[發明專利]納米SiO2改性PVA-EP-PU互穿聚合物網絡復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410625127.2
• 申請日: 2014-11-07
• 公開（公告）號: CN104327493A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 杜正銀;武俊成;車富壽;雷自強
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: C08L75/14
• 分類號: C08L75/14;C08L29/04;C08L63/00;C08K3/36;C08G18/67;C08G18/10
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 李艷華

技術領域

本發明涉及高分子材料領域中互穿聚合物網絡材料，尤其涉及納米SiO₂改性PVA-EP-PU（聚乙烯醇-環氧樹脂-聚氨酯）互穿聚合物網絡復合材料的制備方法。

背景技術

聚乙烯醇（PVA）是一種重要的水溶性聚合物，其透明性好，力學性能優良，耐油，耐溶劑，不帶靜電，印刷性及阻隔性良好，在薄膜包裝行業具有廣闊的發展前景。環氧樹脂（EP）具有良好的電性能、化學穩定性、黏接性和加工性，在機械、電氣、電子、航天航空等領域有著重要的應用。環氧樹脂最大的弱點是固化后質脆、耐沖擊性較差并容易開裂。聚氨酯（PU）是一類含極性氨基甲酸酯重復鏈段的高分子化合物，具有耐磨、耐高溫、耐腐蝕、密封、隔音、加工性能好、可降解等優異性能，廣泛用作膠黏劑、涂料、防水材料和生物醫藥材料等方面。以聚氨酯作為一種組分與環氧樹脂混合，環氧樹脂中具有可與異氰酸酯基反應的羥基，使聚氨酯與環氧樹脂聚合并交聯，形成性能優異的互穿聚合物網絡（IPNs）材料，這種互穿聚合物網絡結構不僅可以改善聚氨酯的粘接性能，提高其剛性，同時可以明顯改善環氧樹脂的韌性。但是目前尚未見有聚乙烯醇-環氧樹脂-聚氨酯三元互穿聚合物網絡的報道。

納米粒子由于具有量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應、表面與界面效應等特點而在聚合物改性領域得到了廣泛應用。一直以來，研究人員對無機納米粒子改性有機聚合物方面取得了一定的成果。二氧化硅（SiO₂）又稱白炭黑，在橡膠加工行業中廣泛作為填充增強劑。納米二氧化硅由于具有諸多優良性能，如小尺寸效應，界面效應，光電特性，高溫下具有高強、高韌性，穩定性好，制備簡單，原料易得，因而近來得到了廣泛應用。研究表明納米二氧化硅與聚合物分子鏈之間會形成纏結結構，從而對聚合物的性能產生明顯影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種易于實施、所得產品性能優良的納米SiO₂改性PVA-EP-PU互穿聚合物網絡復合材料的制備方法。

為解決上述問題，本發明所述的納米SiO₂改性PVA-EP-PU互穿聚合物網絡復合材料的制備方法，包括以下步驟：

⑴在1300~1500轉/分鐘的速率攪拌下，將0.01~0.05kg納米二氧化硅加入到100~300mL蒸餾水中，攪拌1~2h，配制成二氧化硅懸浮液；

⑵在1300~1500轉/分鐘的速率攪拌下，將0.15~0.25kg聚乙烯醇加入到200~500mL蒸餾水中，升溫至80~90℃使其溶解，制成聚乙烯醇溶液；

⑶在溫度為80~100℃的條件下，將所述二氧化硅懸浮液全部加入到所述聚乙烯醇溶液中，以1400~1600?轉/分鐘的速率攪拌，1.5~2.5小時后冷卻至室溫，然后超聲輻射20~40分鐘，得到混合液；所述混合液于水平潔凈的玻璃板上流延成厚度為0.3~0.5mm的聚乙烯醇-二氧化硅薄膜，室溫干燥20~28小時后揭膜，在70~90℃的烘箱中干燥3~5小時，即得干燥聚乙烯醇-二氧化硅膜；

⑷將所述干燥聚乙烯醇-二氧化硅膜剪碎后溶解在干燥的二甲亞砜中，再加入環氧樹脂，攪拌均勻，在70~90℃下超聲輻射0.5~1.5小時，然后機械攪拌8~12小時，得到聚乙烯醇-二氧化硅-環氧樹脂溶液；所述干燥聚乙烯醇-二氧化硅膜與所述二甲亞砜的的比例為0.15~0.25kg：100~500mL；所述環氧樹脂與所述二甲亞砜的比例為0.15~0.25kg：100~500mL；

⑸將蓖麻油加入到N,N-二甲基甲酰胺中，并加熱至100~140℃，在機械攪拌下抽真空20~40分鐘后干燥除水，然后降溫至40~60℃，在氮氣保護下滴加甲苯-2,4-二異氰酸酯，于50~70℃下反應1~2小時，得到聚氨酯預聚體，以石油醚洗去未反應的甲苯-2,4-二異氰酸酯，其后在真空下脫氣三次，在50~70℃溫度下干燥至恒重，即得干燥的聚氨酯預聚體；所述蓖麻油與所述N,N-二甲基甲酰胺的比例為0.2~0.3kg：300~700mL；所述蓖麻油與所述甲苯-2,4-二異氰酸酯的比例為0.2~0.3kg：0.3~0.42kg；

⑹將所述聚乙烯醇-二氧化硅-環氧樹脂溶液與所述聚氨酯預聚體混合后，在50~70℃下機械攪拌1~2?h，然后迅速加入交聯劑DMP-30，繼續攪拌至復合物固化，固體在70~90℃下真空脫氣、干燥10~14小時，即得到納米SiO₂改性PVA-EP-PU互穿聚合物網絡復合材料；所述DMP-30加入量為環氧樹脂質量的1~2%。

所述步驟⑴中的納米二氧化硅的平均粒徑為20~50納米。