基于聚硅氧烷-聚乙二醇的两亲聚氨酯弹性体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种聚氨酯弹性体，特别是涉及一种基于聚硅氧烷-聚乙二醇的两亲 聚氨酯弹性体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 两亲聚合物是一种同时兼具亲水性和疏水性的功能高分子材料。由于同时含有化 学性质不同的链段，两亲聚合物表现出一些独特的性能，如PH响应、温度响应及自组装特 性等，因而广泛应用于生物医学、敏感材料和传感器、导电聚合物、防水透湿材料以及膜分 离工程等众多高新技术领域。在疏水性材料中，聚硅氧烷（PDMS)由于其高透氧性、高柔软 性、高透明性、良好的热稳定性、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医学上的应用。因此，对聚硅氧烷进行亲水改性成为最 为活跃的研究领域之一。研究较多的是在PDMS材料表面接枝亲水性物质，该技术的工艺 相对较为复杂，且表面的接枝量不易控制，故改性表面的性能的稳定性不太好。以PDMS为 软段来制备两亲聚氨酯不仅在工艺上容易实现，而且很容易地在很大范围内调节产物的结 构与性能。该类两亲聚氨酯同时具有PDMS材料和聚氨酯材料的优良性能，是一类应用前景 十分广泛的两亲聚合物材料。然而，由于聚硅氧烷与聚氨酯硬段的溶解度参数、极性均相 差较大，容易引起聚氨酯高度相分离，从而导致其机械性能很差。其中，中国发明专利申请 CN1299382A报道了含聚硅氧烷的聚氨酯弹性体组合物，是以PDMS/聚醚大二元醇为软段制 得的聚氨酯弹性体，但其断裂伸长率低于500%。另外，基于聚硅氧烷-聚乙二醇的两亲聚 氨酯弹性体还没有相关文献报道。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种性能优异，合成方法简单的基于聚硅氧烷-聚乙二醇 的两亲聚氨酯弹性体的制备方法。
[0004] 本发明提出的一种基于聚硅氧烷-聚乙二醇的两亲聚氨酯弹性体的制备方法，先 用多异氰酸酯与聚乙二醇反应得端基为异氰酸酯基的聚氨酯预聚体；再加入聚硅氧烷和扩 链剂，制得基于聚硅氧烷-聚乙二醇的两亲聚氨酯弹性体。本发明的基于聚硅氧烷-聚乙二 醇的两亲聚氨酯弹性体体系的工艺容易实现，原料易得，材料组成与结构的可调控性较强。
[0005] 本发明目的通过如下技术方案实现：
[0006] 基于聚硅氧烷-聚乙二醇的两亲聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
[0007] 1)聚氨酯预聚体的合成：将聚乙二醇加热升温至90~130°C，真空脱水，将温度降 至60°C以下；然后，加入多异氰酸酯，使反应体系在70~90°C下反应2~4小时，得到聚氨 酯预聚体；
[0008] 2)两亲聚氨酯弹性体的制备：将聚氨酯预聚体、溶剂、聚硅氧烷、扩链剂和催化剂 混合并搅拌均匀，在60~80°C下反应3~5小时，真空脱泡后倒进聚四氟乙烯模具，真空干 燥，制得基于聚硅氧烷-聚乙二醇的两亲聚氨酯弹性体；
[0009] 以质量分数计，原料组分包括：
[0010] 多异貳酸酯 10~30份 聚乙二醇 15~40份 聚硅氧烷 30~70份 催化剂 0.1-0.3份 扩链剂 0.5-2份 溶剂 20-50份
[0011] 所述的催化剂为有机锡催化剂或叔胺类催化剂。
[0012] 为进一步实现本发明目的，优选地，所述的多异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI)、1，6 -六亚甲基二异氰酸酯（HDI)、甲苯二异氰酸酯（TDI)、二苯基甲烷-4，f -二 异氰酸酯（MDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异 氰酸酯、HDI三聚体、IPDI三聚体、TDI三聚体和MDI三聚体中的一种或多种。
[0013] 优选地，述的聚乙二醇的分子量为400~15000g/mol。
[0014] 优选地，所述的聚硅氧烷为羟基封端聚硅氧烷、氨基封端聚硅氧烷和端羟基聚醚 聚硅氧烷中的一种或多种；聚硅氧烷的分子量为1000~6000g/mol。
[0015] 优选地，所述的扩链剂为1，4 - 丁二醇、一缩二乙二醇、三羟甲基丙烷、乙二醇、丙 三醇、1，4 -环己二醇和间苯二酚羟基醚中的一种或多种。
[0016] 优选地，所述的溶剂为丙酮、甲苯、四氢呋喃、二甲基亚砜、三氯甲烷、N，N-二甲基 甲酰胺和N，N -二甲基乙酰胺中的一种或多种。
[0017] 优选地，所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡和二甲基 环己胺中的一种或两种。
[0018] 优选地，所述的真空干燥的温度为50°C，真空干燥的时间为10~24小时；所述的 真空脱水的时间为1~3小时。
[0019] -种基于聚硅氧烷-聚乙二醇的两亲聚氨酯弹性体，由上述制备方法制得。
[0020] 所述的两亲聚氨酯弹性体的拉伸强度彡5MPa ;断裂伸长率彡700% ;5%热失重的 温度彡260°C ;透湿率为6. 2~16. Ig · m2/h。
[0021] 相对于现有技术，本发明具有以下优点：
[0022] 1)本发明同时将亲水聚乙二醇链段和疏水聚硅氧烷链段引入到聚氨酯体系中，制 备了具有优良的力学性能的两亲聚氨酯弹性体，其断裂伸长率多700%，拉伸强度多5MPa。
[0023] 2)本发明基于聚硅氧烷-聚乙二醇的两亲聚氨酯弹性体，不仅在工艺上容易实 现，而且可以通过调节聚氨酯预聚体和聚硅氧烷的反应量，容易在很大范围内调控产物的 结构与性能。
[0024] 3)本发明所用的原料便宜易得，合成过程无需特殊的条件和设备，合成工艺容易 实现和调控；
[0025] 4)本发明制备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业 品，合成聚氨酯的工艺也较成熟。因此，制备工艺简单易行、成本较低。
【附图说明】
[0026] 图1为实施例1制得的聚氨酯预聚体的红外谱图。
[0027] 图2为实施例1制得的两亲聚氨酯弹性体的红外谱图。
【具体实施方式】
[0028] 为更好地理解本发明，以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但本发 明的实施方式不限于此。
[0029] 实施例1
[0030] 聚氨酯预聚体的合成：以质量分数计，将15份聚乙二醇加入三角烧瓶中，加热升 温至130Γ，真空脱水1小时，将温度降至50°C ;然后加入10份的异佛尔酮二异氰酸酯，使 反应体系在70°C下反应4小时，得到聚氨酯预聚体；
[0031] 两亲聚氨酯弹性体的制备：以质量分数计，将所得全部聚氨酯预聚体与50份的四 氢呋喃、70份的羟基封端聚硅氧烷（Tech -2120,上海泰格聚合物技术有限公司）、0. 5份的 三羟甲基丙烷及〇. 3份的二月桂酸二丁基锡混合并搅拌均匀，在80°C下反应3小时，真空脱 泡后倒进聚四氟乙烯模具，50°C真空干24小时，制得两亲聚氨酯弹性体。
[0032] 图1为本实施例制得的聚氨酯预聚体的红外谱图。从图中可以看出，在2264cm 1 处出现-N_ C _ 0的不对称伸缩振动峰，在1705cm 1处出现氨基甲酸酯中的-C _ 0的伸 缩振动吸收峰，且在1540cm1处出现聚氨酯中的酰胺II的吸收峰，3336cm 1为氨基甲酸酯 中的N-H伸缩振动峰，1090cm 1为聚乙二醇的-C-O-吸收峰。经该红外分析表明确实合成 所设计的聚氨酯预聚体。
[0033] 图2为本实施例制得的两亲聚氨酯弹性体的红外谱图。从图中可以看出，在 1540cm 1处出现聚氨酯中的酰胺II的吸收峰，3336cm 1为氨基甲酸酯中的N-H伸缩振动峰， 1705cm 1S C_0的伸缩振动吸收峰，1090cm 1为聚乙二醇的-C-O-吸收峰，而在1261cm 1 处出现Si-C的吸收峰，1080cm 1为Si-O-Si的伸缩振动吸收峰，778cm 1为Si原子上甲基的 弯曲振动峰。经该红外分析表明确实合成所设