[发明专利]一种聚氨酯纳米复合材料的改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯纳米复合材料的改性方法，主要用于提高热塑性聚氨酯的力学性能以及热稳定性能。

背景技术

目前，热塑性聚氨酯（TPU）是一类以多异氰酸酯和多元醇反应制得的具有独特性能的加热可塑化、可以溶解在一定溶剂中的高聚物。热塑性聚氨酯（TPU）具有高硬度、高弹性、良好的耐油性以及优异的低温性能，应用广泛。但是存在一些明显的缺点，大大限制了它的应用范围。强度不高，耐热性能差，在高温下易软化分解，使其机械性能急剧下降，一般情况下，在温度超过80 ℃时不能长期使用，而短期温度不能超过120 ℃。

碳纳米管（CNTs）具有极高的强度、韧性和弹性模量，主要分多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。单壁碳纳米管是由单层圆柱型石墨层构成，直径分布范围小、缺陷少，具有较高的均一性；多壁碳纳米管具有多层结构，层层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常不满小洞的缺陷。将CNTs作为复合材料增强体，可表现出良好的轻度、弹性、抗疲劳性能等，这有利于复合材料的发展。二氧化钛不仅明显改善聚氨酯的力学性能，对弹性体的耐热性也有一定的提高，而且，加入二氧化钛后的弹性体还具有耐腐性以及抗菌性。

对聚氨酯的改性研究越来越多，但将多种材料复合在一起，然后再去改性聚氨酯很少见到，对制备的纳米材料用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂改性，使制备的纳米材料与聚氨酯之间形成化学键，不是简单的物理共混，对复合材料性能提高具有重要作用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种聚氨酯纳米复合材料的改性方法，该改性复合材料能很好地改善热塑性聚氨酯弹性体的力学性能和耐热性。

技术方案：本发明是一种聚氨酯纳米复合材料的改性方法，该聚氨酯复合材料由热塑性聚氨酯弹性体与改性碳纳米管@二氧化硅-二氧化钛纳米材料采用溶溶法复合制备而成；该聚氨酯纳米复合材料的改性方法具体如下：

步骤1：取上述的改性碳纳米管@二氧化硅-二氧化钛纳米材料，加入到反应器中，

步骤2： 然后加入 DMF溶液，聚醚型热塑性聚氨酯弹性体TPU，

步骤3：超声分散后升温至70-75℃，搅拌3-5h，得到聚氨酯复合材料，

步骤4：将制备的聚氨酯复合材料在80-85℃下减压脱除DMF溶剂,得改性聚氨酯纳米复合材料即改性TPU/MWCNTs@ SiO₂-TiO₂纳米复合材料。

其中：

所述的改性碳纳米管@二氧化硅-二氧化钛纳米材料是用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷对碳纳米管@二氧化硅-二氧化钛纳米材料制得，碳纳米管@二氧化硅-二氧化钛纳米材料是由硅酸四乙酯、钛酸四丁酯在酸化碳纳米管表面水解原位生长制得。

所述的改性碳纳米管@二氧化硅-二氧化钛纳米材料的具体制备方法为：

步骤1：将多壁碳纳米管MWCNTs加入到砂芯酸化器中，将砂芯酸化器悬空置于含有硝酸的密闭反应釜中，然后升温至160-170 ℃，酸化4 -5h，

步骤2： 反应结束后冷却至室温，除去硝酸溶液，用去离子水洗涤至中性，

步骤3： 60℃真空烘箱干燥后得到酸化碳纳米管，

步骤4： 然后取酸化碳纳米管加入到反应器中，并加入乙醇和水，超声分散，用质量分数为25 wt.%～28 wt.%的氨水调节pH至9.0～10.0，

步骤5： 用恒压滴液漏斗向反应体系中滴加含有正硅酸四乙酯和钛酸正丁酯的乙醇混合溶液，反应7-8 h，

步骤6： 过滤，用乙醇洗涤三次，然后用去离子水洗涤三次，在60-65 ℃真空烘箱中干燥20-24 h，得碳纳米管@二氧化硅-二氧化钛纳米材料（MWCNTs@SiO₂-TiO₂纳米材料）；

步骤7：取MWCNTs@ SiO₂-TiO₂纳米材料加入乙醇溶液，然后加 γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷KH-560，超声分散1-2 h后加热回流3-4 h，

步骤8：冷却至室温，过滤，用去离子水洗涤三次，在60-65℃真空烘箱中干燥20-24 h，得改性碳纳米管@二氧化硅-二氧化钛纳米材料。