[发明专利]高耐磨热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高耐磨热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法，MoS₂纳米片具有类似石墨烯的共价三层结构，具有优越的润滑性能，将MoS₂纳米片均匀的插层在与氧化石墨烯纳米片层之间，复合形成GO@MoS₂复合材料；再通过KH550的水解缩合反应，形成硅烷网状结构包覆在GO@MoS₂表面，与MoS₂紧密的连接起来，同时引入了氨基；再接枝环氧树脂E44与二乙醇胺制备的单环氧基环氧树脂，制得功能助剂f‑GOMH。将制得的功能助剂f‑GOMH加入到TPU的原位聚合反应中，成功制备了f‑GOMH/TPU复合材料，用量小且与基体相容性好，可用于要求高耐磨的TPU材料中，预计有很大的应用价值。

技术领域

本发明属于热塑性聚氨酯复合材料领域，具体涉及一种高耐磨热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术

热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是一种（AB）n型多嵌段线型的聚合物材料。TPU因其特殊的链段结构，使其具有高模量、高强度、高伸长和高弹性，优异的耐磨、耐油、耐低温、耐老化等性能。TPU硬度范围广，可以通过改变TPU各反应组分的配比，可以得到不同硬度的产品，而且随着硬度的增加，其产品仍保持良好的弹性和耐磨性。TPU与某些高分子材料共同加工能够得到性能互补的聚合物合金。某些领域对TPU要求更高的力学性能、耐磨性能等，因此制备高耐磨、高力学性能的热塑性聚氨酯复合材料是非常有意义的。

MoS₂纳米片具有类似石墨烯的共价三层结构，MoS₂由两层硫原子组成，中间有一层钼原子，由于其弱范德华在片材之间的相互作用，形成三明治结构。MoS₂显示出低摩擦系数，因此其优越的润滑性能具有许多潜在的应用，如润滑液添加剂、自润滑涂层等，是一种具有优异的抗磨减摩性能的材料。

二氧化硅是一种无机物，硅原子和氧原子长程有序排列形成晶态二氧化硅，短程有序或长程无序排列形成非晶态二氧化硅。二氧化硅晶体中，硅原子位于正四面体的中心，四个氧原子位于正四面体的四个顶角上，许多个这样的四面体又通过顶角的氧原子相连，每个氧原子为两个四面体共有，即每个氧原子与两个硅原子相结合。纳米二氧化硅(SiO₂)是三维结构的纳米粒子,由于低成本、高表面活性等优点,也常被用来制备聚合物纳米复合材料。

发明内容

本发明公开了一种高耐磨热塑性聚氨酯复合材料，其中氧化石墨烯和二硫化钼复合形成GO@MoS₂复合材料；通过 KH560的水解缩合反应引入硅源，同时还引入了氨基；再接枝自制的单环氧的改性环氧树脂制备得到优异的TPU功能助剂，简称f-GOMH。将制得的功能助剂f-GOMH加入到TPU的原位聚合反应中，用量小且与基体相容性好，成功制备了f-GOMH/TPU复合材料，复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和耐磨性能可大幅度提高。

所述高耐磨热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，具体步骤如下：

1）氧化石墨烯（GO）的制备：将1g石墨溶于40mL浓硫酸中，放置在磁力搅拌器中搅拌均匀，在2小时内少量多次分批次加入称量好的4g高锰酸钾；加热至40℃中温搅拌2h，缓慢滴加80ml去离子水后升温至80℃，缓慢滴加过氧化氢溶液观察至无气泡时停止滴加，再加入20ml 5wt%盐酸搅拌一段时间以后反应结束；用去离子水清洗，离心，冻干后制得氧化石墨烯；

2）GO@MoS₂复合材料的制备：将0.4g GO加入到装有100ml NMP溶剂的三口烧瓶中超声10min以分散均匀，加0.1gMoS₂继续超声1h，室温下磁力搅拌2day，滴加2滴盐酸升温至80℃继续搅拌1day，冷却至室温后，离心去除NMP，再用NMP和去离子水分别分别离心4次后，产物60℃真空干燥过夜，得到GO@MoS₂；