[發明專利]大豆油基聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210363456.5
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102838870A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 謝鴻峰;王成雙;程镕時;王龍友;陳明汕
• 申請（專利權）人: 南京大學;南京點金石凹土新材料有限公司
• 主分類號: C08L75/14
• 分類號: C08L75/14;C08K9/02;C08K3/34;C08G18/67
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 黃嘉棟

技術領域

本發明涉及聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料，具體地說，涉及一種大豆油基具有優異力學性能的聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料及其制備方法。

背景技術

聚氨酯作為一類多用途聚合物材料，應用于涂料、膠黏劑、泡沫塑料、彈性體及復合材料和生物醫用材料等領域。由于聚氨酯具有諸多優異的物理性能，如優良的耐磨性能、耐疲勞性、耐化學腐蝕性及高抗沖性、優異的柔順性和極好的阻尼性、生物相容性等而不斷受到重視，正成為一類重要的廣泛應用的材料。但是傳統的聚氨酯材料存在機械強度偏低、不易降解等缺點而限制了其應用范圍。

隨著環境保護和石油資源枯竭兩大難題越來越被重視，研究以可再生資源為原料制備環境友好的聚合物越來越成為關注的焦點。以環氧大豆油作為起始原料，經羥基化作用制得大豆油多元醇，大豆油多元醇的分子鏈較長，交聯密度適中，分子中的搖擺鏈段能有效地提供良好的柔性，以及自身較低的粘度。來源廣泛的大豆油多元醇，是一種極其重要的環保材料，具有生物可降解和生物相容性，因此以豆油醇制備聚氨酯材料不僅具有獨特的性能，而且具有重要的環保和經濟的雙重效益。

凹凸棒土(ATT)是一種層鏈狀結構的水鎂鋁硅酸鹽粘土，其晶體理論化學式為Mg5_Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O。凹凸棒土具有2∶1的層狀結構，其結晶呈針狀、纖維狀集合體，單根纖維晶的直徑在20nm左右，長度可達1μm。該結構特征賦予了凹土獨特的吸附、膠體、填充和抗鹽等物化性能，已在石油、化工、建材、醫藥、農業、環保和涂料等領域得到了廣泛的應用。研究表明，作為納米填料，納米凹凸棒土可以有效地提高聚氨酯的力學性能。來源廣泛的大豆油衍生物制備聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料不僅具有優越的性能，而且由于大豆油的特殊結構使最終產品具有生物可降解性，這也是目前新材料開發中所追求的一個方面，即最終產品具有重要的環保和經濟的雙重效益，已成為當今的熱門研究課題。

發明內容

為了進一步提高聚氨酯(PU)的力學性能，本發明以凹凸棒土(ATT)為納米填料，制備一系列大豆油基聚氨酯復合材料。

一種大豆油基聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料，它是由大豆油多元醇與異佛爾酮二異氰酸酯反應，納米凹凸棒土作為納米填料，納米凹凸棒土的含量為總質量的4-12％，得到的聚氨酯復合材料。

上述的大豆油基聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料，所述的納米凹凸棒土是經酸活化處理的納米凹凸棒土。

上述的大豆油基聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料，所述的大豆油多元醇是由環氧大豆油以甲醇開環得到的大豆油多元醇。

一種制備上述的大豆油基聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料的方法，它包括如下步驟：

步驟1.ATT預處理：將ATT在1M的鹽酸溶液中，80℃下活化1h，活化后水洗、丙酮洗，將濾餅烘干，粉磨成200目，再在流態氣流粉碎機中超微粉粉碎至1250目，得到酸或化處理的凹凸棒土(a-ATT)。

步驟2.稱量配方質量分數的納米凹凸棒土或經酸活化處理的凹凸棒土，加入溶劑丙酮，超聲分散1h，再加入大豆油多元醇，機械攪拌12h后，80℃下除去溶劑丙酮，冷卻后，加入異佛爾酮二異氰酸酯，大豆油多元醇與異佛爾酮二異氰酸酯的異氰酸根的摩爾比為1∶1.1，攪拌均勻，澆鑄到模具中，在90℃/2h和110℃/24h固化，固化后冷卻到室溫脫模，即得到大豆油基聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料。

上述的制備大豆油基聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料，所述的大豆油多元醇是由環氧大豆油以甲醇開環得到的大豆油多元醇。

上述制備大豆油基聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料方法，所述的大豆油多元醇可以用花生油多元醇、玉米油多元醇、棕櫚油多元醇、菜籽油多元醇、蓖麻油多元醇、葵花籽油多元醇或棉籽油多元醇等替代。

上述的大豆油基PU/ATT納米復合材料，當加入12wt％的ATT，PU/ATT復合材料的拉伸強度和楊氏模量分別提高了443％、800％，玻璃化轉變溫度提高了16.8℃。

附圖說明

圖1.大豆油基聚氨酯/凹凸棒土納米復合材料tanδ隨溫度變化曲線。

圖2.大豆油基聚氨酯/酸處理凹凸棒土納米復合材料tanδ隨溫度變化曲線。