[發(fā)明專利]一種高度剝離的二維納米片增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811441442.4
• 申請(qǐng)日: 2018-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN109535375B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐井水;張玲;李春海;楊海英;伍海芳;張婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東石油化工學(xué)院
• 主分類號(hào): C08G18/66
• 分類號(hào): C08G18/66;C08G18/48;C08G18/42;C08G18/32;C08K9/04;C08K7/00;C08K3/34;C08K3/26;C08K3/04
• 代理公司: 茂名市穗海專利事務(wù)所 44106
• 代理人: 高錫珍

本發(fā)明公開了一種高度剝離的二維納米片增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料的制備方法。通過將納米級(jí)、亞微米級(jí)或微米級(jí)的層狀無機(jī)顆粒攪拌分散于無水溶劑中，然后加入異氰酸酯直接進(jìn)行充分的接枝改性，至反應(yīng)體系不產(chǎn)生氣體，靜置一段時(shí)間后、過濾除去上層溶劑，即獲得改性層狀無機(jī)顆粒；然后與脫水多元醇和熔融異氰酸酯，在75?80℃下繼續(xù)攪拌反應(yīng)得到預(yù)聚體；真空脫泡后加入計(jì)量的脫水?dāng)U鏈劑，快速攪拌一段時(shí)間，迅速倒入預(yù)熱的模具，放入120℃的平板硫化機(jī)中加壓固化，然后將樣品置于鼓風(fēng)烘箱中100℃熟化24小時(shí)，室溫放置一段后，即獲得聚氨酯納米復(fù)合材料。本發(fā)明利用高度剝離的二維納米片不僅可有效增強(qiáng)聚氨酯材料的機(jī)械性能，且對(duì)聚氨酯材料有良好的增韌效果，制備出綜合性能優(yōu)異聚氨酯納米復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚氨酯納米復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種高度剝離的二維納米片增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）是由多異氰酸酯和帶有羥基的聚酯或聚醚二元醇和低分子二元醇擴(kuò)鏈劑，通過逐步加成聚合反應(yīng)制成的線狀或稍有支化或交聯(lián)的高分子材料。TPU分子中既含有柔性軟鏈段又含有剛性硬鏈段，軟鏈段決定了TPU的一些最終性能，如彈性、低溫屈繞性；硬鏈段則顯示的是硬度、彈性模量、脫模性和熱穩(wěn)定性等，硬鏈段通過分子間氫鍵獲得強(qiáng)的物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)，形成微相分離結(jié)構(gòu)，即使無化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出了橡膠彈性，其彈性模量介于塑料和橡膠之間，在較寬的硬度范圍內(nèi)仍能保持較好的彈性；TPU還兼有塑料加工工藝性能，這使得TPU具有強(qiáng)度高、韌性好、耐磨、耐油等優(yōu)異性能，在交通工具、建筑、食品包裝和家電用密封墊等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，TPU存在耐熱性較差、模量低缺點(diǎn)，這些不足已經(jīng)成為聚氨酯彈性體材料在實(shí)際應(yīng)用過程中亟待克服的困惱。

基于此，大量研究者采用各種物理和化學(xué)方法對(duì)聚氨酯彈性體改性，如利用TPU為基體與具有剛性及各向異性的無機(jī)納米顆粒制備的復(fù)合材料成為熱點(diǎn)之一。文獻(xiàn)Synthesis and characterization of polyurethane/organo-montmorillonitenanocomposites. Appl. Clay Sci., 2010, 47: 242-248 中公開了一種聚氨酯/蒙脫土納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)利用丙酮為溶劑、季銨鹽離子交換法改性原料蒙脫土原位合成出熱穩(wěn)定性和硬度均有改進(jìn)的聚氨酯納米復(fù)合材料。

文獻(xiàn)Laponite/聚氨酯納米復(fù)合材料制備及性能研究，高分子學(xué)報(bào)，2013,7,943-949中公開了通過溶劑交換法將無機(jī)Laponite從水相轉(zhuǎn)移到N, N-二甲基乙酰胺中，在超聲波作用下應(yīng)用溶液共混方法制備了熱塑性聚氨酯/Laponite納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)由于所制備材料體系中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的存在，使得其強(qiáng)度、硬度合韌性得到同步提高。

文獻(xiàn)Preparation and properties of PU/MCMMT nanocomposites. Polym.Adv. Technol. 2010, 21, 296-299公開一種利用預(yù)先季銨鹽和異氰酸酯共同作用對(duì)蒙脫土有機(jī)化改性，然后利用原位法制備出聚氨酯納米復(fù)合材料，當(dāng)無機(jī)填料加入量為4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，納米材料的強(qiáng)度提高大約24%相對(duì)于純聚氨酯樣品。

然而，基于現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道中常選用片層結(jié)構(gòu)顆粒蒙脫土作為增強(qiáng)聚氨酯填充料，由于無機(jī)顆粒與聚氨酯基體之間的差的相容性，常采用季銨鹽或與之復(fù)配的改性劑對(duì)其預(yù)先處理獲得有機(jī)蒙脫土顆粒。由此獲得的有機(jī)蒙脫土表面的烷基鏈?zhǔn)欠菢O性的，與聚氨酯體系相容性差，且接枝上的功能團(tuán)被這些非極性的烷基鏈包埋而不能參與聚氨酯的聚合反應(yīng)，從而難以完全實(shí)現(xiàn)納米片均勻分布在聚氨酯基體中，導(dǎo)致制備的復(fù)合材料性能提升不顯著。