[发明专利]一种酰氯化二氧化硅、二氧化硅基多元醇及二氧化硅/聚氨酯复合材料及其制备方法

说明书

发明人提供了一种二氧化硅基多元醇的制备方法，所述二氧化硅基多元醇通过酰氯化二氧化硅与醇胺反应得到。上述技术方案先采用化学接枝法制备二氧化硅基多元醇，再将二氧化硅基多元醇与聚氨酯预聚体原位缩聚，将二氧化硅以化学连接的形式均匀嵌入聚氨酯基体中，制备化学键合的结构型二氧化硅/聚氨酯复合材料，从而极大地增强二氧化硅/聚氨酯复合材料的力学性能，并在一定程度上提高其热稳定性。

技术领域

本发明涉及新材料领域，特别涉及一种酰氯化二氧化硅、二氧化硅基多元醇及二氧化硅/聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯(PU)，是含有大量氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称，是由多异氰酸酯和低聚多元醇共聚得到的产物。自20世纪30年代发现以来，聚氨酯产业发展迅速，由于其具有耐磨、耐腐蚀、耐油等优良性能，使其在石油化工、航天、农业、医疗等诸多领域得到大范围的应用。但是随着聚氨酯应用领域的不断扩大，其力学性能调节能力较窄的缺点逐渐显露出来，从而限制了聚氨酯材料的应用和发展。在实际应用中一般可将纳米填料共混于聚氨酯基体中制备纳米聚氨酯复合材料，从而在保持聚氨酯本身特性的同时，融合填料的特殊性能并改善聚氨酯的力学瓶颈，扩展其应用范围。

在众多的纳米聚氨酯复合材料方案中，将纳米白炭黑(二氧化硅，SiO₂)共混加入到聚氨酯中制备二氧化硅/聚氨酯(SiO₂/PU)复合材料就是一种常用且性能较好的解决方法，制备得到的SiO₂/PU复合材料具有较强的力学强度和韧性，具有一定的适用性。

但是，由于纳米SiO₂粒径较小，具有较大的比表面积和较高的表面自由能，极易团聚，同时与聚氨酯基体相容性较差，使得该法制备SiO₂/PU复合材料时SiO₂粒子分散不均，极易在基体内部团聚，进而极大影响聚氨酯复合材料的力学性能和使用寿命，即便预先将SiO₂粒子进行表面处理，对复合材料性能的改善也非常有限。究其原因，是因为SiO₂粒子与聚氨酯基体界面间是物理接触，在使用过程中会使得复合聚氨酯材料中SiO₂纳米粒子和聚氨酯基体发生界面分离，从而对其性能产生较大影响。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种酰氯化二氧化硅、二氧化硅基多元醇及二氧化硅/聚氨酯复合材料及其制备方法。其中，二氧化硅先接入酰氯基官能团，再进一步在纳米二氧化硅(SiO₂)表面接枝引入大量活性羟基制备SiO₂基多元醇，其端羟基可与聚氨酯预聚体(一种低聚合度的中间产物)中的异氰酸酯基团原位缩聚，从而将SiO₂基多元醇化学键合嵌入聚氨酯材料骨架中，改善纳米SiO₂在聚氨酯中相容性差、分散性不均的问题，得到化学键合的结构型SiO₂/PU复合材料，避免在使用过程中发生界面分离，使其力学性能明显优于共混法所制备的SiO₂/PU复合材料，同时其热稳定性也有一定的提高。

为了达到上述的目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种酰氯化二氧化硅的制备方法，所述酰氯化二氧化硅通过二氧化硅与氯化亚砜反应得到。

进一步地，所述反应在氯化亚砜溶剂中进行，反应过程持续搅拌，反应温度65℃-氯化亚砜沸点温度，反应时间为9-16h。

氯化亚砜作为溶剂和反应物参与反应。其中，氯化亚砜溶剂加热温度高于沸点的话，液体温度也是保持沸点温度，但会大量变成气态。因此，制备系统中可加入冷凝回流装置，就可以把氯化亚砜气态同时冷凝下来，并进行循环利用。氯化亚砜在一个大气压下的沸点为78.8℃，但在不同大气压条件下，沸点不同，适用的反应温度也不同。

在本发明的第二个方面，本发明提供了一种酰氯化二氧化硅，所述酰氯化二氧化硅由本发明第一方面所述制备方式得到。