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?dú)鈿夥障路磻?yīng)2?3h；待溫度再次降到室溫時(shí)，加入擴(kuò)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(kuò)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(dòng)阻尼、大驅(qū)動(dòng)應(yīng)變等特點(diǎn)，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(guó)內(nèi)也有類似的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(dòng)是利用電場(chǎng)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(dòng)原理是利用離子的擴(kuò)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?gòu)?fù)合材料等種類，不同類型的ΕΑΡ材料具有不同的優(yōu)、缺點(diǎn)，從而應(yīng)用在不同場(chǎng) 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(dòng)器、傳感器、發(fā)電機(jī)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(jí)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(shí)，材料會(huì)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(shí)，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(shí)，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(qiáng)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?dú)鈿夥障路磻?yīng)2-3h;
[0009] 待溫度再次降到室溫時(shí)，加入擴(kuò)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(kuò)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(kuò)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(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)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(shí)施例，對(duì)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(dòng)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(shí)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(gè)實(shí)例測(cè)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(gè)實(shí)例測(cè)試所得應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021 ]本發(fā)明實(shí)施例所述方法通過對(duì)丁腈橡膠進(jìn)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(tuán)的聚氨酯彈性材料，極性基團(tuán)的加入，使 得分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力和極化能力大大增強(qiáng)，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(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)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?dú)鈿夥障路磻?yīng)2_3h;
[0025] 步驟13:待溫度再次降到室溫時(shí)，加入擴(kuò)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(shí)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(kuò)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(kuò)鏈劑可以為1，4-丁二醇(BD0)。
[0031] 下面再以具體的實(shí)例對(duì)上述制備方法及所得到的聚氨酯彈性體材料的性能進(jìn)行 詳細(xì)說明：
[0032]實(shí)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(jì)量好的六亞甲基二異氰酸酯HDI，在氮?dú)鈿夥障路磻?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(shí)例2、制備方法與實(shí)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(shí)例3、制備方法與實(shí)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(duì)上述三個(gè)實(shí)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(jìn)行測(cè)定：
[0039]首先將聚氨酯彈性體材料裁成工作區(qū)長(zhǎng)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(guó)）有限公司的萬能拉力機(jī)。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(guó)Novocontro 1公司的寬頻介電阻抗分析儀。介電阻抗分析儀 測(cè)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(cè)量?jī)x測(cè)定。
[0042]最終測(cè)試結(jié)果，如圖2所示為本發(fā)明所舉三個(gè)實(shí)例測(cè)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(gè)實(shí)例測(cè)試所得應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系，下表1為三 個(gè)實(shí)例測(cè)試所得的體積電阻率對(duì)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(duì)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(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)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(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
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?dú)鈿夥障路磻?yīng)2_3h; 待溫度再次降到室溫時(shí)，加入擴(kuò)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(kuò)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(kuò)鏈劑為1，4_丁二醇(K)O)。
【文檔編號(hào)】C08G18/65GK105885005SQ201610459034
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】梁永日, 陳冠良, 劉力, 溫世鵬
【申請(qǐng)人】北京石油化工學(xué)院, 北京化工大學(xué)