30。
7.一种制备权利要求1至6任一项所述的有机硅橡胶/热塑性聚氨酯弹性体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先，将所述份的有机硅橡胶与热塑性聚氨酯弹性体一起加入到密炼机中，熔融共混3～5分钟；
(2)其次，加入所述份数的相容剂共混1～5分钟；
(3)最后，加入所述份数的过氧化物交联剂动态硫化，硫化时间为2～6分钟，压制成标准样条。
8.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述密炼机工艺参数如下：密练温度160～200℃，转速50～90rpm，硫化时间2～6分钟。
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