[发明专利]无卤阻燃聚氨酯-笼形倍半硅氧烷纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料的制备方法，尤其是一种无卤阻燃聚氨酯-笼形倍半硅氧烷纳米复合材料的制备方法。

背景技术

笼形倍半硅氧烷（POSS）是一种新型的有机无机纳米杂化体系，它是以无机的Si-O组成笼形骨架，三维尺寸在1～2nm左右，外围则有与Si原子相连接的有机基团包围着内核。无机的硅氧骨架赋予了聚合物基体良好的耐热和机械性能，还能起到增强增韧的效果，外围的有机基团则能改善POSS与聚合物基体的相容性。POSS的这种独特性能已使其成为制备高性能聚合物材料的首选填充材料，如中国发明专利申请CN 102617823 A于2012年8月1日公布的“一种羟基笼形倍半硅氧烷改性聚氨酯的制备方法”。该发明专利申请文献公开的制备方法为先在催化剂存在和氮气氛保护的条件下将二异氰酸酯与聚醚二元醇反应制得预聚体，再加入1,4-丁二醇和羟基笼形倍半硅氧烷作为扩链剂充分反应，通过化学键合改性，获得产物。然而，这种制备方法存在着不足之处，首先，产物的阻燃性相比于纯聚氨酯没有得到实质性的改变，不能将其用于阻燃领域；其次，制备方法不仅繁琐，还不能获得具有阻燃性能的改性聚氨酯。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有阻燃功能的无卤阻燃聚氨酯-笼形倍半硅氧烷纳米复合材料的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：无卤阻燃聚氨酯-笼形倍半硅氧烷纳米复合材料的制备方法采用水热法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先向浓度为10～20%的纳米笼形倍半硅氧烷N,N-二甲基甲酰胺溶液中加入二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），并于70～90℃下搅拌8～12h，其中，二苯基甲烷二异氰酸酯与纳米笼形倍半硅氧烷N,N-二甲基甲酰胺溶液中的纳米笼形倍半硅氧烷的重量比为1～5：9～11，得到改性笼形倍半硅氧烷溶液，再将改性笼形倍半硅氧烷溶液置于70～90℃下进行干燥处理，待溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）挥发后对其进行研磨和过1000目筛，得到改性笼形倍半硅氧烷粉末；

步骤2，先按照重量比为98～102：1～15：250～400的比例将聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）、改性笼形倍半硅氧烷粉末和N,N-二甲基甲酰胺混合，并于50～60℃下搅拌0.2～1h，得到混合溶液，再将二苯基甲烷二异氰酸酯滴加到65～80℃下的混合溶液中，其中，二苯基甲烷二异氰酸酯与混合溶液中的聚四氢呋喃醚二醇的重量比为10～15：98～102，得到改性混合溶液；

步骤3，先向50～60℃下的改性混合溶液中加入1,4-丁二醇反应1～6h，其中，1,4-丁二醇与改性混合溶液中的聚四氢呋喃醚二醇的重量比为0.5～1：98～102，得到反应液，再将反应液置于容器中，于50～60℃下干燥固化10～20h，制得无卤阻燃聚氨酯-笼形倍半硅氧烷纳米复合材料。

作为无卤阻燃聚氨酯-笼形倍半硅氧烷纳米复合材料的制备方法的进一步改进，所述的纳米笼形倍半硅氧烷的粒径为1～2nm；所述的纳米笼形倍半硅氧烷为纳米苯基笼形倍半硅氧烷，或纳米乙烯基笼形倍半硅氧烷，或纳米八（三甲基硅烷基）笼形倍半硅氧烷；所述的步骤3中的容器为模具。

相对于现有技术的有益效果是，其一，分别对采用制备方法制得的目标产物的断面和其燃烧过后的残炭使用扫描电镜进行表征，由其结果可知，目标产物由基体——聚氨酯和均匀分布于其中的纳米笼形倍半硅氧烷构成；其中，纳米笼形倍半硅氧烷的粒径为1～2nm。目标产物燃烧过后的残炭为纳米笼形倍半硅氧烷与基体共同形成了致密的熔融阻隔层，这种熔融阻隔层的存在极大地降低了目标产物的燃烧速度，大大地改善了目标产物的阻燃性能。其二，对制得的目标产物分别使用氧指数仪和水平垂直燃烧仪进行阻燃性能测试，结果如表1所示：