CN105237782A - 一种耐水性聚氨酯复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐水性聚氨酯复合材料,其原料按重量份包括:端羟基聚丁二烯30-50份、2,4-甲苯二异氰酸酯50-60份、聚异氰脲酸酯10-25份、乙烯基三乙氧基硅烷1-5份、环氧树脂5-20份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷1.5-4份、二月桂酸二丁基锡0.02-0.08份、二甲硫基甲苯二胺2.5-5份、聚氯乙烯2-10份、纳米氧化铝10-15份、碳纳米管3-10份、有机改性蒙脱土3-10份、蓖麻油10-15份、丁苯橡胶接枝马来酸酐3-5份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.5-1份、十二烷基苯磺酸钠2-2.5份。本发明提出的耐水性聚氨酯复合材料,其耐水性、强度、耐热性好。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯技术领域,尤其涉及一种耐水性聚氨酯复合材料。
背景技术
聚氨酯是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称,具有优异的耐磨、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀等特性,其用途非常广,可以代替橡胶、塑料、尼龙等,用于机场、酒店、建材、汽车厂、煤矿厂、水泥厂、高级公寓、别墅、园林美化、彩石艺术、公园等领域。但普通的聚氨酯材料容易水解,不耐水、表面性能差,且强度不高,耐热性能不是很理想,大大限制了聚氨酯材料在实际中的应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种耐水性聚氨酯复合材料,其耐水性好,强度高,耐热性能优异。
本发明提出的一种耐水性聚氨酯复合材料,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯30-50份、2,4-甲苯二异氰酸酯50-60份、聚异氰脲酸酯10-25份、乙烯基三乙氧基硅烷1-5份、环氧树脂5-20份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷1.5-4份、二月桂酸二丁基锡0.02-0.08份、二甲硫基甲苯二胺2.5-5份、聚氯乙烯2-10份、纳米氧化铝10-15份、碳纳米管3-10份、有机改性蒙脱土3-10份、蓖麻油10-15份、丁苯橡胶接枝马来酸酐3-5份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.5-1份、十二烷基苯磺酸钠2-2.5份。
在具体实施例中,本发明提出的耐水性聚氨酯复合材料,其原料中,端羟基聚丁二烯的重量份可以为30、32、34、35、36、37、38、39、40、42、43、45、46、48、48.6、49、49.3、50份;2,4-甲苯二异氰酸酯的重量份可以为50、53、55、56、57、58、59、59.3、60份;聚异氰脲酸酯的重量份可以为10、12、13、15、16、18、19、19.3、20、21、21.3、22、22.3、23、23.4、24、24.6、25份;乙烯基三乙氧基硅烷的重量份可以为1、1.2、1.8、2、2.3、2.8、3.1、3.4、3.5、4.5、5份;环氧树脂的重量份可以为5、6、7、8、9、9.3、10、10.3、11、11.3、12、12.6、13、14、15、16、18、19、19.3、20份;3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷的重量份可以为1.5、1.8、2、2.5、2.8、3、3.2、3.4、3.8、4份;二月桂酸二丁基锡的重量份可以为0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08份;二甲硫基甲苯二胺的重量份可以为2.5、0.9、3、3.2、3.3、3.6、4、4.2、4.8、5份;聚氯乙烯的重量份可以为2、2.3、3、3.4、4、4.5、5、5.6、6、6.1、6.3、7、8、8.5、9、9.3、10份;纳米氧化铝的重量份可以为10、11、11.3、12、12.3、12.6、12.8、13、13.4、14、14.6、15份;碳纳米管的重量份可以为3、4、5、6、6.3、6.5、7、7.2、8、8.5、9、9.3、10份;有机改性蒙脱土的重量份可以为3、4、5、6、6.5、7、8、8.5、9、9.3、10份;蓖麻油的重量份可以为10、10.6、11、11.3、12、12.5、13、13.4、14、14.6、15份;丁苯橡胶接枝马来酸酐的重量份可以为3、3.2、3.8、4、4.3、4.8、5份;三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的重量份可以为0.5、0.6、0.65、0.7、0.8、0.9、0.95、1份;十二烷基苯磺酸钠的重量份可以为2、2.1、2.2、2.3、2.34、2.4、2.46、2.5份。
优选地,其原料中,端羟基聚丁二烯、2,4-甲苯二异氰酸酯、聚异氰脲酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷、环氧树脂的重量比为38-45:53-57:16-22:2.6-3.5:9-16。
优选地,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯38-43份、2,4-甲苯二异氰酸酯55-57份、聚异氰脲酸酯19-21份、乙烯基三乙氧基硅烷3.1-3.5份、环氧树脂11-14份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷2.5-3.4份、二月桂酸二丁基锡0.02-0.04份、二甲硫基甲苯二胺3.2-3.6份、聚氯乙烯5.6-6.1份、纳米氧化铝12-12.8份、碳纳米管6.5-7.2份、有机改性蒙脱土6.5-7份、蓖麻油11-12.5份、丁苯橡胶接枝马来酸酐3.8-4.3份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.6-0.8份、十二烷基苯磺酸钠2.1-2.3份。
优选地,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯40份、2,4-甲苯二异氰酸酯55份、聚异氰脲酸酯20份、乙烯基三乙氧基硅烷3.4份、环氧树脂12份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷3.2份、二月桂酸二丁基锡0.03份、二甲硫基甲苯二胺3.3份、聚氯乙烯6份、纳米氧化铝12.3份、碳纳米管7份、有机改性蒙脱土6.6份、蓖麻油12份、丁苯橡胶接枝马来酸酐4份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.65份、十二烷基苯磺酸钠2.2份。
优选地,所述碳纳米管为改性碳纳米管;所述改性碳纳米管按照以下工艺进行制备:将碳纳米管羧基化得到羧基化碳纳米管;按重量份将20-35份羧基化碳纳米管加入二甲基乙酰胺中形成溶液A,其中,溶液A中羧基化碳纳米管的质量分数为25-35wt%;然后向溶液A中加入50-120份丙烯酰胺、10-20份十二烷基硫酸钠和2-5份乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌100-200min,在65-75℃下反应25-30h,反应结束后经洗涤、真空干燥得到所述改性碳纳米管。
优选地,所述碳纳米管为改性碳纳米管;所述改性碳纳米管按照以下工艺进行制备:将碳纳米管羧基化得到羧基化碳纳米管;按重量份将30份羧基化碳纳米管加入二甲基乙酰胺中形成溶液A,其中,溶液A中羧基化碳纳米管的质量分数为30wt%;然后向溶液A中加入80份丙烯酰胺、16份十二烷基硫酸钠和3.8份乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌150min,在70℃下反应28h,反应结束后经洗涤、真空干燥得到所述改性碳纳米管;所述改性碳纳米管中,利用了丙烯酰胺和乙烯基三乙氧基硅烷对羧基化碳纳米管进行了改性,其中,丙烯酰胺和乙烯基三乙氧基硅烷能与羧基化碳纳米管表面的活性基团进行反应,同时乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯酰胺还可以与聚氨酯进行反应,从而将碳纳米管与聚氨酯结合为一体,改善了碳纳米管在体系中的分散性,提高了聚氨酯复合材料的力学性能和抗静电性能。
优选地,所述纳米氧化铝的平均粒径为20-45nm。
优选地,其原料还包括0.5-2重量份的纳米氧化铈;纳米氧化铈加入体系中具有抗氧化的作用,与三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯具有协同效果,进一步提高了聚氨酯复合材料的耐老化性,延长了其使用寿命。
本发明所述耐水性聚氨酯复合材料可以按照以下工艺进行制备:按配比在反应容器中加入端羟基聚丁二烯,通入氮气,在100-120℃下真空脱水2-3h,降温至50-60℃,加入2,4-甲苯二异氰酸酯、聚异氰脲酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷、环氧树脂和二月桂酸二丁基锡,升温至80-100℃反应1-2h,然后加入剩余原料,搅拌均匀后倒入预热的模具中,在90-110℃硫化10-25h,放置3-8d得到所述耐水性聚氨酯复合材料。
本发明所述耐水性聚氨酯复合材料,选择了端羟基聚丁二烯、2,4-甲苯二异氰酸酯、聚异氰脲酸酯为聚氨酯单体,得到的聚氨酯具有卓越的物理性能,同时具有优异的耐热性、耐低温性和耐水性,与聚氯乙烯、有机改性蒙脱土配合赋予聚氨酯复合材料一定的阻燃性;加入了乙烯基三乙氧基硅烷和环氧树脂对聚氨酯进行了改性,其中乙烯基三乙氧基硅烷中的乙烯基可以与端羟基聚丁二烯中的双键反应,将乙烯基三乙氧基硅烷引入聚氨酯分子中,提高了聚氨酯的耐热性,同时乙烯基三乙氧基硅烷可以与各种无机填料相互作用,改善了各原料的相容性,提高了聚氨酯的强度;环氧树脂在体系中,其中的部分环氧基会被打开,从而引入到了聚氨酯分子中,提高了聚氨酯的交联密度,改善了聚氨酯复合材料的硬度、拉伸强度、扯断伸长率、拉伸弹性模量;聚氯乙烯加入体系中,进一步提高了体系的耐水性、耐候性和耐热性,防止了聚氨酯的变色和褪色;碳纳米管与纳米氧化铝、有机改性蒙脱土配合,在十二烷基苯磺酸钠和乙烯基三乙氧基硅烷的辅助下,在体系中分散均匀,提高了聚氨酯复合材料的强度、耐热性和耐水性。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的耐水性聚氨酯复合材料,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯30份、2,4-甲苯二异氰酸酯60份、聚异氰脲酸酯10份、乙烯基三乙氧基硅烷5份、环氧树脂5份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷4份、二月桂酸二丁基锡0.02份、二甲硫基甲苯二胺5份、聚氯乙烯2份、纳米氧化铝15份、碳纳米管3份、有机改性蒙脱土10份、蓖麻油10份、丁苯橡胶接枝马来酸酐5份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.5份、十二烷基苯磺酸钠2.5份。
实施例2
本发明提出的耐水性聚氨酯复合材料,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯50份、2,4-甲苯二异氰酸酯50份、聚异氰脲酸酯25份、乙烯基三乙氧基硅烷1份、环氧树脂20份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷1.5份、二月桂酸二丁基锡0.08份、二甲硫基甲苯二胺2.5份、聚氯乙烯10份、纳米氧化铝10份、碳纳米管10份、有机改性蒙脱土3份、蓖麻油15份、丁苯橡胶接枝马来酸酐3份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯1份、十二烷基苯磺酸钠2份。
实施例3
本发明提出的耐水性聚氨酯复合材料,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯38份、2,4-甲苯二异氰酸酯57份、聚异氰脲酸酯19份、乙烯基三乙氧基硅烷3.5份、环氧树脂11份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷3.4份、二月桂酸二丁基锡0.02份、二甲硫基甲苯二胺3.6份、聚氯乙烯5.6份、纳米氧化铝12.8份、碳纳米管6.5份、有机改性蒙脱土7份、蓖麻油11份、丁苯橡胶接枝马来酸酐4.3份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.6份、十二烷基苯磺酸钠2.3份、纳米氧化铈0.5份;
其中,所述纳米氧化铝的平均粒径为45nm;所述碳纳米管为改性碳纳米管;所述改性碳纳米管按照以下工艺进行制备:将碳纳米管羧基化得到羧基化碳纳米管;按重量份将35份羧基化碳纳米管加入二甲基乙酰胺中形成溶液A,其中,溶液A中羧基化碳纳米管的质量分数为25wt%;然后向溶液A中加入120份丙烯酰胺、10份十二烷基硫酸钠和5份乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌100min,在75℃下反应25h,反应结束后经洗涤、真空干燥得到所述改性碳纳米管。
实施例4
本发明提出的耐水性聚氨酯复合材料,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯43份、2,4-甲苯二异氰酸酯55份、聚异氰脲酸酯21份、乙烯基三乙氧基硅烷3.1份、环氧树脂14份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷2.5份、二月桂酸二丁基锡0.04份、二甲硫基甲苯二胺3.2份、聚氯乙烯6.1份、纳米氧化铝12份、碳纳米管7.2份、有机改性蒙脱土6.5份、蓖麻油12.5份、丁苯橡胶接枝马来酸酐3.8份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.8份、十二烷基苯磺酸钠2.1份、纳米氧化铈2份;
其中,所述纳米氧化铝的平均粒径为20nm;所述碳纳米管为改性碳纳米管;所述改性碳纳米管按照以下工艺进行制备:将碳纳米管羧基化得到羧基化碳纳米管;按重量份将20份羧基化碳纳米管加入二甲基乙酰胺中形成溶液A,其中,溶液A中羧基化碳纳米管的质量分数为35wt%;然后向溶液A中加入50份丙烯酰胺、20份十二烷基硫酸钠和2份乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌200min,在65℃下反应30h,反应结束后经洗涤、真空干燥得到所述改性碳纳米管。
实施例5
本发明提出的耐水性聚氨酯复合材料,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯40份、2,4-甲苯二异氰酸酯55份、聚异氰脲酸酯20份、乙烯基三乙氧基硅烷3.4份、环氧树脂12份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷3.2份、二月桂酸二丁基锡0.03份、二甲硫基甲苯二胺3.3份、聚氯乙烯6份、纳米氧化铝12.3份、碳纳米管7份、有机改性蒙脱土6.6份、蓖麻油12份、丁苯橡胶接枝马来酸酐4份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.65份、十二烷基苯磺酸钠2.2份、纳米氧化铈1份;
其中,所述纳米氧化铝的平均粒径为30nm;所述碳纳米管为改性碳纳米管;所述改性碳纳米管按照以下工艺进行制备:将碳纳米管羧基化得到羧基化碳纳米管;按重量份将30份羧基化碳纳米管加入二甲基乙酰胺中形成溶液A,其中,溶液A中羧基化碳纳米管的质量分数为30wt%;然后向溶液A中加入80份丙烯酰胺、16份十二烷基硫酸钠和3.8份乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌150min,在70℃下反应28h,反应结束后经洗涤、真空干燥得到所述改性碳纳米管。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种耐水性聚氨酯复合材料,其特征在于,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯30-50份、2,4-甲苯二异氰酸酯50-60份、聚异氰脲酸酯10-25份、乙烯基三乙氧基硅烷1-5份、环氧树脂5-20份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷1.5-4份、二月桂酸二丁基锡0.02-0.08份、二甲硫基甲苯二胺2.5-5份、聚氯乙烯2-10份、纳米氧化铝10-15份、碳纳米管3-10份、有机改性蒙脱土3-10份、蓖麻油10-15份、丁苯橡胶接枝马来酸酐3-5份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.5-1份、十二烷基苯磺酸钠2-2.5份。
2.根据权利要求1所述耐水性聚氨酯复合材料,其特征在于,其原料中,端羟基聚丁二烯、2,4-甲苯二异氰酸酯、聚异氰脲酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷、环氧树脂的重量比为38-45:53-57:16-22:2.6-3.5:9-16。
3.根据权利要求1或2所述耐水性聚氨酯复合材料,其特征在于,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯38-43份、2,4-甲苯二异氰酸酯55-57份、聚异氰脲酸酯19-21份、乙烯基三乙氧基硅烷3.1-3.5份、环氧树脂11-14份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷2.5-3.4份、二月桂酸二丁基锡0.02-0.04份、二甲硫基甲苯二胺3.2-3.6份、聚氯乙烯5.6-6.1份、纳米氧化铝12-12.8份、碳纳米管6.5-7.2份、有机改性蒙脱土6.5-7份、蓖麻油11-12.5份、丁苯橡胶接枝马来酸酐3.8-4.3份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.6-0.8份、十二烷基苯磺酸钠2.1-2.3份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述耐水性聚氨酯复合材料,其特征在于,其原料按重量份包括以下组分:端羟基聚丁二烯40份、2,4-甲苯二异氰酸酯55份、聚异氰脲酸酯20份、乙烯基三乙氧基硅烷3.4份、环氧树脂12份、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷3.2份、二月桂酸二丁基锡0.03份、二甲硫基甲苯二胺3.3份、聚氯乙烯6份、纳米氧化铝12.3份、碳纳米管7份、有机改性蒙脱土6.6份、蓖麻油12份、丁苯橡胶接枝马来酸酐4份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.65份、十二烷基苯磺酸钠2.2份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述耐水性聚氨酯复合材料,其特征在于,所述碳纳米管为改性碳纳米管;所述改性碳纳米管按照以下工艺进行制备:将碳纳米管羧基化得到羧基化碳纳米管;按重量份将20-35份羧基化碳纳米管加入二甲基乙酰胺中形成溶液A,其中,溶液A中羧基化碳纳米管的质量分数为25-35wt%;然后向溶液A中加入50-120份丙烯酰胺、10-20份十二烷基硫酸钠和2-5份乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌100-200min,在65-75℃下反应25-30h,反应结束后经洗涤、真空干燥得到所述改性碳纳米管。
6.根据权利要求1-5中任一项所述耐水性聚氨酯复合材料,其特征在于,所述碳纳米管为改性碳纳米管;所述改性碳纳米管按照以下工艺进行制备:将碳纳米管羧基化得到羧基化碳纳米管;按重量份将30份羧基化碳纳米管加入二甲基乙酰胺中形成溶液A,其中,溶液A中羧基化碳纳米管的质量分数为30wt%;然后向溶液A中加入80份丙烯酰胺、16份十二烷基硫酸钠和3.8份乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌150min,在70℃下反应28h,反应结束后经洗涤、真空干燥得到所述改性碳纳米管。
7.根据权利要求1-6中任一项所述耐水性聚氨酯复合材料,其特征在于,所述纳米氧化铝的平均粒径为20-45nm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述耐水性聚氨酯复合材料,其特征在于,其原料还包括0.5-2重量份的纳米氧化铈。
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