一种硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于聚氨酯弹性体，具体涉及一种硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、减隔震支座是指建筑物或桥梁为达到减隔震要求而设置的支承装置，在建筑物或桥梁等上部结构与地基之间增加隔震层，起到与地面的软连接，可以把地震80%左右的能量抵消掉。目前广泛使用的是橡胶隔震支座，由多层钢板与天然橡胶交替叠合而成，钢板作为橡胶支座的加劲材料，改变橡胶体竖向刚度较小的特点，使其既能降低水平地震作用，又能承受较大竖向荷载。但是天然橡胶具有弹性好、阻尼隔震性不足的特点，因此需要添加炭黑、阻尼材料等提高天然橡胶的阻尼性能，但是炭黑、阻尼材料等添加到一定数量后，天然橡胶的阻尼性能达到限值不会继续增大。由天然橡胶制备的高阻尼橡胶支座，其等效阻尼比一般在12%~15%，很难达到20%以上；而且天然橡胶的耐老化及耐候性差，长期使用后因材料老化引起隔震支座外观裂纹、力学性能不稳定。

2、相对于天然橡胶，聚氨酯材料具有力学性能高、承载能力强、耐老化及耐臭氧性好、使用寿命长等优点。

3、但是，虽然聚氨酯材料具有优异的耐低温性能，可在-70℃环境性不脆裂，但是在低温环境下，聚氨酯材料性能会发生较大变化，表现为弹性模量升高、柔韧性降低，减隔震支座的竖向及水平方向变形能力降低，甚至发生剪切开裂现象，破坏支座使用性能。

4、以有机硅为软段合成的有机硅—聚氨酯共聚物表现出良好的低温柔顺性和耐候性，目前有机硅改性聚氨酯的方式主要有两种，一种是利用活性羟基封端的聚二甲硅氧烷与聚氨酯形成嵌段共聚物；另一种是利用侧链含有活性基团的聚二甲基硅氧烷与聚氨酯接枝反应形成有机硅—聚氨酯共聚物。前者硅氧烷链段被嵌在聚氨酯主链中，向表面迁移的能力受到主链的牵制，所以为了获得较好的表面改性效果，需要加入大量的聚二甲硅氧烷，从而导致聚氨酯的力学性能下降；后者硅氧烷链悬挂在聚氨酯的主链上，有利于硅原子向表面迁移，能较好的改善聚氨酯的低温柔顺性和耐候性。

5、但是，另一方面，聚氨酯材料还存在内生热大的问题也导致耐候性差，制约着聚氨酯在高频震动条件下的长期使用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料及其制备方法和应用，本发明提供的硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料内生热小、低温环境下弹性模量变化率小、阻尼性能高，适用于作为减隔震支座的基材。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将端羟基聚丁二烯和第一异氰酸酯混合进行缩聚反应，得到缩聚产物；将所述缩聚产物、乙烯基三甲氧基硅烷和引发剂混合发生接枝反应，得到硅氧烷接枝预聚体；

5、将三羟基聚醚和第二异氰酸酯混合进行第一聚合反应，得到聚醚预聚体；

6、将所述硅氧烷接枝预聚体、所述聚醚预聚体、扩链剂和催化剂混合进行第二聚合反应，得到所述硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料。

7、优选的，所述第一异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯和/或1,5-萘二异氰酸酯；

8、所述端羟基聚丁二烯和所述第一异氰酸酯的摩尔比为(20~35):(25~40)；

9、所述缩聚反应的温度为30~55℃，所述缩聚反应的保温时间为1~2.5h。

10、优选的，所述乙烯基三甲氧基硅烷和所述第一异氰酸酯的摩尔比为(50~80):(25~40)；

11、所述接枝反应的温度为75~95℃，所述接枝反应的保温时间为1~3h。

12、优选的，所述引发剂为过氧化苯甲酰；

13、所述引发剂和所述第一异氰酸酯的摩尔比为(0.5~2):(25~40)。

14、优选的，所述第二异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯和/或1,5-萘二异氰酸酯；所述三羟基聚醚包括聚氧化丙烯三醇和/或聚氧化丙烯—氧化乙烯三醇；

15、所述三羟基聚醚和所述第二异氰酸酯的摩尔比为(30~40):(60~75)；

16、所述第一聚合反应的温度为80~110℃，所述第一聚合反应的保温时间为2.5~3h。

17、优选的，所述硅氧烷接枝预聚体以所述第一异氰酸酯的物质的量计算；

18、所述聚醚预聚体以所述第二异氰酸酯的物质的量计算；

19、所述硅氧烷接枝预聚体和所述聚醚预聚体的摩尔比为(25~40):(60~75)；

20、所述第二聚合反应的温度为室温，所述第二聚合反应的时间为20~40min。

21、优选的，所述扩链剂为3,3'-二氯-4,4'二苯基甲烷二胺；所述扩链剂与所述第一异氰酸酯和第二异氰酸酯之和的摩尔比为(10~20):100；

22、所述催化剂为二月桂酸二丁基锡和/或辛酸亚锡；所述催化剂与所述第一异氰酸酯和第二异氰酸酯之和的摩尔比为(0.1~0.5):100。

23、本发明提供了一种硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料，所述硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料由上述技术方案所述的制备方法制备得到；所述硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料的分子结构包括主链结构和支链结构，所述主链结构中含有异氰酸酯单元、三羟基聚醚单元和端羟基聚丁二烯单元；所述异氰酸酯单元和所述三羟基聚醚单元形成立体网状结构；

24、所述支链结构中含有乙烯基三甲氧基硅烷单元。

25、本发明提供了一种硅氧烷接枝聚氨酯弹性体减隔震支座，由上述技术方案所述的硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料制备得到。

26、本发明提供了一种硅氧烷接枝聚氨酯弹性体减隔震支座的制备方法，包括以下步骤：

27、将上述技术方案所述的硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料在模具中反应成型，脱模后得到聚氨酯成型体；

28、将所述聚氨酯成型体熟化，得到所述硅氧烷接枝聚氨酯弹性体减隔震支座。

29、本发明提供了一种硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：将端羟基聚丁二烯和第一异氰酸酯混合进行缩聚反应，得到缩聚产物；将所述缩聚产物、乙烯基三甲氧基硅烷和引发剂混合发生接枝反应，得到硅氧烷接枝预聚体；将三羟基聚醚和第二异氰酸酯混合进行第一聚合反应，得到聚醚预聚体；将所述硅氧烷接枝预聚体、所述聚醚预聚体、扩链剂和催化剂混合进行第二聚合反应，得到所述硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料。本发明通过上述方法成功在聚氨酯分子结果中引入端羟基聚丁二烯和三羟基聚醚，端羟基聚丁二烯的分子长链为非极性结构，三羟基聚醚的内聚能较弱，分子间作用力较小，因此本发明通过在分子结构中引入端羟基聚丁二烯和三羟基聚醚，显著降低了聚氨酯由于分子中含有大量的极性基团和氢键，分子间作用力较大导致的内生热大的弊端，同时，三羟基聚醚与异氰酸酯反应生成立体网状结构聚氨酯，提高聚氨酯力学性能，起到增加聚氨酯承载能力的作用，且增加聚氨酯弹性体分子链间运动阻力，提高聚氨酯弹性体的阻尼性能。第二，本发明在聚氨酯弹性体主链中引入端羟基聚丁二烯，在侧链上接枝引入硅氧烷，端羟基聚丁二烯的玻璃化温度低，由其制备的聚氨酯弹性体材料具备更好的低温性能，但是因端羟基聚丁二烯分子含有双键，老化性能变差，本发明用乙烯基三甲氧基硅烷与端羟基聚丁二烯分子中的双键发生聚合反应，不仅减少了因存在双键而产生的老化风险，在保持聚氨酯弹性体材料优异低温的同时，提高弹性体材料的老化性能；而且在不影响聚氨酯弹性体材料力学性能和阻尼性能基础上进一步降低聚氨酯弹性体材料在低温状态下的弹性模量和硬度变化率，提高聚氨酯材料低温变形性能。综上，本发明提供的制备方法得到的硅氧烷接枝聚氨酯弹性体材料内生热小、低温环境下弹性模量变化率小、阻尼性能高，适用于作为减隔震支座的基材。