CN102796238A - 海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。制备方案是:步骤一、向反应器中加入2~10wt%海泡石、85~90wt%去离子水和4~10wt%有机改性剂,于30~100℃搅拌1~4h,过滤,洗涤,晾干,制得有机改性海泡石。步骤二、向反应器中加入5~10wt%溶剂、1~10wt%有机改性海泡石、10~25wt%二异氰酸酯和0~4wt%催化剂,于50~100℃搅拌1~5h;然后加入40~55wt%聚合物二元醇,搅拌,制得聚氨酯预聚体;将聚氨酯预聚体与3~10wt%扩链交联剂和1~6wt%助剂混合,浇注,脱模,最后在60~120℃条件下再硫化10~48h,制得海泡石/聚氨酯纳米复合材料。该制品在保持聚氨酯弹性体断裂伸长率的情况下,拉伸强度明显提高,热稳定性显著增强,应用范围广。<u/>

Description

海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯材料技术领域,具体涉及一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。
技术背景
聚氨酯具有硬软嵌段结构,表现出许多优异的性能,如耐低温性能、耐磨性和宽的硬度范围等,因而其应用极为广泛。但耐热性能和力学性能不佳,针对其特点有多种改性方法,如调整其分子结构或加入有机、无机填料。通常在聚氨酯中引入无机填料,虽能起到增强作用,但常常出现强度提高而断裂伸长率下降的现象。
当纳米无机填料填充聚合物形成纳米杂化材料时,由于无机填料的纳米尺寸效应和巨大的比表面,会产生很大的相界面和较强的两相相互作用,使得聚合物基体性能得到很大改善,如使聚合物增强、增韧、提高热稳定性等,因此近二十年来纳米杂化材料引起了广泛的兴趣。海泡石为含水的镁硅酸盐,属2∶1型层状粘土,具有层链状过渡型结构特征。海泡石具有独特的孔道结构,比表面积可达到300 m2·g-1,填充聚合物时会增大相界面;另外,海泡石表面有许多硅醇键,能提高聚合物与海泡石两相间的相互作用,从而起到提高聚合物力学性能和耐热性的作用。不仅如此,海泡石来源较为丰富,价格低廉,可以降低材料成本。Torró-palau等研究了海泡石/聚氨酯胶粘剂的动态热力学性能(Torró-palau A, Fernández-García JC, Orgilés-Barceló AC, et al. 热处理海泡石(天然镁硅酸盐)结构改性对聚氨酯胶粘剂性能的影响, 国际粘附与胶粘剂杂志, 1997, 17(2): 111-119),“含水的液体阻燃剂在制备阻燃聚氨酯泡沫上的应用”(US 8076385)专利技术,公开了含有海泡石的聚氨酯泡沫阻燃材料。关于海泡石改性聚氨酯弹性体形成海泡石/聚氨酯纳米复合材料的研究已有报道(陈红祥, 卢会珍, 周瑜, 等. 基于有机海泡石的聚氨酯纳米复合材料热性能研究. 聚合物降解与稳定性, 2012, 97(3): 242-247;陈红祥, 曾丹林, 肖小琴, 等. 有机改性对聚氨酯/海泡石纳米复合材料结构与性能的影响. 材料科学与工程, A, 2011, 528(3): 1656-1661;陈红祥, 郑茂盛, 孙红英, 等. 海泡石/聚氨酯纳米复合材料的表征与性能. 材料科学与工程, A, 2007, 445-446: 725-730)。
以上文献中,海泡石虽改善了聚氨酯的力学性能和热性能,但聚氨酯与海泡石结合不充分,力学性能改善不明显,应用范围非常有限。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷,目的在于提供了一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。用该方法制得的海泡石/聚氨酯纳米复合材料在保持聚氨酯弹性体断裂伸长率的情况下,拉伸强度有明显的提高,热稳定性增强,应用范围广。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
步骤一、有机改性海泡石的制备
先向反应器中加入2~10wt%的海泡石和85~90wt%的去离子水,搅拌0.5~1小时,再加入4~10wt%的有机改性剂,在30~100℃条件下搅拌1~4小时,过滤,洗涤,取出晾干,在80~120℃条件下干燥,制得有机改性海泡石。
步骤二、海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备
先向反应器中加入5~10wt%的溶剂和1~10wt%的有机改性海泡石,混合均匀,在80~120℃条件下搅拌脱水2~4小时;再加入10~25wt%的二异氰酸酯和0~4wt%的催化剂,在50~100℃条件下搅拌1~5小时;然后加入40~55wt%的聚合物二元醇,在50~100℃条件下搅拌1~5小时,制得聚氨酯预聚体;将所制得的聚氨酯预聚体在50~100℃条件下脱泡20~200分钟,加入3~10wt%的扩链交联剂和1~6 wt%的助剂,混合均匀,浇注,脱模,最后在60~120℃条件下再硫化10~48小时,制得海泡石/聚氨酯纳米复合材料。
所述海泡石为纤维状,直径为20~80 nm,长度为0.5~40 μm,密度为1~2.6 g·cm-3,比表面积为20~150 m2·g-1。 
所述有机改性剂为十六烷基三甲基溴化铵、月桂酸和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。
所述溶剂为二甲苯、甲苯、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种。
所述二异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-亚己基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种。
所述催化剂为三乙烯二胺、二丁基二月桂酸锡和辛酸亚锡中的一种。
所述聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚丙二醇和聚己内酯二醇中的一种或两种,聚合物二元醇的分子量为1000~4000。
所述扩链交联剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基甲苯二胺、1,4-丁二醇、乙二醇和二乙醇胺中的一种或两种。
所述助剂为邻苯二甲酸二辛酯、抗氧剂1010、Tinuvin101和2,4,4-三氯-2-羟基二苯基醚混合物。
由于采用上述技术方案,本发明首先用有机改性剂对海泡石纤维表面进行改性,再将有机改性海泡石与二异氰酸酯反应,然后向混合物中加入聚合物二元醇,反应得到聚氨酯预聚体,再加入扩链交联剂反应得到海泡石/聚氨酯纳米复合材料。
本发明克服了现有技术存在的问题,具有以下积极效果:
1)本发明将纳米海泡石与异氰酸酯充分反应,再加入聚合物二元醇进行聚合,而不是将纳米海泡石与聚合物二元醇一起与异氰酸酯反应。克服了纳米海泡石与异氰酸酯反应不够充分的缺点,同时还克服了纳米海泡石在分散进入聚合物基体时的自聚作用。由于海泡石的表面基团能和二异氰酸酯发生充分反应,从而与聚氨酯之间产生更加强烈的相互作用,同时纳米级海泡石能更加均匀地分布于聚氨酯中,产生很大的表面效应。所以,本发明所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料在保持聚氨酯弹性体断裂伸长率的情况下,拉伸强度有明显的提高。其拉伸强度为25.9~48.7 MPa,断裂伸长率为498~805%。
2)本发明采用的海泡石对聚氨酯中的热传递具有阻隔作用,故所制得的海泡石/聚氨酯纳米复合材料热稳定性更加显著,起始热分解温度为299.4~325.8℃,有广阔的应用前景。
因此,本发明所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料在保持聚氨酯弹性体断裂伸长率的情况下,拉伸强度明显提高,热稳定性显著增强,应用范围广。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明,但本发明并不限于此。
本具体实施方式所涉及的原料统一描述如下:海泡石为纤维状,直径为20~80 nm,长度为0.5~40 μm,密度为1~2.6 g·cm-3,比表面积为20~150 m2·g-1;助剂为邻苯二甲酸二辛酯、抗氧剂1010、Tinuvin101和2,4,4-三氯-2-羟基二苯基醚的混合物。实施例中不再赘述。
实施例1
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。其制备步骤是:
步骤一、有机改性海泡石的制备
先向反应器中加入2~4wt%的海泡石和88~90wt%的去离子水,搅拌0.5~0.7小时,再加入8~10wt%的有机改性剂,在30~60℃条件下搅拌1~2小时,过滤,洗涤,取出晾干,在80~100℃条件下干燥,制得有机改性海泡石。
步骤二、海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备
先向反应器中加入5~8wt%的溶剂和6~10wt%的有机改性海泡石,混合均匀,在80~100℃条件下搅拌脱水2~3小时;再加入20~25wt%的二异氰酸酯和3~4wt%的催化剂,在50~70℃条件下搅拌1~3小时;然后加入43~47wt%的聚合物二元醇,在50~70℃条件下搅拌1~3小时,制得聚氨酯预聚体;将所制得的聚氨酯预聚体在50~70℃条件下脱泡20~60分钟,加入5~9wt%的扩链交联剂和1~3 wt%的助剂,混合均匀,浇注,脱模,最后在60~85℃条件下再硫化10~20小时,制得海泡石/聚氨酯纳米复合材料。
本实施例中:有机改性剂为十六烷基三甲基溴化铵;溶剂为二甲苯;二异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯;催化剂为三乙烯二胺;聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇,分子量为1000~2000;扩链交联剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为31.8~38.7MPa,断裂伸长率为573~652%,起始热分解温度为303.7~315.8℃。
实施例2 
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。除下述原料外,其余同实施例1:
有机改性剂为十六烷基三甲基溴化铵;溶剂为二甲苯;二异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯;催化剂为三乙烯二胺;聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇,分子量为2000~3000;扩链交联剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷和3,5-二甲硫基甲苯二胺的混合物。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为32.1~41.8MPa,断裂伸长率为560~674%,起始热分解温度为305.7~309.6℃ 。
实施例3 
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。除下述原料外,其余同实施例1:
有机改性剂为十六烷基三甲基溴化铵;溶剂为二甲苯;二异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物;催化剂为三乙烯二胺;聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇,分子量为3000~4000;扩链交联剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷和1,4-丁二醇的混合物。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为28.5~36.7MPa,断裂伸长率为601~721%,起始热分解温度为302.7~311.8℃。
实施例4
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。除下述原料外,其余同实施例1:
有机改性剂为十六烷基三甲基溴化铵;溶剂为二甲苯;二异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯和1,6-亚己基二异氰酸酯的混合物;催化剂为三乙烯二胺;聚合物二元醇为聚丙二醇和聚己内酯二醇的混合物,聚丙二醇的分子量为1000~2000,聚己内酯二醇的分子量为3000~4000;扩链交联剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷和乙二醇的混合物。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为27.8~35.2MPa,断裂伸长率为620~715%,起始热分解温度为303.7~310.9℃。
实施例5
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。除下述原料外,其余同实施例1:
有机改性剂为十六烷基三甲基溴化铵;溶剂为二甲苯;二异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物;催化剂为三乙烯二胺;聚合物二元醇为聚丙二醇和聚己内酯二醇的混合物,聚丙二醇分子量为2000~3000,聚己内酯二醇的分子量为1000~2000;扩链交联剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷和二乙醇胺的混合物。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为30.9~42.1MPa,断裂伸长率为540~622%,起始热分解温度为305.7~312.5℃。
实施例6
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。其制备步骤是:
步骤一、有机改性海泡石的制备
先向反应器中加入3~7wt%的海泡石和85~88wt%的去离子水,搅拌0.6~0.9小时,再加入7~9wt%的有机改性剂,在60~80℃条件下搅拌2~3小时,过滤,洗涤,取出晾干,在90~110℃条件下干燥,制得有机改性海泡石。
步骤二、海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备
先向反应器中加入7~9wt%的溶剂和3~9wt%的有机改性海泡石,混合均匀,在90~110℃条件下搅拌脱水2.5~3.5小时;再加入19~24wt%的二异氰酸酯和1~3wt%的催化剂,在65~85℃条件下搅拌2~4小时;然后加入40~46wt%的聚合物二元醇,在65~85℃条件下搅拌2~4小时,制得聚氨酯预聚体;将所制得的聚氨酯预聚体在65~85℃条件下脱泡60~120分钟,加入7~10wt%的扩链交联剂和2~5wt%的助剂,混合均匀,浇注,脱模,最后在80~100℃条件下再硫化20~36小时,制得海泡石/聚氨酯纳米复合材料。
本实施例中:有机改性剂为月桂酸;溶剂为甲苯;二异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯;催化剂为二丁基二月桂酸锡;聚合物二元醇为聚丙二醇,分子量为1000~2000;扩链交联剂为3,5-二甲硫基甲苯二胺。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为28.9~37.3MPa,断裂伸长率为498~587%,起始热分解温度为299.4~308.9℃。
实施例7
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。除下述原料外,其余同实施例6:
有机改性剂为月桂酸;溶剂为甲苯;二异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和1,6-亚己基二异氰酸酯的混合物;催化剂为二丁基二月桂酸锡;聚合物二元醇为聚丙二醇,分子量为2000~3000;扩链交联剂为3,5-二甲硫基甲苯二胺和1,4-丁二醇的混合物。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为25.9~34.8MPa,断裂伸长率为694~805%,起始热分解温度为307.7~314.2℃。
实施例8
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。除下述原料外,其余同实施例6:
有机改性剂为月桂酸;溶剂为甲苯;二异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物;催化剂为二丁基二月桂酸锡;聚合物二元醇为聚丙二醇,分子量为3000~4000;扩链交联剂为3,5-二甲硫基甲苯二胺和乙二醇的混合物。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为26.1~35.6MPa,断裂伸长率为650~729%,起始热分解温度为309.3~314.9℃。
实施例9 
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。除下述原料外,其余同实施例6:
有机改性剂为月桂酸;溶剂为甲苯;二异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物;催化剂为二丁基二月桂酸锡;聚合物二元醇为聚丙二醇,分子量为2000~3000;扩链交联剂为3,5-二甲硫基甲苯二胺和二乙醇胺的混合物。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为27.8~36.7MPa,断裂伸长率为524~589%,起始热分解温度为304.8~317.6℃。
实施例10
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。其制备步骤是:
步骤一、有机改性海泡石的制备
先向反应器中加入6~10wt%的海泡石和86~89wt%的去离子水,搅拌0.8~1小时,再加入4~7wt%的有机改性剂,在80~100℃条件下搅拌3~4小时,过滤,洗涤,取出晾干,在100~120℃条件下干燥,制得有机改性海泡石。
步骤二、海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备
先向反应器中加入8~10wt%的溶剂和1~8wt%的有机改性海泡石,混合均匀,在100~120℃条件下搅拌脱水3~4小时;再加入10~20wt%的二异氰酸酯和2~3wt%的催化剂,在80~100℃条件下搅拌3~5小时;然后加入46~55wt%的聚合物二元醇,在80~100℃条件下搅拌3~5小时,制得聚氨酯预聚体;将所制得的聚氨酯预聚体在80~100℃条件下脱泡120~200分钟,加入3~8wt%的扩链交联剂和4~6 wt%的助剂,混合均匀,浇注,脱模,最后在95~120℃条件下再硫化36~48小时,制得海泡石/聚氨酯纳米复合材料。
本实施例中:有机改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷;溶剂为二甲基甲酰胺;二异氰酸酯为1,6-亚己基二异氰酸酯;催化剂为辛酸亚锡;聚合物二元醇为聚己内酯二醇,分子量为3000~4000;扩链交联剂为1,4-丁二醇。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为35.9~44.8MPa,断裂伸长率为537~615%,起始热分解温为度309~325.4℃。
实施例11 
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。除下述原料外,其余同实施例10:
有机改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷;溶剂为二甲基甲酰胺;二异氰酸酯为1,6-亚己基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物;催化剂为辛酸亚锡;聚合物二元醇为聚己内酯二醇,分子量为2000~3000;扩链交联剂为1,4-丁二醇和乙二醇的混合物。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为35.1~42.9MPa,断裂伸长率为528~600%,起始热分解温度为307.5~316.7℃。
实施例12
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。除下述原料外,其余同实施例10: 
有机改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷;溶剂为二甲基甲酰胺;二异氰酸酯为1,6-亚己基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物;催化剂为辛酸亚锡;聚合物二元醇为聚己内酯二醇,分子量为1000~2000;扩链交联剂为1,4-丁二醇和二乙醇胺的混合物。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为37.7~48.7MPa,断裂伸长率为562~599%,起始热分解温度为317~325.8℃。
实施例13
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。其制备步骤是:
步骤一、有机改性海泡石的制备
先向反应器中加入2~4wt%的海泡石和88~90wt%的去离子水,搅拌0.5~0.7小时,再加入8~10wt%的有机改性剂,在30~60℃条件下搅拌1~2小时,过滤,洗涤,取出晾干,在80~100℃条件下干燥,制得有机改性海泡石。
步骤二、海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备
先向反应器中加入7~9wt%的溶剂和3~8wt%的有机改性海泡石,混合均匀,在90~110℃条件下搅拌脱水2.5~3.5小时;再加入20~25wt%的二异氰酸酯和小于1 wt%的催化剂,在65~85℃条件下搅拌2~4小时;然后加入46~50wt%的聚合物二元醇,在65~85℃条件下搅拌2~4小时,制得聚氨酯预聚体;将所制得的聚氨酯预聚体在50~70℃条件下脱泡20~60分钟,加入7~10wt%的扩链交联剂和4~6wt%的助剂,混合均匀,浇注,脱模,最后在95~120℃条件下再硫化36~48小时,制得海泡石/聚氨酯纳米复合材料。
本实施例中:有机改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷;溶剂为二甲基乙酰胺;二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯;催化剂为辛酸亚锡;聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇和聚丙二醇的混合物,聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000~2000,聚丙二醇的分子量为3000~4000;扩链交联剂为乙二醇。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为32.4~42.1MPa,断裂伸长率为618~701%,起始热分解温度为308~317.8℃。
实施例14
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。除下述原料外,其余同实施例13:
有机改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷;溶剂为二甲基乙酰胺;二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯;催化剂为辛酸亚锡;聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇和聚丙二醇的混合物,聚四氢呋喃醚二醇的分子量为2000~3000,聚丙二醇的分子量为1000~2000;扩链交联剂为乙二醇和二乙醇胺的混合物。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为33.5~42.7MPa,断裂伸长率为528~631%,起始热分解温度为309.7~314.9℃。
实施例15
一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。其制备步骤是:
步骤一、同实施例13的步骤一。
步骤二、海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备
先向反应器中加入7~9wt%的溶剂和3~8wt%的有机改性海泡石,混合均匀,在90~110℃条件下搅拌脱水2.5~3.5小时;再加入20~25wt%的二异氰酸酯,在65~85℃条件下搅拌2~4小时;然后加入46~50wt%的聚合物二元醇,在65~85℃条件下搅拌2~4小时,制得聚氨酯预聚体;将所制得的聚氨酯预聚体在50~70℃条件下脱泡20~60分钟,加入7~10wt%的扩链交联剂和4~6wt%的助剂,混合均匀,浇注,脱模,最后在95~120℃条件下再硫化36~48小时,制得海泡石/聚氨酯纳米复合材料。
本实施例中:有机改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷;溶剂为二甲基乙酰胺;二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯;聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇和聚己内酯二醇的混合物,聚四氢呋喃醚二醇的分子量为3000~4000,聚己内酯二醇的分子量为2000~3000;扩链交联剂为二乙醇胺。
本实施例所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料经测试:拉伸强度为37.1~48.2MPa,断裂伸长率为559~673%,起始热分解温度为315.9~321.8℃。
本具体实施方式首先用有机改性剂对海泡石纤维表面进行改性,再将有机改性海泡石与二异氰酸酯反应,然后向混合物中加入聚合物二元醇,反应得到聚氨酯预聚体,再加入扩链交联剂反应得到海泡石/聚氨酯纳米复合材料。
本具体实施方式克服了现有技术存在的问题,具有以下积极效果:
1)本具体实施方式将纳米海泡石与异氰酸酯充分反应,再加入聚合物二元醇进行聚合,而不是将纳米海泡石与聚合物二元醇一起与异氰酸酯反应。克服了纳米海泡石与异氰酸酯反应不够充分的缺点,同时还克服了纳米海泡石在分散进入聚合物基体时的自聚作用。由于海泡石的表面基团能和二异氰酸酯发生充分反应,从而与聚氨酯之间产生更加强烈的相互作用,同时纳米级海泡石能更加均匀地分布于聚氨酯中,产生很大的表面效应。所以,本具体实施方式所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料在保持聚氨酯弹性体断裂伸长率的情况下,拉伸强度有明显的提高。其拉伸强度为25.9~48.7 Mpa,断裂伸长率为498~805%。
2)本具体实施方式采用的海泡石对聚氨酯中的热传递具有阻隔作用,故所制得的海泡石/聚氨酯纳米复合材料热稳定性更加显著,起始热分解温度为299.4~325.8℃,有广阔的应用前景。
因此,本具体实施方式所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料在保持聚氨酯弹性体断裂伸长率的情况下,拉伸强度明显提高,热稳定性显著增强,应用范围广。

Claims (10)

1.一种海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备方法,其特征在于:
步骤一、有机改性海泡石的制备
先向反应器中加入2~10wt%的海泡石和85~90wt%的去离子水,搅拌0.5~1小时,再加入4~10wt%的有机改性剂,在30~100℃条件下搅拌1~4小时,过滤,洗涤,取出晾干,在80~120℃条件下干燥,制得有机改性海泡石;
步骤二、海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备
先向反应器中加入5~10wt%的溶剂和1~10wt%的有机改性海泡石,混合均匀,在80~120℃条件下搅拌脱水2~4小时;再加入10~25wt%的二异氰酸酯和0~4wt%的催化剂,在50~100℃条件下搅拌1~5小时;然后加入40~55wt%的聚合物二元醇,在50~100℃条件下搅拌1~5小时,制得聚氨酯预聚体;将所制得的聚氨酯预聚体在50~100℃条件下脱泡20~200分钟,加入3~10wt%的扩链交联剂和1~6 wt%的助剂,混合均匀,浇注,脱模,最后在60~120℃条件下再硫化10~48小时,制得海泡石/聚氨酯纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备方法,其特征在于所述海泡石为纤维状,直径为20~80 nm,长度为0.5~40 μm,密度为1~2.6 g·cm-3,比表面积为20~150 m2·g-1
3.根据权利要求1所述的海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备方法,其特征在于所述有机改性剂为十六烷基三甲基溴化铵、月桂酸和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。
4.根据权利要求1所述的海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备方法,其特征在于所述溶剂为二甲苯、甲苯、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种。
5.根据权利要求1所述的海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备方法,其特征在于所述二异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-亚己基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备方法,其特征在于所述催化剂为三乙烯二胺、二丁基二月桂酸锡和辛酸亚锡中的一种。
7.根据权利要求1所述的海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备方法,其特征在于所述聚合物二元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚丙二醇和聚己内酯二醇中的一种或两种,聚合物二元醇的分子量为1000~4000。
8.根据权利要求1所述的海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备方法,其特征在于所述扩链交联剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基甲苯二胺、1,4-丁二醇、乙二醇和二乙醇胺中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备方法,其特征在于所述助剂为邻苯二甲酸二辛酯、抗氧剂1010、Tinuvin101和2,4,4-三氯-2-羟基二苯基醚的混合物。
10.根据权利要求1~9项中任一项所述的海泡石/聚氨酯纳米复合材料的制备方法所制备的海泡石/聚氨酯纳米复合材料。
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