CN106243680A - 一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法，包括如下步骤：首先利用水热方法制备锐钛矿型二氧化钛纳米粒子，然后将所制备的二氧化钛纳米粒子与制备聚氨酯材料的常规成分在一定温度搅拌条件下进行混合得到聚氨酯乙组分，最后将乙组分在一定的温度和一定的时间内交联固化后可得到纳米二氧化钛有效增强聚氨酯材料。通过本水热法得到的纳米二氧化钛粒子，尺寸均匀、不团聚、分散性好，在聚氨酯中能够均匀的分散，相容性好，不团聚。同时，本发明中的实验方案操作较简单，所制备的纳米二氧化钛增强的聚氨酯材料具有很好的抗菌性。

Description

一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料制备领域，具体涉及一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法。
背景技术
聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。产品应用涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空等各个领域。
聚氨酯工业中，纳米粉体由于其独特的作用机理和多方面的适用性，已经成为聚氨酯配方中一种非常重要的助剂。特别是纳米二氧化钛的抗菌特征一直受到广泛关注。而且在使用过程中有几大优点：对人体安全无毒，对皮肤无刺激性；抗菌能力强，抗菌范围广；无臭味、怪味，气味小；耐水洗，储存期长；热稳定性好，高温下不变色，不分解，不挥发，不变质；纳米二氧化钛是一种永久性维持抗菌效果的抗菌剂；具有很好的安全性，可用于食品添加剂等，与皮肤接触无不良影响。因此，纳米二氧化钛已经被广泛的应用于氨酯工业中。
在目前的无机粒子改性聚氨酯材料研究与开发中，人们普遍采用先将制备的纳米粒子进行前期改性处理后再作为聚氨酯的外加剂原料，然后利用机械方法进行分散的常规的制备技术。上述方法在制备纳米聚氨酯材料过程中存在本质性的问题：对纳米粒子进行改性，虽然能够避免纳米粒子在聚氨酯材料中的团聚现象，达到一个很好的分散效果，但无形中增加了制备过程的复杂性，同时也增加了生产成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法，利用水热法制备高分散发性二氧化钛纳米粒子，并将其应用到聚氨酯材料中，得到一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，纳米二氧化钛粉体的制备：将四氯化钛溶于去离子水得到的溶液加入到碱溶液中，搅拌后得到悬浊液，将悬浊液离心洗涤至上清液呈中性，得到固体滤饼将固体滤饼超声分散到水中，得到白色乳液，将白色乳液置于均相反应器中保温反应，反应结束后，所得固体离心、洗涤、干燥，得到纳米二氧化钛粉体；
步骤二，聚氨酯材料乙组分的制备：将制备聚氨酯材料的常规成分进行混合，加入纳米二氧化钛粉体，搅拌下加热反应，反应后即得聚氨酯材料乙组分；
步骤三，纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备：将聚氨酯乙组分在10°C～80 °C下，0.5～24h的时间内交联固化后即得到纳米二氧化钛增强聚氨酯材料。
本发明的进一步改进方案为：
步骤一中所述四氯化钛和去离子水的质量比为1:0.8～1.1；所述四氯化钛和碱的摩尔比为1:1～1.4；步骤二中所述纳米二氧化钛粉体的重量百分比为1％～10％，其余为制备聚氨酯材料的常规成分。
步骤一中所述的保温反应的温度为160 °C～190°C，保温反应的时间为20－40 h；步骤二中反应的温度为60～150 °C，时间为0.5～20小时。
步骤一所得纳米二氧化钛为锐钛矿晶型，粒径为10～60 nm。
所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种或两种以上的混合。
本发明的有益效果为：
本发明通过水热法制备得到的纳米二氧化钛粉体，纳米粒子尺寸均匀，分散性好，不团聚，很容易分散在聚氨酯材料中，具有很好的相容性，克服了团聚现象。
此外，本发明的制备方案操作简单易实现，产品质量稳定且工艺重复性能好，易于批量生产，所制备的纳米二氧化钛增强聚氨酯材料具有很好的抗菌性。
附图说明
图1为实施例1得到二氧化钛粉体的X-射线衍射（XRD）图谱。
图2为实施例1得到二氧化钛粉体的扫描电镜（SEM）形貌照片。
具体实施方式
实施例1
步骤一、纳米二氧化钛粉体的制备：量取TiCl4液体3 mL和去离子水5 mL，依次倒入小烧杯中，制成TiCl4溶液，把上述TiCl4溶液加入到80 mL的0.4 mol/L的NaOH溶液中，并将其搅拌30 min，得到白色悬浊液，最后，将上述白色悬浊液进行离心、洗涤，直到上清液呈中性，得到白色沉淀物，然后，将得到的白色沉淀物分散在80 mL去离子水中，超声分散30min，得到白色乳液，最后，转移至内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，在均相反应器内，反应温度为180 °C，保温30小时，经洗涤、离心、干燥得到白色的纳米二氧化钛粉体，图1为制得的纳米二氧化钛的粉体X-射线衍射（XRD）图谱，图2为制得的纳米二氧化钛的粉体的扫描电镜（SEM）形貌照片，从图中可知，所得到的二氧化钛纳米粒子尺寸均匀，无团聚现象。
步骤二、聚氨酯材料乙组分的制备：将制备聚氨酯材料的常规成分进行混合，然后加入重量百分比为5%的纳米二氧化钛粉体，加热至100°C，搅拌2小时，反应后即得聚氨酯材料乙组分；
步骤三、纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备：将聚氨酯乙组分在60 °C下，12小时交联固化后可得到纳米二氧化钛有效增强聚氨酯材料。
抗菌测试结果如表1所示，而普通聚氨酯材料没有抗菌性能。
表1
实施例2
步骤一、纳米二氧化钛粉体的制备：量取TiCl4液体2.3 mL和去离子水5 mL，依次倒入小烧杯中，制成TiCl4溶液，把上述TiCl4溶液加入到90 mL的0.3mol/L的NaOH溶液中，并将其搅拌30 min，得到白色悬浊液，最后，将上述白色悬浊液进行离心、洗涤，直到上清液呈中性，得到白色沉淀物，然后，将得到的白色沉淀物分散在80 mL去离子水中，超声分散30min，得到白色乳液，最后，转移至内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，在均相反应器内，反应温度为160 °C，保温40小时，经洗涤、离心、干燥得到白色的纳米二氧化钛粉体；
步骤二、聚氨酯材料乙组分的制备：将制备聚氨酯材料的常规成分进行混合，然后加入重量百分比为1%的纳米二氧化钛粉体，加热至60 °C，搅拌20小时，反应后即得聚氨酯材料乙组分；
步骤三、纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备：将聚氨酯乙组分在25 °C下，24小时交联固化后可得到纳米二氧化钛有效增强聚氨酯材料。
抗菌测试结果如表2所示，而普通聚氨酯材料没有抗菌性能。
表2
实施例3
步骤一、纳米二氧化钛粉体的制备：量取TiCl4液体3.2 mL和去离子水5 mL，依次倒入小烧杯中，制成TiCl4溶液，把上述TiCl4溶液加入到76mL的0.5 mol/L的NaOH溶液中，并将其搅拌30 min，得到白色悬浊液，最后，将上述白色悬浊液进行离心、洗涤，直到上清液呈中性，得到白色沉淀物，然后，将得到的白色沉淀物分散在80 mL去离子水中，超声分散30min，得到白色乳液，最后，转移至内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，在均相反应器内，反应温度为190 °C，保温20小时，经洗涤、离心、干燥得到白色的纳米二氧化钛粉体；
步骤二、聚氨酯材料乙组分的制备：将制备聚氨酯材料的常规成分进行混合，然后加入重量百分比为10%的纳米二氧化钛粉体，加热至150°C，搅拌0.5小时，反应后即得聚氨酯材料乙组分；
步骤三、纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备：将聚氨酯乙组分在80 °C下，0.5小时交联固化后可得到纳米二氧化钛有效增强聚氨酯材料。
抗菌测试结果如表3所示，而普通聚氨酯材料没有抗菌性能。
表3

Claims (5)

1.一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，纳米二氧化钛粉体的制备：将四氯化钛溶于去离子水得到的溶液加入到碱溶液中，搅拌后得到悬浊液，将悬浊液离心洗涤至上清液呈中性，得到固体滤饼将固体滤饼超声分散到水中，得到白色乳液，将白色乳液置于均相反应器中保温反应，反应结束后，所得固体离心、洗涤、干燥，得到纳米二氧化钛粉体；
步骤二，聚氨酯材料乙组分的制备：将制备聚氨酯材料的常规成分进行混合，加入纳米二氧化钛粉体，搅拌下加热反应，反应后即得聚氨酯材料乙组分；
步骤三，纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备：将聚氨酯乙组分在10°C～80 °C下，0.5～24h的时间内交联固化后即得到纳米二氧化钛增强聚氨酯材料。
2.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述四氯化钛和去离子水的质量比为1:0.8～1.1；所述四氯化钛和碱的摩尔比为1:1～1.4；步骤二中所述纳米二氧化钛粉体的重量百分比为1％～10％，其余为制备聚氨酯材料的常规成分。
3.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的保温反应的温度为160 °C～190°C，保温反应的时间为20－40 h；步骤二中反应的温度为60～150 °C，时间为0.5～20小时。
4.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：步骤一所得纳米二氧化钛为锐钛矿晶型，粒径为10～60 nm。
5.根据权利要求1或2所述的一种纳米二氧化钛增强聚氨酯材料的制备方法，其特征在于： 所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种或两种以上的混合。
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