[發明專利]一種改性聚氨酯彈性體的制備方法

無效

• 申請號: 200710042634.3
• 申請日: 2007-06-26
• 公開（公告）號: CN101333280A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: 王國建;董玥;楊姝;許乾慰;李巖;邱軍
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C08G18/28
• 分類號: C08G18/28;C08G18/42;C08G18/48;C08K9/04;C08L75/04;C08K3/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于材料領域，本發明涉及一種經碳納米管改性的聚氨酯彈性體的制備方法。

背景技術

碳納米管不僅具有非常高的強度、優異的電磁性能和熱穩定性等獨特性能，并且碳納米管與高分子材料具有相近的結構。因此通過與碳納米管復合來改善聚合物的性能，具有極高的研究及應用價值。

聚氨酯材料具有高彈性、良好的撓曲性、較高的楊氏模量以及優良的耐磨性能，良好的耐候、耐油、耐脂和耐許多溶劑等優良的性能，此外產品形態多樣、成型工藝簡便，因而被廣泛應用于各行業。但其強度不高，耐熱、耐水、抗靜電等性能差，限制其進一步的應用。通過與碳納米管復合來改善聚氨酯材料的力學、電學、熱學及生物相容性能，可以擴展聚氨酯材料的應用領域。Chen等將碳納米管通過熔融擠出的方式摻入聚氨酯彈性體中，制備得到碳納米管/聚氨酯熱塑性彈性體纖維(Chen?W，Tao?X?M，Liu?Y?Y.待出版Composites?Science?andTechnology，2006)。Kwon等利用溶液共混和原位復合的方法，對碳納米管/聚氨酯和酸化碳納米管/聚氨酯復合材料的各項性能進行了對比(Kwon?J?Y，Kim?H?D.J?Appl?Polym?Sci，2005，96，595.；Kwon?J?Y，Kim?H?D.J?Polym?Sci：Part?A：PolymChem，2005，43，3973-3985.)。他們研究發現，碳納米管對聚氨酯材料的模量、拉伸強度、電導性、抗靜電能力均有所提高，但是原始碳納米管的復合材料斷裂伸長率降低，這是因為未經處理的碳納米管在聚氨酯基體中不能達到良好的分散效果，因此即使其他機械性能有一定幅度的提高，但是斷裂伸長率降低。

微米級長度的碳納米管在聚合物基體中的分散性極差，在最終得到的復合材料中出現不理想的聚集態，互相纏繞的碳納米管線團并不能充分發揮其自身的優勢。另外，要制備性能優異的碳納米管/聚合物復合材料，重要的是在基體中完全分散碳納米管，并創造良好的界面，使碳納米管與基體間具有良好的粘結力，這樣才能將荷載轉移到碳納米管上，并不發生表面滑動，起到增強的效果。為了增加碳納米管與聚合物基體間的界面結合力，需要對碳納米管實施表面修飾，連接上特定的基團。

本發明以同時改善碳納米管在聚氨酯基體中的分散性及兩者界面結合力為目的，制備了一種羥基功能化的碳納米管，這種碳納米管可以在聚氨酯的合成中良好分散在基體中，并起到一定的交聯擴鏈的作用，從而改善碳納米管/聚氨酯復合材料的界面性能，提高聚氨酯彈性體的各項力學性能。

發明內容

現有技術存在碳納米管與復合基體復合的界面作用較弱，得到的碳納米管/聚合物復合材料性能不佳的問題。

本發明的目的是提供一種納米改性聚氨酯彈性體的制備方法。本發明利用的碳納米管表面通過共價鍵連接有一個或多個羥基。

本發明制備的納米改性聚氨酯彈性體是采用原位聚合法，將功能化碳納米管預先分散在多元醇組分中。

本發明制備的功能化碳納米管表面的羥基可以起到一定的交聯擴鏈的作用，功能化碳納米管與聚氨酯基體的界面結合力極大提高，并且羥基的存在很好的改善了碳納米管在聚氨酯基體中的分散性，從而提高碳納米管改性聚氨酯復合材料的各項力學性能。

為達到上述目的，本發明按如下步驟進行：

(1)將有機酸與碳納米管料重量比10～300混合，在50～100kHz超聲波下反應0.5-5小時，加熱至20-60℃回流反應3-8小時。然后用水反復洗至pH＝7。真空干燥得到產物。再用強氧化酸與上述一步酸化的產物以重量比10～150混合，以50～100kHz超聲波處理0.5-5小時，加熱到60-80℃回流溫度下回流1.5-3小時。然后用水反復洗至pH＝7。將產物真空烘干，收集備用。

(2)取經上述酸化的碳納米管1重量份和酰氯化試劑1-200重量份，以50～100kHz超聲波處理10～100分鐘后，加熱到60-80℃回流溫度下攪拌回流20-60小時；過濾并用溶劑洗滌至pH＝7。將產物真空烘干，得到酰氯化碳納米管。

(3)取上述酰氯化碳納米管1重量份和多元醇化合物或聚合物10～1000重量份，溶于200-5000重量份溶劑中，90-120℃條件下冷凝回流攪拌30-60小時，過濾，并用水反復洗至pH＝7。將產物真空烘干，得到羥基功能化碳納米管。