[發明專利]一種聚氨酯納米復合材料的改性方法

在審

• 申請號: 201710728403.1
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107501607A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 張正輝
• 申請（專利權）人: 江蘇海美新材料有限公司
• 主分類號: C08K9/02
• 分類號: C08K9/02;C08K9/06;C08K7/24;C08L75/04
• 代理公司: 南京睿之博知識產權代理有限公司32296
• 代理人: 于淼

技術領域

本發明涉及一種聚氨酯納米復合材料的改性方法，主要用于提高熱塑性聚氨酯的力學性能以及熱穩定性能。

背景技術

目前，熱塑性聚氨酯（TPU）是一類以多異氰酸酯和多元醇反應制得的具有獨特性能的加熱可塑化、可以溶解在一定溶劑中的高聚物。熱塑性聚氨酯（TPU）具有高硬度、高彈性、良好的耐油性以及優異的低溫性能，應用廣泛。但是存在一些明顯的缺點，大大限制了它的應用范圍。強度不高，耐熱性能差，在高溫下易軟化分解，使其機械性能急劇下降，一般情況下，在溫度超過80 ℃時不能長期使用，而短期溫度不能超過120 ℃。

碳納米管（CNTs）具有極高的強度、韌性和彈性模量，主要分多壁碳納米管或單壁碳納米管。單壁碳納米管是由單層圓柱型石墨層構成，直徑分布范圍小、缺陷少，具有較高的均一性；多壁碳納米管具有多層結構，層層之間很容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，因而多壁管的管壁上通常不滿小洞的缺陷。將CNTs作為復合材料增強體，可表現出良好的輕度、彈性、抗疲勞性能等，這有利于復合材料的發展。二氧化鈦不僅明顯改善聚氨酯的力學性能，對彈性體的耐熱性也有一定的提高，而且，加入二氧化鈦后的彈性體還具有耐腐性以及抗菌性。

對聚氨酯的改性研究越來越多，但將多種材料復合在一起，然后再去改性聚氨酯很少見到，對制備的納米材料用γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶聯劑改性，使制備的納米材料與聚氨酯之間形成化學鍵，不是簡單的物理共混，對復合材料性能提高具有重要作用。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種聚氨酯納米復合材料的改性方法，該改性復合材料能很好地改善熱塑性聚氨酯彈性體的力學性能和耐熱性。

技術方案：本發明是一種聚氨酯納米復合材料的改性方法，該聚氨酯復合材料由熱塑性聚氨酯彈性體與改性碳納米管@二氧化硅-二氧化鈦納米材料采用溶溶法復合制備而成；該聚氨酯納米復合材料的改性方法具體如下：

步驟1：取上述的改性碳納米管@二氧化硅-二氧化鈦納米材料，加入到反應器中，

步驟2： 然后加入 DMF溶液，聚醚型熱塑性聚氨酯彈性體TPU，

步驟3：超聲分散后升溫至70-75℃，攪拌3-5h，得到聚氨酯復合材料，

步驟4：將制備的聚氨酯復合材料在80-85℃下減壓脫除DMF溶劑,得改性聚氨酯納米復合材料即改性TPU/MWCNTs@ SiO₂-TiO₂納米復合材料。

其中：

所述的改性碳納米管@二氧化硅-二氧化鈦納米材料是用γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷對碳納米管@二氧化硅-二氧化鈦納米材料制得，碳納米管@二氧化硅-二氧化鈦納米材料是由硅酸四乙酯、鈦酸四丁酯在酸化碳納米管表面水解原位生長制得。

所述的改性碳納米管@二氧化硅-二氧化鈦納米材料的具體制備方法為：

步驟1：將多壁碳納米管MWCNTs加入到砂芯酸化器中，將砂芯酸化器懸空置于含有硝酸的密閉反應釜中，然后升溫至160-170 ℃，酸化4 -5h，

步驟2： 反應結束后冷卻至室溫，除去硝酸溶液，用去離子水洗滌至中性，

步驟3： 60℃真空烘箱干燥后得到酸化碳納米管，

步驟4： 然后取酸化碳納米管加入到反應器中，并加入乙醇和水，超聲分散，用質量分數為25 wt.%～28 wt.%的氨水調節pH至9.0～10.0，

步驟5： 用恒壓滴液漏斗向反應體系中滴加含有正硅酸四乙酯和鈦酸正丁酯的乙醇混合溶液，反應7-8 h，

步驟6： 過濾，用乙醇洗滌三次，然后用去離子水洗滌三次，在60-65 ℃真空烘箱中干燥20-24 h，得碳納米管@二氧化硅-二氧化鈦納米材料（MWCNTs@SiO₂-TiO₂納米材料）；

步驟7：取MWCNTs@ SiO₂-TiO₂納米材料加入乙醇溶液，然后加 γ-(2,3-環氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷KH-560，超聲分散1-2 h后加熱回流3-4 h，

步驟8：冷卻至室溫，過濾，用去離子水洗滌三次，在60-65℃真空烘箱中干燥20-24 h，得改性碳納米管@二氧化硅-二氧化鈦納米材料。