[發(fā)明專利]聚氨酯彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 02129016.4
• 申請日: 2002-08-28
• 公開（公告）號: CN1398921A
• 公開（公告）日: 2003-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐濤;竇立巖;趙忠夫;黃葆同
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08K3/34;C08K5/103
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚氨酯彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料，具體地說涉及一種蒙脫土填充聚氨酯彈性體的納米復(fù)合材料。

本發(fā)明還涉及上述復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

采用少量一維納米尺寸的層狀無機組分改性聚合物，可以使聚合物的剛性、強度明顯提高，而材料比重和透明性與聚合物相比基本不變，同時還可大幅度提高聚合物的熱穩(wěn)定性、阻燃性及阻隔性。許多聚合物可以與層狀硅酸鹽形成納米復(fù)合材料，如尼龍6、環(huán)氧樹脂、聚苯乙烯、聚酯、聚丙烯、丁腈橡膠、丁苯橡膠、硅橡膠等。

聚氨酯是一種多功能材料，在許多技術(shù)領(lǐng)域如涂料、粘接劑、纖維、泡沫、橡膠、熱塑彈性體和復(fù)合材料方面有著廣泛的應(yīng)用。通常，改變聚氨酯機械性能的方法有兩種：通過異氰酸酯樹脂與多羥基醇的逐步聚合反應(yīng)改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)；在聚氨酯中加入有機或無機填料。為了減少成本而又能提高其剛性，各種無機填料包括云母、鈣硅石都已得到應(yīng)用。Chemistry?of?materials，1998，10，3769中首先報道了聚氨酯彈性體/粘土納米復(fù)合材料的合成。隨后，Journal?of?Polymer?Science，PolymerChemistry，1999，37，2225中報道了通過在復(fù)合材料中引入少量的聚(ε-己內(nèi)酯)/粘土合成了一種新穎的聚氨酯/粘土納米復(fù)合材料。Polymer，2000，41，1345和Journal?of?Applied?Polymer?Science，2001，82，1444也都有關(guān)于聚氨酯彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料的合成及性能方面的報道。以上報道的共同之處就是采用的都是原位聚合方法。這種方法的優(yōu)點在于更易于得到剝離型的納米復(fù)合材料，從而大幅度提高材料的機械性能，但也有其局限性，所選用的原料和改性后的粘土必須有很好的相容性，如果相容性不好，就只能找到一種合適的溶劑來同時溶解原料和分散粘土，這就不可避免的加大成本和造成環(huán)境污染。Macromolecules，1997，30，6333報道了采用熔融法，借助于增容劑的作用制備聚丙烯/粘土納米復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種聚氨酯彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料。

本發(fā)明的還一目的在于提供上述復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明提供的聚氨酯彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料，由100份聚氨酯彈性體、5～20份增容劑、5～12份有機化蒙脫土、0.5～2份功能性防老化劑1010組成；其中增容劑具有易于與有機化蒙脫土熔融混合分散的性能，加工溫度在150-200℃范圍內(nèi)的官能化聚合物，如馬來酸酐接枝聚丙烯或苯乙烯-馬來酸酐共聚物；功能性防老化劑1010為四[β-(3，5-二特丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇。

本發(fā)明提供的制備方法通過將蒙脫土經(jīng)過陽離子交換反應(yīng)后，再與增容劑插層，并借助增容劑的作用使聚氨酯彈性體與有機化蒙脫土進一步插層復(fù)合，從而形成聚氨酯彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料。其中增容劑不但具有易于與有機化蒙脫土熔融混合分散的特性，同時具備一定的插層能力。主要步驟包括：

(1)有機化蒙脫土的制備：將陽離子交換容量為50～150meq/100g的鈉蒙脫土1～40份，粒徑為1～100μm，在50～2500份去離子水中高速攪拌0.5～10h，形成穩(wěn)定的懸浮體系；將0.1～20份陽離子交換劑加入20～800份去離子水中，再加0.1～60份質(zhì)子化劑，高速乳化，形成分散均勻的乳液；所用的陽離子交換劑是12～18碳的伯胺、仲胺、叔胺或季胺，優(yōu)選十八胺或十六烷基三甲基溴化銨；所用的質(zhì)子化劑為鹽酸、磷酸或硫酸，優(yōu)選鹽酸；上述加熱至50～90℃的懸浮液和乳液在高速攪拌下混合，沉淀，過濾，真空干燥并粉碎得有機化蒙脫土；

(2)納米復(fù)合材料母料制備：將上述經(jīng)過陽離子交換的蒙脫土與增容劑以1∶1～3重量比例在加工設(shè)備上熔融混合，加工溫度150～200℃，混合時間5～30min；將所得產(chǎn)品粉碎，并在40～80℃下真空干燥；

(3)納米復(fù)合材料制備：將上述增容劑插層的蒙脫土10～40份、聚氨酯彈性體100份、功能性防老劑1010?0.5～2份，在加工設(shè)備上熔融混合，加工溫度150～200℃，混合時間5～30min，得到聚氨酯彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料。

本發(fā)明提供的制備方法，通過增容劑對蒙脫土插層作用和增容作用，使得蒙脫土片層以納米級均勻分散于聚氨酯彈性體基質(zhì)中，而且二者之間具有良好的界面粘結(jié)性能，從而進一步提高了聚氨酯彈性體的性能。

具體實施方式