聚氨酯一般具有优异的弹性及耐磨性，而在耐温方面是不怎么具备优势的，即便采用PPDI体系来生产聚氨酯，连续使用环境一般也难超过150度，更别说普通的聚氨酯了。然而在现实工业环境中，很多工况都不是在常温下的，尽可能的提高聚氨酯的耐热性是必要的。

关于聚氨酯耐热性的问题我们在以前也有过介绍，大体从聚氨酯单体分子结构、微相分离的介观结构及填料三个方面来提高聚氨酯耐热性；这次我们以填料为主也就是无机物增强这个角度来一起讨论下。常见的有机聚合物基本是以碳为骨架元素的，由于碳及碳碳共价键键能缘故，往往很难在150度以上长期使用，甚至在更低的温度时碳就被氧化、熔融或分解；而陶瓷是典型的耐高温的，于是人们想着通过引入无机物来提升合成材料的应用温度范围，硅胶耐热更高一些有一部分原因是因为硅氧键的半离子键属性，换句话说这和引入无机元素形成除了共价键外的分子连接来提高相应产品或者树脂材料的内聚能，以达到提高耐温的目的是吻合的。无机物元素既可以接枝到聚合物侧基也可以嵌入到聚合物骨架中，前者只能一定幅度的改善材料的耐温性，要使得耐温进一步提高还是需要引入到骨架中来改变聚合物的本体性质，如何合适的引入，仍然是有机聚合物改性的热点之一。在硅橡胶中一般通过白炭黑来增强，普通橡胶则多添加炭黑来增强。当然聚氨酯也可以添加白炭黑或者炭黑来增加强度，只是增强的效果往往不如硅橡胶那么明显，而且也不好加入或者说分散均匀；可能混练型的MPU聚氨酯可以达到像硅橡胶一样的增强效果，这种类型的聚氨酯比较少见，欢迎从事过的朋友来说明弥补下。显而易见，反应性的树脂通过简单的物理共混来实现无机元素的引入是比较困难的。常见的方法是先对白炭黑进行表面改性，市面上的白炭黑一般有亲水性和疏水性的分类，在下游使用中一般是通过偶联剂来实现目的的，可以选择长型或者短型的偶联剂来达到合适的目的，聚氨酯所用硅烷类居多的。详细的方法可以参考相关专利或者论文，我们没有进行过这方面的实验。若不进行表面处理或者改性，由于本身比表面积很大，一者需要很多的物理外力才能分散到树脂中，另外也容易产生团聚影响效果。我们主要介绍下较为常见的溶胶、凝胶法，也就是先把无机物或者含有目标无机物的前驱体溶解在溶液中，可以是水或者有机溶剂，所选用的有机溶剂极性较大的为好，再加入到聚氨酯树脂中，白炭黑一般是通过正硅酸乙酯的水解或者直接加入来获得，这样的方式可以使得白炭黑较为均匀的分散在树脂材料中且条件也较为温和，其中水解产出的硅醇比例要多做实验进行对比，以相应的溶剂、正硅酸乙酯、硅醇及缩合已经形成一定的凝胶聚合物相互达到一种较为合适的溶液平衡做判断，太早加入聚氨酯树脂由于相容性问题也是难以分布均匀的，而太晚的加入也因为过多的凝胶使得聚氨酯分子难以与白炭黑相互穿插；通过这样的改性可以提高聚氨酯的键合力，变相的增加了聚氨酯的内聚能，其强度、韧性及耐热性都会得到提高，从微观方面来看，纳米级别的白炭黑会弥补或者中和由于氨基甲酸酯及苯环的不饱和性而使得聚氨酯更加结实，耐化学性及光学性能都有所提高，同时杨氏模量也会提升。个人觉得，细小的填料其实可以理解为氢键行为，这样就更容易理解一些，为何对材料增强的同时还可以增加韧性。纳米白炭黑在聚合物材料中可以看做一个物理的交联点，也就是意味着多了一种氢键的连接；由于缓冲或者可逆的原因就可以消耗或者消化与平衡一部分的应力，从而增韧提升抗冲击性；把应力变换成热量的话，就意味着利于耐温性能，当然树脂中过多的白炭黑反而会导致聚氨酯材料性能的下降，直接影响甚至破坏聚氨酯的相分离结构，一般的建议添加量为2%左右。常见的无机填料有：重轻碳酸钙、石膏粉、石英粉、硅微粉、云母粉、炭黑、白炭黑、玻璃粉、钛白粉及立德粉等。

原创： 哆瑞咪 聚氨酯聚合物