[发明专利]一种聚氨酯/碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种聚氨酯/碳纳米管复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管是1991年日本Iijima(Nature，1991，354：56-58)在制取C₆₀的实验中发现的，管径大小为纳米级。其管壁结构类似石墨，导电性好，比表面积大，具有优异的力学、电学，热学性能。更重要的一点是，碳纳米管的分子结构与聚合物链结构相似，长径比高达100-1000，具有极好的柔韧性，与聚合物具有良好的相容性。因此，如果能将碳纳米管均匀地添加到聚合物基体中构成复合材料，可以极大地改善其性能。

聚氨酯材料是一类以多异氰酸酯与多元醇反应制得的具有独特加工性能的高聚物，它以其优良的性能而广泛应用于机电、船舶、航空、车辆、土木建筑、轻工、纺织等部门。但其强度不高，抗静电等性能差，从而限制其进一步的应用。因此，制备聚氨酯/碳纳米管复合材料可以将两种材料的性能结合起来，从而可使其具有更为广泛的用途。

目前，已有制备聚氨酯/碳纳米管复合材料的报道。例如，喻光辉等人(工程塑料应用，2005，33：11-14)通过原位聚合法制备了聚氨酯/碳纳米管复合材料，韩国Nanda Gopal Sahoo等人(Composites Science and Technology，2007，67：1920-1929)通过溶液共混法制备了聚氨酯/碳纳米管复合材料。这些复合材料的力学性能和导电性能都有了一定程度的提高。但在上述现有技术中，为改善碳纳米管在复合材料基体中的均匀分散性，他们都是采用强酸氧化方法对碳纳米管进行表面改性。由于碳纳米管本身具有极大的长径比，很容易缠绕在一起，尤其是采用溶液共混方法时，溶剂的挥发会使碳纳米管产生非常严重的团聚，从而使复合材料性能的改善受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优异的聚氨酯/碳纳米管复合材料的制备方法。把碳纳米管截断成具有最佳长径比，并使其添加有羟基等活性基团，这不但有利于进一步提高碳纳米管在复合材料基体中的均匀分散性及优异性能的发挥，而且能够克服现有技术中由于碳纳米管本身具有极大的长径比，很容易缠绕在一起，尤其是在溶剂挥发时使碳纳米管产生严重的团聚现象等弊端，制备出性能更加优异的聚氨酯/碳纳米管复合材料。

本发明提出的一种聚氨酯/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：将经过强碱机械球磨处理过的碳纳米管均匀分散在溶剂中，将聚氨酯溶解在含有碳纳米管的溶剂中，搅拌混合均匀；最后将混合溶液中的溶剂除去制成聚氨酯/碳纳米管复合材料。

所述的对碳纳米管的强碱机械球磨采用湿磨方式，球磨时间控制在3-40小时，选用的强碱为KOH，添加剂为乙醇进行湿磨。

所述的溶剂选自甲苯、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

所述的复合材料中聚氨酯的含量占80-99.5wt％，碳纳米管的含量占20-0.5wt％。

所述的聚氨酯为多元醇、异氰酸酯和扩链剂形成的能够溶解于有机溶剂的聚氨酯，多元醇选自聚醚多元醇或聚酯多元醇，异氰酸酯选自己二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、4，4，-二苯基甲烷二异氰酸酯或异氰酸酯的其他衍生物，扩链剂选自C₂-C₆的二醇或二胺。

本发明与现有制备方法相比，其优点是：碳纳米管在聚合物基体中分散均匀，制备的聚氨酯/碳纳米管复合材料的力学性能及导电性能有明显的提高。本发明复合材料采用溶液搅拌法制备，工艺简单，操作方便适用于大规模工业化生产。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步说明本发明，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

实施例1：聚氨酯/碳纳米管复合材料1的制备(碳纳米管经强碱球磨处理，含量为复合材料的0.5wt％)

(1)碳纳米管的处理：将0.05g的碳纳米管与1gKOH混合，加入一定量的乙醇，进行球磨，球磨转速为250r/min，球磨时间为3小时，最后用蒸馏水反复洗涤至中性，烘干待用。

(2)纯聚氨酯材料的制备：先用聚醚多元醇(数均分子量为1816)和4，4，-二苯基甲烷二异氰酸酯在90℃反应1h制备预聚体，然后再用1，4-丁二醇进行扩链。加入N，N-二甲基乙酰胺进行溶解，除去溶剂制成纯聚氨酯材料。其中，聚醚多元醇、4，4，-二苯基甲烷二异氰酸酯与1，4-丁二醇的摩尔比为1/3/2。