一种硅微粉改性聚氨酯弹性体及其制备方法和应用与流程

本发明涉及聚氨酯改性，尤其涉及一种硅微粉改性聚氨酯弹性体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚氨酯具备优异的弹性、粘接性与力学性能，被广泛应用于工业密封、电子防护以及建筑防水等领域。但是，传统的聚氨酯存在明显短板：聚氨酯分子链中的氨基甲酸酯键易在高温、高湿环境下发生水解断链，导致聚氨酯的吸水率升高、力学强度衰减、尺寸变形、绝缘性能下降，极大降低了其在湿热严苛工况下的使用寿命。

2、针对上述问题，技术人员开发了一系列改性方法，例如，目前常采用气相二氧化硅、普通研磨硅微粉作为填料，对聚氨酯进行改性。但是，气相二氧化硅的表面羟基含量极高，亲水性强，会引入大量界面水汽通道，加剧聚氨酯体系吸水水解；普通研磨硅微粉的表面缺陷多、羟基残留量大、堆积致密性差，耐湿热提升效果有限，且易造成聚氨酯体系黏度激增、分散不均。

3、球形硅微粉是一种经高温熔融球化制备得到的硅微粉，具备表面缺陷少、羟基含量极低、堆积致密、流动性优异、吸水率低的特点，是提升聚氨酯耐湿热性能的理想填料。通过对球形硅微粉进行湿法改性，使其具备良好的改性效果。但是湿法改性的球形硅微粉也存在一些问题，例如改性不均，且直接共混的改性方式仅为简单物理掺杂，填料与聚氨酯的界面结合力弱，湿热环境下易出现界面脱粘或水汽渗透的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种硅微粉改性聚氨酯弹性体及其制备方法和应用，本发明提供的硅微粉改性聚氨酯弹性体，耐湿热、耐水解与尺寸稳定性大幅提升。

2、本发明提供了一种硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：

3、（1）将硅烷偶联剂雾化喷洒在干燥的球形硅微粉表面进行干法原位改性后熟化，得到氨基改性球形硅微粉；

4、（2）将氨基改性球形硅微粉和二异氰酸酯混合进行原位接枝反应，得到硅微粉接枝异氰酸酯；

5、（3）将硅微粉接枝异氰酸酯和软段二元醇混合依次进行柔性改性反应、与扩链交联剂进行扩链反应、熟化和固化，得到硅微粉改性聚氨酯弹性体。

6、优选的，硅烷偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷（kh-550）、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷（kh-792）和3-苯胺基丙基三甲氧基硅烷（kbm-573）中的一种或几种。

7、优选的，雾化喷洒的时间为5~30分钟；雾化喷洒在搅拌条件下进行；搅拌条件的转速为50~150rpm。

8、优选的，球形硅微粉使用前进行干燥后冷却；干燥的温度为110~120摄氏度，保温时间为2~3小时。

9、优选的，球形硅微粉的粒径为1~10微米，羟基密度不高于1.0个/nm2。

10、优选的，硅烷偶联剂和球形硅微粉的质量比为0.028~0.2:5~20；球形硅微粉和二异氰酸酯的质量比为5~20:15~45。

11、优选的，干法原位改性包括依次进行的升温改性阶段和保温改性阶段；升温改性阶段在搅拌条件下进行，搅拌条件的转速为50~150rpm；升温改性阶段的升温速率为3~8℃/min；保温改性阶段在搅拌条件下进行，搅拌条件的转速为200~300rpm；保温改性阶段的温度为100~115摄氏度，时间为40~60分钟。

12、优选的，二异氰酸酯包括六亚甲基二异氰酸酯（hdi）、异佛尔酮二异氰酸酯（ipdi）、二环己基甲烷二异氰酸酯（hmdi）和1,4-环己烷二异氰酸酯（chdi）中的一种或几种。

13、本发明还提供了一种硅微粉改性聚氨酯弹性体，采用上述方案硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法制备得到。

14、本发明还提供了上述方案硅微粉改性聚氨酯弹性体在工业密封领域、电子封装领域或建筑防水领域中的应用。

15、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

16、本发明采用干法改性球形硅微粉，通过异氰酸酯单体与干法改性球形硅微粉的表面氨基、残留羟基优先化学键合，构建无机-有机共价连接界面，再分步接入软段二元醇、扩链交联剂完成聚氨酯聚合，让无机填料参与聚氨酯分子链构建，实现化学结合而非物理掺杂，从根源上封堵界面亲水通道，大幅提升了聚氨酯的耐湿热、耐水解与尺寸稳定性。具体如下：

17、1）耐湿热老化性能大幅提升：采用低羟基的球形硅微粉，表面亲水基团少、结构致密，从源头减少体系吸湿缺陷，提升界面湿热稳定性，进一步搭配干法改性封闭表面残留亲水羟基，减少吸水点位，同时接枝氨基活性基团，填料与基体相容性更好；化学键合消除界面微孔，阻隔水汽侵入，有效缓解聚氨酯分子链在高温高湿下的水解降解，提升老化后力学强度与尺寸稳定性。

18、2）强化相间界面结合力，改善聚氨酯的整体结构稳定性：摒弃简单物理共混，干法改性球形硅微粉以共价键嵌入聚氨酯分子主链，填料成为高分子网络一体结构，形成硅微粉-共价键-聚氨酯一体化界面，消除界面孔隙与水汽渗透通道，彻底改善界面脱层、脱粘缺陷，材料整体结构稳定性与使用寿命显著增强。

19、3）制备方法步骤简单、环保，产品批次稳定性强：干法改性不使用有机溶剂，无残留污染，解决了粉体团聚和改性不均问题；分步聚合反应可控，成品性能均一，批次偏差小，适配工业化大规模生产。

20、4）综合性能优良，适用工况范围广泛：凭借填料屏蔽效应、强键合界面与耐水解链段协同作用，克服传统聚氨酯湿热易形变、性能下滑的短板，兼顾力学、疏水、抗老化特性，适用于电子灌封、防水密封、户外弹性体等高湿热作业场景。

1.一种硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1的硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，硅烷偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷和3-苯胺基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

3.根据权利要求1的硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，雾化喷洒的时间为5~30分钟；雾化喷洒在搅拌条件下进行；搅拌条件的转速为50~150rpm。

4.根据权利要求1的硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，球形硅微粉使用前进行干燥后冷却；干燥的温度为110~120摄氏度，保温时间为2~3小时。

5.根据权利要求1的硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，球形硅微粉的粒径为1~10微米，羟基密度不高于1.0个/nm2。

6.根据权利要求1的硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，硅烷偶联剂和球形硅微粉的质量比为0.028~0.2:5~20；球形硅微粉和二异氰酸酯的质量比为5~20:15~45。

7.根据权利要求1的硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，干法原位改性包括依次进行的升温改性阶段和保温改性阶段；升温改性阶段在搅拌条件下进行，搅拌条件的转速为50~150rpm；升温改性阶段的升温速率为3~8℃/min；保温改性阶段在搅拌条件下进行，搅拌条件的转速为200~300rpm；保温改性阶段的温度为100~115摄氏度，时间为40~60分钟。

8.根据权利要求1的硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，二异氰酸酯包括六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和1,4-环己烷二异氰酸酯中的一种或几种。

9.一种硅微粉改性聚氨酯弹性体，其特征在于，采用权利要求1~8任一项硅微粉改性聚氨酯弹性体的制备方法制备得到。

10.一种硅微粉改性聚氨酯弹性体在工业密封领域、电子封装领域或建筑防水领域中的应用，其特征在于，硅微粉改性聚氨酯弹性体为权利要求9的硅微粉改性聚氨酯弹性体。