[發明專利]一種聚合物互穿網絡與碳納米管的復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210396954.X
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102863779A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 吳德峰;姚珍;張明
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C08L75/14
• 分類號: C08L75/14;C08L63/00;C08K9/00;C08K7/00;C08K3/04;C08G18/67
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及互穿網絡復合物的制備技術領域。

背景技術

互穿網絡復合物（IPN）是兩種或兩種以上交聯聚合物相互貫穿而形成的交織聚合物網絡，可以看作是以化學的方法來實現聚合物物理共混的一種技術，通過互穿網絡之間強迫互溶實現分子水平上均勻貫穿，從而使復合材料同時具有組成互穿網絡各組分的優良性質。聚氨酯/環氧樹脂互穿網絡復合物是互穿網絡中研究的比較熱門和成熟的領域，聚氨酯/環氧樹脂互穿網絡復合物可以將聚氨酯的高韌性、高彈性和環氧樹脂的高強度、高穩定性能結合起來，從而使復合材料的性能極大的改善，應用領域極大的拓寬。不過制備聚氨酯的聚酯多元醇或聚醚多元醇都強烈依賴于石油資源，這種不可再生性限制了基于聚氨酯的互穿網絡材料的制備和應用。因此，尋求新的、可再生的聚氨酯合成原料亟不可待，而蓖麻油正是這樣一種優異的原料。蓖麻油分子中豐富的羥基和雙鍵為其作為聚氨酯原料的多元醇組分提供了可能，也為進一步改性聚氨酯提供了可能。

碳納米管是近年來涌現出來的一種新型的納米材料。較大的長徑比和優異的力學強度使其成為了高分子材料填充改性的新一代納米填料。如果能夠將碳納米管均勻分散到聚氨酯/環氧樹脂互穿網絡材料中，一方面就有可能利用碳納米管的納米結構增強互穿網絡內部聚氨酯與環氧樹脂兩者的結合；另一方面，碳納米管優異的力學性能還可能提高復合材料的強度；此外，碳納米管的導電性還可能賦予復合材料的一定的導電能力，從而使其具有更廣闊的應用潛能。

但是，碳納米管極大的比表面積使其表面能極高，在高分子基體中不易解離分散。目前常用的熔融共混法或者溶液共混法均不能使碳納米管很好的分散在基體介質中，因此這也制約著碳納米管作為高分子材料，尤其是高分子互穿網絡材料的增強填料的應用。

發明內容

本發明目的是提出一種可提高復合材料中碳納米管的分散均勻度的聚合物互穿網絡與碳納米管的復合材料的制備方法。

本發明的技術方案是：將蓖麻油和碳納米管混合形成懸浮體系；在所述懸浮體系中先采用原位聚合的方法合成碳納米管原位復合的聚氨酯預聚體，然后再將碳納米管原位復合的聚氨酯預聚體與環氧樹脂混合后，在擴鏈劑、催化劑和固化劑的作用下，進一步反應制備即可得到聚合物互穿網絡與碳納米管的復合材料。

本發明首先利用可再生的生物資源——蓖麻油作為合成聚氨酯的原料，然后將碳納米管分散在蓖麻油中成為穩定的懸浮體系，利用原位聚合法制備出聚氨酯預聚體，再進一步與環氧樹脂互穿，制備碳納米管原位復合的基于可再生資源的聚氨酯/環氧樹脂互穿網絡復合材料。利用此法制得的復合材料，碳納米管的分散均勻，材料的玻璃化轉變溫度、拉伸強度以及楊氏模量，特別是高溫下的楊氏模量都顯著提高，與單純的聚氨酯/環氧樹脂互穿網絡材料相比，復合材料的綜合性能更加優異。此外，通過改變碳納米管濃度及其表面官能團，還可以設計和控制互穿網絡復合材料的性能。

本發明的關鍵是：通過原位聚合的方法將碳納米管復合到互穿網絡材料當中，從而改善碳納米管在基體中的分布和分散是本發明技術方案的關鍵。這其中，首先將碳納米管和蓖麻油混合成穩定的懸浮體系，并制備出碳納米管原位復合的聚氨酯預聚體是實現碳納米管在互穿網絡基體中良好分散的關鍵技術。

本發明制得的產品特優是：

（1）通過選著可再生資源蓖麻油作為制備聚氨酯的單體之一，有效緩解了由于石油危機而造成的能源短缺問題，同時，作為一種多官能團化的物質，蓖麻油分子上豐富的雙鍵和羥基為實現聚氨酯的進一步改性提供了可能。

（2）利用互穿網絡技術得到了聚氨酯與環氧樹脂的復合材料，有效結合了兩種材料各自的優點，彌補了作為單一組分的不足；在此基礎上進一步結合了碳納米管的高強度高模量的特點，從而極大的提升了聚氨酯/環氧樹脂互穿網絡的性能。

（3）碳納米管的分散均勻，材料的玻璃化轉變溫度、拉伸強度以及楊氏模量，特別是高溫下的楊氏模量都顯著提高，與單純的聚氨酯/環氧樹脂互穿網絡材料相比，復合材料的綜合性能更加優異。

（4）通過改變碳納米管濃度及其表面官能團，還可以設計和控制互穿網絡復合材料的性能。這不僅為制備納米粒子均勻填充的互穿網絡復合物材料提供了一種方法，也為拓展聚合物互穿網絡材料的應用提供了可能性。

另外，本發明所述蓖麻油和碳納米管的混合質量比為0.2～4︰100。如碳納米管的加入量過少不利于發揮自身的增強效果，但如碳納米管的加入量過大的又會極大的增加混合體系的粘度，使得后期的澆鑄成型不易實施。控制蓖麻油和碳納米管0.2～4︰100的混合質量比則可以在不影響成型的情況下實現較為明顯的增強。