本发明涉及聚氨酯弹性体技术领域，具体公开了一种利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体及其制备方法。
背景技术：
聚氨酯弹性体是一种具有优异的耐磨、耐油、耐撕裂、高强和高弹等性能的合成高聚物，杨氏模量介于橡胶和塑料之间，被广泛应用于国防工业、轻纺工业、交通轨道、油田矿山和医疗器械等领域。
由于组成聚氨酯弹性体化学结构的热分解温度较低，造成聚氨酯弹性体存在热稳定性差、软化温度低等缺点，并且随着社会的发展，应用领域对聚氨酯弹性体的性能有着更高的需求，需要对聚氨酯弹性体的性能进行提高以适应市场要求。
碳纳米管是一种一维的碳材料，其长径比可高达1000以上，碳纳米管中的化学键完全由SP2杂化的C—C键组成，SP2杂化的C—C键结构比金刚石中的SP3杂化的C—C键更强，碳纳米管的机械性能高于现存的所有材料，理论和实验证明，碳纳米管的杨氏模量高达1.2TPa，拉伸强度达到50～200GPa，因此碳纳米管是地球上现存的最强的最坚硬的材料，除此之外，碳纳米管具有优异电性能和热性能。
利用碳纳米管优异的机械和物理性能，将其加入到聚氨酯弹性体中作为增强材料，不仅可以显著提高聚氨酯弹性体的机械性能和热稳定性，还可以赋予聚氨酯弹性体导电和导热的性能，大大拓展聚氨酯弹性体的应用领域。
由于碳纳米管表面极性基团少，在加工过程中难以分散并且碳纳米管和聚氨酯弹性体之间的界面相互作用力很大，导致二者相容性差，获得的聚氨酯弹性体易于开裂。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体及其制备方法，该。
为了实现以上目的及其他目的，本发明是通过包括以下技术方案实现的：一种利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体，包括以下重量份的组分：
A组分：
B组分：
羟基化碳纳米管 3～5份；
分散剂 1～2份。
优选地，所述利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体由以下重量份的组分组成：
A组分：
B组分：
羟基化碳纳米管 3～5份；
分散剂 1～2份。
优选地，所述羟基化碳纳米管为表面羟基化碳纳米管，所述羟基化碳纳米管中羟基的重量含量为4.5-6.5％。
更优选地，所述羟基化碳纳米管中羟基的重量含量为5.5-5.7％。
优选地，所述羟基化碳纳米管的为苏州恒球石墨烯有限公司HQNANO-CNTs-006H。
优选地，所述大分子多元醇包括聚醚多元醇和聚酯多元醇中任意一种或者两种。
更优选地，所述聚醚多元醇选自聚氧化丙烯醚二醇和聚四氢呋喃二醇的一种或两种，聚酯多元醇包括聚已二酸乙二醇酯、聚已二酸乙二醇丙二醇酯、聚已二酸丁二醇酯和聚已内酯的一种或者多种。
优选地，所述多异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的任意一种或者两种。
优选地，所述肟类封闭剂包括甲乙酮肟和环已酮肟中的任意一种或者两种。
优选地，所述催化剂包括有机锌化合物、有机锡化合物、有机碱金属盐、叔胺及其盐化合物中任意一种或多种。
更优选地，所述有机锌化合物选自异辛酸锌、辛酸锌和乙酰丙酮锌中任意一种；所述有机锡化合物选自二丁基月桂酸锡和辛酸亚锡中任意一种；所述有机碱金属盐为乙酸钠。
优选地，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐分散剂。
本发明还公开一种制备如上述所述的利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体的方法，将大分子多元醇、多异氰酸酯及肟类封闭剂在催化剂的作用下的原位聚合，得到封闭型聚氨酯预聚体，然后将羟基化碳纳米管分散在封闭型聚氨酯预聚体，进行再次聚合，得到利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体。
优选地，利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体的制备方法包括以下步骤：
1)按照重量份数将所述大分子多元醇投入反应釜内，在100～110℃下真空脱水1.5-2.5h，然后降温至45-55℃；
2)按照重量份数加入所述多异氰酸酯和所述催化剂，搅拌升温至85-95℃，反应2-5h，然后降温至45-55℃；
3)按照重量份数向反应釜中加入肟类封闭剂，搅拌升温至65-75℃，反应3-6h，得到封闭型聚氨酯预聚体；
4)按照重量份数将将所述羟基化碳纳米管和所述分散剂投入所述封闭型聚氨酯预聚体内，混合均匀，注入模具中，在120-190℃下成型0.5-3h，在35-50℃下保温1-3h，得到利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体。
优选地，步骤1)至步骤4)中的搅拌转速为600-800r/min。
综上所述，本发明提供一种利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体及其制备方法，本发明的有益效果：
本发明采用的羟基化碳纳米管表面含有可与异氰酸根反应的羟基基团，解决碳纳米管与聚氨酯之间相容性差的问题，以碳纳米管作为交联剂，增强聚氨酯弹性体机械性能和热稳定性，同时赋予聚氨酯弹性体导电和导热性。并且，在使用之前本发明以A、B两种组分进行贮存，避免封闭型聚氨酯预聚体与羟基化碳纳米管发生聚合反应，提高贮存时间。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
实施例1
一种利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体，以重量计，包括以下组分：
A组分：聚氧化丙烯醚二醇50份；异佛尔酮二异氰酸酯10份；环已酮肟2.3份；催化剂0.1份。
B组分：羟基化碳纳米管3份；分散剂1份。
制备方法包括以下步骤：
(1)将50份聚氧化丙烯醚二醇投入反应釜，在100℃下真空脱水2h，降温至50℃；
(2)向反应釜中投入10份异佛尔酮二异氰酸酯、0.1份异辛酸锌，搅拌升温至90℃反应3h，降温至50℃；
(3)向反应釜中投入2.3份环已酮肟，搅拌升温至70℃反应5h，得到封闭型聚氨酯预聚体；
(4)将步骤(3)获得的封闭型聚氨酯预聚体与3份羟基化碳纳米管、1份分散剂混合均匀，注入模具中，150℃成型1h，50℃保温2h，得到利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体。
实施例2
一种利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体，以重量计，包括以下组分：
A组分：聚四氢呋喃二醇70份；二苯基甲烷二异氰酸酯17.5份；甲乙酮肟3份；催化剂0.2份。
B组分：羟基化碳纳米管4份；分散剂2份。
制备方法包括以下步骤：
(1)将70份聚四氢呋喃二醇投入反应釜，在110℃下真空脱水2h，降温至50℃；
(2)向反应釜中投入17.5份二苯基甲烷二异氰酸、0.2份乙酰丙酮锌，搅拌升温至80℃反应3h，降温至50℃；
(3)向反应釜中投入3份甲乙酮肟，搅拌升温至70℃反应4h，得到封闭型聚氨酯预聚体；
(4)将步骤(3)获得封闭型聚氨酯预聚体与4份羟基化碳纳米管、2份分散剂混合均匀，注入模具中，130℃成型2h，40℃保温2h，得到利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体。
实施例3
一种利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体，以重量计，包括以下组分：
A组分：聚已二酸乙二醇酯80份；异佛尔酮二异氰酸酯18份；甲乙酮肟3.5份；催化剂0.2份。
B组分：羟基化碳纳米管3份；分散剂2份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将80份聚已二酸乙二醇酯投入反应釜，在110℃下真空脱水2h，降温至50℃；
(2)向反应釜中投入18份异佛尔酮二异氰酸酯、0.2份辛酸亚锡，搅拌升温至90℃反应3h，降温至50℃；
(3)向反应釜中投入3.5份甲乙酮肟，搅拌升温至70℃反应4h，得到封闭型聚氨酯预聚体；
(4)将(3)获得封闭型聚氨酯预聚体与3份羟基化碳纳米管、2份分散剂混合均匀，注入模具中，180℃成型30min，50℃保温3h，得到利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体。
实施例4
一种利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体，以重量计，包括以下组分：
A组分：聚已内酯70份；异佛尔酮二异氰酸酯19份；甲乙酮肟3.5份；催化剂0.2份。
B组分：羟基化碳纳米管3份；分散剂2份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将70份聚已内酯投入反应釜，在110℃下真空脱水2h，降温至50℃；
(2)向反应釜中投入19份异佛尔酮二异氰酸酯、0.2份辛酸亚锡，搅拌升温至90℃反应3h，降温至50℃；
(3)向反应釜中投入3.5份甲乙酮肟，搅拌升温至70℃反应4h，得到封闭型聚氨酯预聚体；
(4)将(3)获得封闭型聚氨酯预聚体与3份羟基化碳纳米管、2份分散剂混合均匀，注入模具中，180℃成型30min，50℃保温3h，得到利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体。
对比例
一种聚氨酯弹性体，以重量计，包括以下组分：聚氧化丙烯醚二醇50份；异佛尔酮二异氰酸酯10份；环已酮肟2.3份；催化剂0.1份。
制备方法包括以下步骤：
(1)将50份聚氧化丙烯醚二醇投入反应釜，在100℃下真空脱水2h，降温至50℃；
(2)向反应釜中投入10份异佛尔酮二异氰酸酯、0.1份异辛酸锌，搅拌升温至90℃反
应3h，降温至50℃；
(3)向反应釜中投入2.3份环已酮肟，搅拌升温至70℃反应5h，得到封闭型聚氨酯
预聚体；
(4)将步骤(3)获得的封闭型聚氨酯预聚体混合均匀，注入模具中，150℃成型1h，50℃保温2h，得到聚氨酯弹性体。
检测结果：
通过国家标准GB/T 1040.1-2006《塑料拉伸性能的测定》对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4获得的利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体以及对比例得到的聚氨酯弹性体进行断裂强度测试，测试结果发现：实施例1、实施例2、实施例3、实施例4获得的利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体分别与对比例得到的聚氨酯弹性体相比较，断裂强度分别提高了87.9％、78.4％、63.5％、70.3％，断裂伸长率分别提高了110.2％、130.5％、98.2％、100.5％。
对比例得到的聚氨酯弹性体的最低分解温度为250℃，而实施例1、实施例2、实施例3、实施例4获得的利用羟基化碳纳米管改性的聚氨酯弹性体的最低热分解温度均能达到310℃，大大提高了聚氨酯弹性体的热稳定性。
综上所述，本发明采用的羟基化碳纳米管表面含有可与异氰酸根反应的羟基基团，解决碳纳米管与聚氨酯之间相容性差的问题，以碳纳米管作为交联剂，增强聚氨酯弹性体机械性能和热稳定性，同时赋予聚氨酯弹性体导电和导热性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。