[發(fā)明專利]無鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310059713.0
• 申請(qǐng)日: 2013-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN103102467A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張獻(xiàn);薛萌;陳洪蓮;田興友;包超;鄭康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): C08G18/77
• 分類號(hào): C08G18/77;C08G18/76;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/32
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 任崗生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合材料的制備方法，尤其是一種無鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

籠形倍半硅氧烷（POSS）是一種新型的有機(jī)無機(jī)納米雜化體系，它是以無機(jī)的Si-O組成籠形骨架，三維尺寸在1～2nm左右，外圍則有與Si原子相連接的有機(jī)基團(tuán)包圍著內(nèi)核。無機(jī)的硅氧骨架賦予了聚合物基體良好的耐熱和機(jī)械性能，還能起到增強(qiáng)增韌的效果，外圍的有機(jī)基團(tuán)則能改善POSS與聚合物基體的相容性。POSS的這種獨(dú)特性能已使其成為制備高性能聚合物材料的首選填充材料，如中國發(fā)明專利申請(qǐng)CN?102617823?A于2012年8月1日公布的“一種羥基籠形倍半硅氧烷改性聚氨酯的制備方法”。該發(fā)明專利申請(qǐng)文獻(xiàn)公開的制備方法為先在催化劑存在和氮?dú)夥毡Ｗo(hù)的條件下將二異氰酸酯與聚醚二元醇反應(yīng)制得預(yù)聚體，再加入1,4-丁二醇和羥基籠形倍半硅氧烷作為擴(kuò)鏈劑充分反應(yīng)，通過化學(xué)鍵合改性，獲得產(chǎn)物。然而，這種制備方法存在著不足之處，首先，產(chǎn)物的阻燃性相比于純聚氨酯沒有得到實(shí)質(zhì)性的改變，不能將其用于阻燃領(lǐng)域；其次，制備方法不僅繁瑣，還不能獲得具有阻燃性能的改性聚氨酯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種具有阻燃功能的無鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法。

為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為：無鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法采用水熱法，特別是完成步驟如下：

步驟1，先向濃度為10～20%的納米籠形倍半硅氧烷N,N-二甲基甲酰胺溶液中加入二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI），并于70～90℃下攪拌8～12h，其中，二苯基甲烷二異氰酸酯與納米籠形倍半硅氧烷N,N-二甲基甲酰胺溶液中的納米籠形倍半硅氧烷的重量比為1～5：9～11，得到改性籠形倍半硅氧烷溶液，再將改性籠形倍半硅氧烷溶液置于70～90℃下進(jìn)行干燥處理，待溶劑N,N-二甲基甲酰胺（DMF）揮發(fā)后對(duì)其進(jìn)行研磨和過1000目篩，得到改性籠形倍半硅氧烷粉末；

步驟2，先按照重量比為98～102：1～15：250～400的比例將聚四氫呋喃醚二醇（PTMG）、改性籠形倍半硅氧烷粉末和N,N-二甲基甲酰胺混合，并于50～60℃下攪拌0.2～1h，得到混合溶液，再將二苯基甲烷二異氰酸酯滴加到65～80℃下的混合溶液中，其中，二苯基甲烷二異氰酸酯與混合溶液中的聚四氫呋喃醚二醇的重量比為10～15：98～102，得到改性混合溶液；

步驟3，先向50～60℃下的改性混合溶液中加入1,4-丁二醇反應(yīng)1～6h，其中，1,4-丁二醇與改性混合溶液中的聚四氫呋喃醚二醇的重量比為0.5～1：98～102，得到反應(yīng)液，再將反應(yīng)液置于容器中，于50～60℃下干燥固化10～20h，制得無鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料。

作為無鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的納米籠形倍半硅氧烷的粒徑為1～2nm；所述的納米籠形倍半硅氧烷為納米苯基籠形倍半硅氧烷，或納米乙烯基籠形倍半硅氧烷，或納米八（三甲基硅烷基）籠形倍半硅氧烷；所述的步驟3中的容器為模具。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，分別對(duì)采用制備方法制得的目標(biāo)產(chǎn)物的斷面和其燃燒過后的殘?zhí)渴褂脪呙桦婄R進(jìn)行表征，由其結(jié)果可知，目標(biāo)產(chǎn)物由基體——聚氨酯和均勻分布于其中的納米籠形倍半硅氧烷構(gòu)成；其中，納米籠形倍半硅氧烷的粒徑為1～2nm。目標(biāo)產(chǎn)物燃燒過后的殘?zhí)繛榧{米籠形倍半硅氧烷與基體共同形成了致密的熔融阻隔層，這種熔融阻隔層的存在極大地降低了目標(biāo)產(chǎn)物的燃燒速度，大大地改善了目標(biāo)產(chǎn)物的阻燃性能。其二，對(duì)制得的目標(biāo)產(chǎn)物分別使用氧指數(shù)儀和水平垂直燃燒儀進(jìn)行阻燃性能測(cè)試，結(jié)果如表1所示：