CN111471175A - 一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料及其制法 - Google Patents

一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及耐磨性聚酰亚胺材料技术领域，且公开了一种耐磨性纳米SiO2‑聚脲原位改性聚酰亚胺材料，包括以下配方原料及组分：聚脲接枝纳米SiO2、聚酰胺酸前驱体、二酐单体。该一种耐磨性纳米SiO2‑聚脲原位改性聚酰亚胺材料，以功能化纳米SiO2的异氰酸酯基团作为反应位点，原位生成端异氰酸酯基聚脲分子，聚酰胺酸与聚脲接枝纳米SiO2在二酐单体的交联作用下进行共聚，通过热亚胺化处理，得到纳米SiO2‑聚脲原位改性聚酰亚胺，改善了纳米SiO2与聚酰亚胺的相容性，避免了纳米SiO2团聚和结块的现象，降低了聚酰亚胺的摩擦系数和磨损率，增强了材料的耐磨性，并且纳米SiO2和聚作为软段结构脲分子，对聚酰亚胺具有优异的增韧效果。

Description

一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料及其制法
技术领域
本发明涉及耐磨性聚酰亚胺材料技术领域，具体为一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料及其制法。
背景技术
聚酰亚胺具有优异的绝缘性能和介电性能，使用温度范围宽，是综合性能优异的有机高分子材料，聚酰亚胺作为一种重要的特种工程材料，产品主要有薄膜材料、涂料、纤维、塑料等，在航空航天、微电子技术、分离膜等领域具有广泛的应用。
但是传统的聚酰亚胺材料的摩擦系数和磨损率较大长期使用过程中很容易磨损和损耗，并且聚酰亚胺虽然机械强度很大，但是拉伸强度和断裂伸长率不高，韧性较差，降低了聚酰亚胺的使用性能，无机纳米材料如石墨烯、纳米氮化硼、纳米二氧化硅等具有纳米小尺寸效应，可以作为填料改性剂改善聚酰亚胺等聚合物材料的强度、韧性等机械性能，但是纳米二氧化硅的比表面能很高，与聚酰亚胺的分散性不好，在聚酰亚胺材料基体中容易发生团聚和结块的现象，严重影响了聚酰亚胺的综合性能。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料及其制法，解决了聚酰亚胺的耐摩擦性和韧性较差的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，包括以下原料及组分：聚脲接枝纳米SiO2、聚酰胺酸前驱体、二酐单体，质量比为20-60:100:0.2-1.5。
优选的，所述二酐单体为3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、均苯四甲酸酐或4,4′-联苯醚二酐的任意一种。
优选的，所述耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于恒温反应装置中，加热至75-85℃，搅拌溶解后加入正硅酸乙酯，匀速搅拌反应5-10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于电阻炉中，升温至450-500℃，保温煅烧3-5h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、多孔纳米SiO2和异氰酸酯单体，超声分散均匀后静置陈化12-24h，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡，加热至80-120℃，匀速搅拌反应24-48h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到异氰酸酯功能化纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、异氰酸酯功能化纳米SiO2、以及与步骤(2)相同的异氰酸酯单体，超声分散均匀后加入缓慢加入二胺单体，在90-100℃中匀速搅拌反应30-60min，再降温至70-80℃，反应6-12h，制备得到聚脲接枝纳米SiO2溶液。
(4)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和步骤(3)相同的二胺单体，搅拌溶解后加入缓慢滴加二酐单体，两者质量比为10:12-18，在室温下匀速搅拌反应4-8h，制备得到聚酰胺酸前驱体溶液。
(5)向聚酰胺酸前驱体溶液中加入聚脲接枝纳米SiO2溶液，搅拌均匀后加热至70-80℃，加入与步骤(4)相同的二酐单体，匀速搅拌反应4-8h，将溶液真空脱泡，倒入成膜模具中进行热亚胺化过程，制备得到耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料。
优选的，所述步骤(1)中的恒温反应装置包括油浴槽、油浴槽内部设置有恒温加热器，油浴槽外部固定连接有保温层、保温层上方内部活动连接有转动齿轮，转动齿轮活动连接有螺纹杆，螺纹杆上端固定连接有保温块，螺纹杆下端固定连接有底座，底座上方设置有反应瓶。
优选的，所述步骤(2)中的异氰酸酯单体为4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任意一种，多孔纳米SiO2、异氰酸酯单体和二月桂酸二丁基锡的质量比为10:40-80:0.08-0.15。
优选的，所述步骤(3)中的二胺单体为4,4`-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯基甲烷或4,4'-二氨基二苯基甲酮中的任意一种，异氰酸酯功能化纳米SiO2、异氰酸酯单体和二胺单体的质量比为10:50-120:65-150。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，通过赋予纳米SiO2丰富的孔隙结构，来提高纳米SiO2的比表面积，从而增加强其表面的羟基含量，大量的羟基与异氰酸酯单体反应，得到异氰酸酯功能化纳米SiO2，以功能化纳米SiO2的异氰酸酯基团作为反应位点，通过原位聚合法，使异氰酸酯单体和二胺单体在纳米SiO2的孔隙结构和表面原位生成端异氰酸酯基聚脲分子，得到聚脲接枝纳米SiO2，聚酰胺酸的端氨基再与纳米SiO2接枝的聚脲的端异氰酸酯基团，在二酐单体的交联作用下进行共聚，再通过热亚胺化处理，得到纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺，从而将聚脲-纳米SiO2通过化学键共价接枝到聚酰亚胺的分子链中，改善了纳米SiO2与聚酰亚胺的相容性，通过化学共价键修饰作用，避免了纳米SiO2团聚和结块的现象，分散均匀的纳米SiO2明显降低了聚酰亚胺的摩擦系数和磨损率，增强了材料的耐磨性，并且纳米SiO2对聚酰亚胺具有良好的增韧效果，同时含量大量脲基的聚脲作为软段结构，接入到刚性的聚酰亚胺的分子链中，可以降低聚酰亚胺的脆性，进一步提高材料的断裂伸长率和韧性。
附图说明
图1是恒温反应装置正面示意图；
图2是反应瓶升降示意图；
图3是螺纹杆俯视示意图。
1-恒温反应装置；2-油浴槽；3-恒温加热器；4-保温层；5-转动齿轮；6-螺纹杆；7-保温块；8-底座；9-反应瓶。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，包括以下原料及组分：聚脲接枝纳米SiO2、聚酰胺酸前驱体、二酐单体，质量比为20-60:100:0.2-1.5，二酐单体为3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、均苯四甲酸酐或4,4′-联苯醚二酐的任意一种
耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于恒温反应装置中，恒温反应装置包括油浴槽、油浴槽内部设置有恒温加热器，油浴槽外部固定连接有保温层、保温层上方内部活动连接有转动齿轮，转动齿轮活动连接有螺纹杆，螺纹杆上端固定连接有保温块，螺纹杆下端固定连接有底座，底座上方设置有反应瓶，加热至75-85℃，搅拌溶解后加入正硅酸乙酯，匀速搅拌反应5-10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于电阻炉中，升温至450-500℃，保温煅烧3-5h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、多孔纳米SiO2和异氰酸酯单体，超声分散均匀后静置陈化12-24h，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡，三者质量比为10:40-80:0.08-0.15，其中异氰酸酯单体为4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任意一种，加热至80-120℃，匀速搅拌反应24-48h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到异氰酸酯功能化纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、异氰酸酯功能化纳米SiO2、以及与步骤(2)相同的异氰酸酯单体，超声分散均匀后加入缓慢加入二胺单体，三者质量比为10:50-120:65-150，其中二胺单体为4,4`-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯基甲烷或4,4'-二氨基二苯基甲酮中的任意一种，在90-100℃中匀速搅拌反应30-60min，再降温至70-80℃，反应6-12h，制备得到聚脲接枝纳米SiO2溶液。
(4)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和步骤(3)相同的二胺单体，搅拌溶解后加入缓慢滴加二酐单体，两者质量比为10:12-18，在室温下匀速搅拌反应4-8h，制备得到聚酰胺酸前驱体溶液。
(5)向聚酰胺酸前驱体溶液中加入聚脲接枝纳米SiO2溶液，搅拌均匀后加热至70-80℃，加入与步骤(4)相同的二酐单体，匀速搅拌反应4-8h，将溶液真空脱泡，倒入成膜模具中进行热亚胺化过程，制备得到耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料。
实施例1
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于恒温反应装置中，恒温反应装置包括油浴槽、油浴槽内部设置有恒温加热器，油浴槽外部固定连接有保温层、保温层上方内部活动连接有转动齿轮，转动齿轮活动连接有螺纹杆，螺纹杆上端固定连接有保温块，螺纹杆下端固定连接有底座，底座上方设置有反应瓶，加热至75℃，搅拌溶解后加入正硅酸乙酯，匀速搅拌反应5h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于电阻炉中，升温至450℃，保温煅烧3h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、多孔纳米SiO2和4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯，超声分散均匀后静置陈化12h，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡，三者质量比为10:40:0.08，加热至80℃，匀速搅拌反应24h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到异氰酸酯功能化纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、异氰酸酯功能化纳米SiO2、以及4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯，超声分散均匀后加入缓慢加入4,4`-二氨基二苯醚，三者质量比为10:50:65，在90℃中匀速搅拌反应30min，再降温至70℃，反应6h，制备得到聚脲接枝纳米SiO2溶液。
(4)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和4,4`-二氨基二苯醚，搅拌溶解后加入缓慢滴加3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，两者质量比为10:12，在室温下匀速搅拌反应4h，制备得到聚酰胺酸前驱体溶液。
(5)向聚酰胺酸前驱体溶液中加入聚脲接枝纳米SiO2溶液，搅拌均匀后加热至70℃，加入3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，其中聚脲接枝纳米SiO2、聚酰胺酸前驱体和3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐的质量比为20:100:0.2，匀速搅拌反应4h，将溶液真空脱泡，倒入成膜模具中进行热亚胺化过程，制备得到耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料1。
实施例2
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于恒温反应装置中，恒温反应装置包括油浴槽、油浴槽内部设置有恒温加热器，油浴槽外部固定连接有保温层、保温层上方内部活动连接有转动齿轮，转动齿轮活动连接有螺纹杆，螺纹杆上端固定连接有保温块，螺纹杆下端固定连接有底座，底座上方设置有反应瓶，加热至85℃，搅拌溶解后加入正硅酸乙酯，匀速搅拌反应10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于电阻炉中，升温至460℃，保温煅烧4h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、多孔纳米SiO2和二甲基联苯二异氰酸酯，超声分散均匀后静置陈化24h，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡，三者质量比为10:50:0.1，加热至100℃，匀速搅拌反应48h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到异氰酸酯功能化纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、异氰酸酯功能化纳米SiO2、以及二甲基联苯二异氰酸酯，超声分散均匀后加入缓慢加入4,4'-二氨基二苯基甲烷，三者质量比为10:80:90，在100℃中匀速搅拌反应60min，再降温至75℃，反应6h，制备得到聚脲接枝纳米SiO2溶液。
(4)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和4,4'-二氨基二苯基甲烷，搅拌溶解后加入缓慢滴加均苯四甲酸酐，两者质量比为10:15，在室温下匀速搅拌反应8h，制备得到聚酰胺酸前驱体溶液。
(5)向聚酰胺酸前驱体溶液中加入聚脲接枝纳米SiO2溶液，搅拌均匀后加热至80℃，加入均苯四甲酸酐，其中聚脲接枝纳米SiO2、聚酰胺酸前驱体和均苯四甲酸酐的质量比为35:100:0.6，匀速搅拌反应8h，将溶液真空脱泡，倒入成膜模具中进行热亚胺化过程，制备得到耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料2。
实施例3
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于恒温反应装置中，恒温反应装置包括油浴槽、油浴槽内部设置有恒温加热器，油浴槽外部固定连接有保温层、保温层上方内部活动连接有转动齿轮，转动齿轮活动连接有螺纹杆，螺纹杆上端固定连接有保温块，螺纹杆下端固定连接有底座，底座上方设置有反应瓶，加热至80℃，搅拌溶解后加入正硅酸乙酯，匀速搅拌反应8h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于电阻炉中，升温至480℃，保温煅烧4h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、多孔纳米SiO2和甲苯二异氰酸酯，超声分散均匀后静置陈化18h，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡，三者质量比为10:65:0.12，加热至110℃，匀速搅拌反应36h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到异氰酸酯功能化纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、异氰酸酯功能化纳米SiO2、甲苯二异氰酸酯，超声分散均匀后加入缓慢加入4,4'-二氨基二苯基甲酮，在95℃中匀速搅拌反应45min，再降温至75℃，反应8h，制备得到聚脲接枝纳米SiO2溶液。
(4)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和4,4'-二氨基二苯基甲酮，搅拌溶解后加入缓慢滴加4,4′-联苯醚二酐，两者质量比为10:15，在室温下匀速搅拌反应6h，制备得到聚酰胺酸前驱体溶液。
(5)向聚酰胺酸前驱体溶液中加入聚脲接枝纳米SiO2溶液，搅拌均匀后加热至75℃，加入4,4′-联苯醚二酐，其中聚脲接枝纳米SiO2、聚酰胺酸前驱体和4,4′-联苯醚二酐的质量比为50:100:1，匀速搅拌反应6h，将溶液真空脱泡，倒入成膜模具中进行热亚胺化过程，制备得到耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料3。
实施例4
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于恒温反应装置中，恒温反应装置包括油浴槽、油浴槽内部设置有恒温加热器，油浴槽外部固定连接有保温层、保温层上方内部活动连接有转动齿轮，转动齿轮活动连接有螺纹杆，螺纹杆上端固定连接有保温块，螺纹杆下端固定连接有底座，底座上方设置有反应瓶，加热至85℃，搅拌溶解后加入正硅酸乙酯，匀速搅拌反应10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于电阻炉中，升温至500℃，保温煅烧5h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、多孔纳米SiO2和二甲基联苯二异氰酸酯，超声分散均匀后静置陈化24h，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡，三者质量比为10:80:0.15，加热至120℃，匀速搅拌反应48h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到异氰酸酯功能化纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、异氰酸酯功能化纳米SiO2、以及二甲基联苯二异氰酸酯，超声分散均匀后加入缓慢加入4,4`-二氨基二苯醚，三者质量比为10:120:150，在100℃中匀速搅拌反应60min，再降温至80℃，反应12h，制备得到聚脲接枝纳米SiO2溶液。
(4)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和4,4`-二氨基二苯醚，搅拌溶解后加入缓慢滴加3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，两者质量比为10:18，在室温下匀速搅拌反应8h，制备得到聚酰胺酸前驱体溶液。
(5)向聚酰胺酸前驱体溶液中加入聚脲接枝纳米SiO2溶液，搅拌均匀后加热至80℃，加入3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，其中聚脲接枝纳米SiO2、聚酰胺酸前驱体和3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐的质量比为60:100:1.5，匀速搅拌反应8h，将溶液真空脱泡，倒入成膜模具中进行热亚胺化过程，制备得到耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料4。
对比例1
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于恒温反应装置中，恒温反应装置包括油浴槽、油浴槽内部设置有恒温加热器，油浴槽外部固定连接有保温层、保温层上方内部活动连接有转动齿轮，转动齿轮活动连接有螺纹杆，螺纹杆上端固定连接有保温块，螺纹杆下端固定连接有底座，底座上方设置有反应瓶，加热至85℃，搅拌溶解后加入正硅酸乙酯，匀速搅拌反应5h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于电阻炉中，升温至450℃，保温煅烧5h，制备得到多孔纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、多孔纳米SiO2和甲苯二异氰酸酯，超声分散均匀后静置陈化24h，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡，三者质量比为10:30:0.2，加热至140℃，匀速搅拌反应24h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到异氰酸酯功能化纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、异氰酸酯功能化纳米SiO2、以及甲苯二异氰酸酯，超声分散均匀后加入缓慢加入4,4'-二氨基二苯基甲酮，三者质量比为10:35:50，在80℃中匀速搅拌反应60min，再降温至60℃，反应12h，制备得到聚脲接枝纳米SiO2溶液。
(4)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和4,4'-二氨基二苯基甲酮，搅拌溶解后加入缓慢滴加均苯四甲酸酐，两者质量比为10:25，在室温下匀速搅拌反应2h，制备得到聚酰胺酸前驱体溶液。
(5)向聚酰胺酸前驱体溶液中加入聚脲接枝纳米SiO2溶液，搅拌均匀后加热至85℃，加入均苯四甲酸酐，其中聚脲接枝纳米SiO2、聚酰胺酸前驱体和均苯四甲酸酐的质量比为10:100:0.1，匀速搅拌反应8h，将溶液真空脱泡，倒入成膜模具中进行热亚胺化过程，制备得到耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺对比材料1。
使用MH-20摩擦试验机测试实施例和对比例中的耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料的磨损率和耐磨性能，测试标准为GB/T 3960-2016和GB/T 10006-1988。
Figure BDA0002467322340000101
Figure BDA0002467322340000111
使用HT-140PT工程塑料拉伸试验机测试实施例和对比例中的纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺的断裂伸长率和韧性，测试标准为GB/T 10654-2001。
Figure BDA0002467322340000112
综上所述，该一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，通过赋予纳米SiO2丰富的孔隙结构，来提高纳米SiO2的比表面积，从而增加强其表面的羟基含量，大量的羟基与异氰酸酯单体反应，得到异氰酸酯功能化纳米SiO2，以功能化纳米SiO2的异氰酸酯基团作为反应位点，通过原位聚合法，使异氰酸酯单体和二胺单体在纳米SiO2的孔隙结构和表面原位生成端异氰酸酯基聚脲分子，得到聚脲接枝纳米SiO2，聚酰胺酸的端氨基再与纳米SiO2接枝的聚脲的端异氰酸酯基团，在二酐单体的交联作用下进行共聚，再通过热亚胺化处理，得到纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺，从而将聚脲-纳米SiO2通过化学键共价接枝到聚酰亚胺的分子链中，改善了纳米SiO2与聚酰亚胺的相容性，通过化学共价键修饰作用，避免了纳米SiO2团聚和结块的现象，分散均匀的纳米SiO2明显降低了聚酰亚胺的摩擦系数和磨损率，增强了材料的耐磨性，并且纳米SiO2对聚酰亚胺具有良好的增韧效果，同时含量大量脲基的聚脲作为软段结构，接入到刚性的聚酰亚胺的分子链中，可以降低聚酰亚胺的脆性，进一步提高材料的断裂伸长率和韧性。

Claims (6)

1.一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，包括以下原料及组分，其特征在于：聚脲接枝纳米SiO2、聚酰胺酸前驱体、二酐单体，质量比为20-60:100:0.2-1.5。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，其特征在于：所述二酐单体为3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、均苯四甲酸酐或4,4′-联苯醚二酐的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，其特征在于：所述耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料制备方法包括以下步骤：
(1)向蒸馏水和乙二醇混合溶剂中加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于恒温反应装置中，加热至75-85℃，加入正硅酸乙酯反应5-10h，离心分离、洗涤并干燥，沉淀产物置于电阻炉中，升温至450-500℃，保温煅烧3-5h，制备得到多孔纳米SiO2；
(2)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入多孔纳米SiO2和异氰酸酯单体，超声分散均匀后静置陈化12-24h，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡，加热至80-120℃反应24-48h，离心分离、洗涤并干燥，制备得到异氰酸酯功能化纳米SiO2；
(3)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入异氰酸酯功能化纳米SiO2、以及与步骤(2)相同的异氰酸酯单体，超声分散均匀后加入缓慢加入二胺单体，在90-100℃中反应30-60min，降温至70-80℃，反应6-12h，制备得到聚脲接枝纳米SiO2溶液；
(4)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入和步骤(3)相同的二胺单体，搅拌溶解后加入缓慢滴加二酐单体，两者质量比为10:12-18，在室温下匀速搅拌反应4-8h，制备得到聚酰胺酸前驱体溶液；
(5)向聚酰胺酸前驱体溶液中加入聚脲接枝纳米SiO2溶液，搅拌均匀后加热至70-80℃，加入与步骤(4)相同的二酐单体，反应4-8h，将溶液真空脱泡，倒入成膜模具中进行热亚胺化过程，制备得到耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料。
4.根据权利要求3所述的一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，其特征在于：所述步骤(1)中的恒温反应装置包括油浴槽、油浴槽内部设置有恒温加热器，油浴槽外部固定连接有保温层、保温层上方内部活动连接有转动齿轮，转动齿轮活动连接有螺纹杆，螺纹杆上端固定连接有保温块，螺纹杆下端固定连接有底座，底座上方设置有反应瓶。
5.根据权利要求3所述的一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，其特征在于：所述步骤(2)中的异氰酸酯单体为4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任意一种，多孔纳米SiO2、异氰酸酯单体和二月桂酸二丁基锡的质量比为10:40-80:0.08-0.15。
6.根据权利要求3所述的一种耐磨性纳米SiO2-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，其特征在于：所述步骤(3)中的二胺单体为4,4`-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯基甲烷或4,4'-二氨基二苯基甲酮中的任意一种，异氰酸酯功能化纳米SiO2、异氰酸酯单体和二胺单体的质量比为10:50-120:65-150。
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