[發明專利]含硫、含氮烷烴增強增韌鋁粉/聚氨酯復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 99114246.2
• 申請日: 1999-06-03
• 公開（公告）號: CN1098897C
• 公開（公告）日: 2003-01-15
• 發明（設計）人: 薛奇;陸云;蔡健峰;李風亭;杜磊
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08K3/08
• 代理公司: 南京蘇高專利事務所
• 代理人: 巫士華

本發明屬于聚合物基復合材料研究領域。

聚合物-金屬復合材料界面及界面相的分子設計是高技術領域中的重要研究課題。界面分子的相互作用不僅要將填料與基體牢固結合在一起，還要能傳遞應力(如拉伸力、沖擊力等)。傳統的硅烷偶聯劑在復合材料的研制中起了重要作用。但由于硅烷偶聯劑處理層形成的交聯網絡脆性較大，在許多復合材料體系中不太適用。如果僅僅從酸堿作用或化學鍵合作用來設計界面結構，是滿足不了同時提高強度和韌性的要求的。對聚合物-金屬復合材料，例如金屬剛性粒子填充聚合物體系或金屬板與聚合物膜復合體系，界面如果太薄且缺乏韌性，則在材料受到應力時將不能很好地吸收或分散其能量，而導致界面的脆裂。因此，在界面引入柔性界面相，便可降低界面脫落及引發銀紋的危險，促使材料優先發生基體屈服，從而大幅度地提高材料的韌性。與此同時，由于剛性粒子的強化效應在一定程度上得到保留，因此可望同時改善復合材料的強度和韌性。

長期以來，國防科研中的重要復合體系--固體燃料火箭推進劑中鋁粉填充聚氨酯復合體系的界面處理一直是人們花大力氣研究的課題。60年代以來，已推出了氮丙啶類、酰胺類、有機硅氧烷類、鈦酸酯類等偶聯劑體系用于固推劑的界面處理，使其力學強度大為改善，但其韌性差的問題始終未得到解決，使其在實際應用中受到很大的限制。

(參考文獻：盧錫年、張芮、李國琛，高分子材料形變損傷與破壞學術討論會論文集，61，1994；唐漢祥，推進技術，6，1990。)

本技術發明的目的

為鋁粉填充聚氨酯復合體系提供有效的偶聯劑，在鋁粉粒子表面形成一層既具反應性又有一定柔性的界面相，由此使其在與聚氨酯復合時能與大分子相容并產生纏結，或直接參與固化反應而形成界面化學鍵，還能提供適當的柔性相，使增強粒子韌化，提高鋁粉增強聚氨酯復合材料的韌性。

本發明制備方法

本發明將4，4’-二氨苯基二硫化物、2，2’-二羧基苯基二硫化物、ω-巰基烷基醇(R＝C₆-C₁₃)、5-羧基苯并三唑及月桂酸咪唑啉等作為偶聯劑配成1×10^-3M的乙醇溶液。將鋁粉在0.01M的鹽酸溶液中刻蝕5分鐘，然后取出洗凈并干燥后，浸泡于上述偶聯劑溶液中20分鐘。取出晾干后以60％的重量比與TDI、1，2，6-己三醇、鄰苯二甲酸二辛酯及端羥基聚丁二烯混合固化制得鋁粉填充聚氨酯復合膜。

本發明所具備的優點

本發明中，選擇不同鏈長、帶不同活性端基的含硫、含氮烷烴來處理鋁粉。利用硫原子或氮原子對金屬的配位作用可使其分子的一端化學吸附在金屬表面，利用其垂直于金屬表面的另一端的不同活性的官能團(例如-NH₂、-COOH、-OH等)又可將基體聚氨酯樹脂通過與官能團的化學反應而牢固地結合到金屬表面。由此形成的柔性界面相可大大增加鋁粉和聚氨酯之間的相容作用，保證鋁粉在基體中的均勻分散，消除了弱邊界層，使界面變得更牢固。同時，還能在鋁粉表面起到彈簧的作用，更好地在分散相和基體之間吸收和傳遞能量、松弛內應力，使強度和韌性同時得到提高。與同比例未處理鋁粉填充體系相比，用含硫、含氮烷烴表面處理鋁粉填充聚氨酯復合膜的強度可增加20％以上，韌性提高4-6倍以上。其中，4，4’-二氨苯基二硫化物處理的體系強度增加66％，韌性提高了3.8倍；月桂酸咪唑啉處理的體系強度增加23％，韌性提高了10倍。

本發明最佳實施例：

例1.用4，4’-二氨苯基二硫化物作為偶聯劑處理的鋁粉填充聚氨酯復合膜的制備

將鋁粉先在0.01M的鹽酸溶液中浸5分鐘，然后用蒸餾水和丙酮洗滌，室溫干燥后，在1×10^-3M的4，4’-二氨苯基二硫化物的乙醇溶液中浸泡20分鐘，同時攪拌。取出晾干后，按鋁粉含量60％(重量比)與TDI、1，2，6-己三醇、鄰苯二甲酸二辛酯及端羥基聚丁二烯混合涂覆成膜，在60℃固化90小時。拉伸性能根據GB1039-92在INSTRON-4416萬能材料測試儀上進行測定，拉伸速度50mm/min，濕度(％)：40，溫度：10℃。測試結果如下：拉伸應力：1.035MPa，比未處理的鋁粉填充聚氨酯膜增加66.1％，拉伸應變：542.1％，比未處理的鋁粉填充聚氨酯膜增加3.84倍。

例2.用月桂酸咪唑啉作為偶聯劑處理鋁粉填充聚氨酯復合膜的制備