[发明专利]一种聚氨酯弹性体/埃洛石纳米管复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料的技术领域，具体涉及聚氨酯弹性体/埃洛石纳米管复合材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯( polyurethane，PU )主要由含重复的氨基甲酸酯链段的大分子链构成。其制品主要包括弹性体、塑料、纤维、软泡、硬泡等，其中，聚氨酯弹性体(PUE) 因具有较高的强度、优异的耐磨性能、耐腐蚀性、耐冲击性能等优点而广泛应用于汽车、建筑、制鞋业等领域。此外，它的吸震、减震效果好、负重容量非常大。近年来，科学技术飞速发展，人们对材料综合性能要求也越来越高，同时还必须考虑降低成本以提高材料的使用效能和市场竞争力，为此人们对改善PUE的物理、力学性能开展了大量的研究工作。

    混炼型聚氨酯 (MPU) 是特种聚合物, 适用于耐磨性、拉伸强度及撕裂强度、耐油性和耐臭氧性等要求高的场合。MPU的数均相对分子质量大约在10000~30000范围内，通常高于浇铸型聚氨酯（CPU）。MPU可以在混炼加工中添加炭黑、硬脂酸、防水剂等各种补强剂、填充剂及改性助剂，以改善性能并降低成本。

    纳米材料具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出特有的性质如比表面积大、化学活性高、熔点低等，为PUE改性指明了新的方向。纳米材料作为增强相时，在填充量很小的情况下能显著改善材料的力学性能，不仅可以降低成本，还能赋予材料新的热学、力学、光学、电学、磁学和催化等方面特殊的性能。因而，近年来研究者越来越关注纳米物质在改性PUE方面的应用。

    埃洛石纳米管是一种天然的粘土矿物，属高岭石的变种，所以也称为变高岭石，埃洛石纳米管由高岭石的片层在天然条件下的多个片层卷曲而成。其中，高岭石的片层结构卷曲成了SiO₂在外层、Al₂O₃在内层的管状结构。一般埃洛石管由20个片层卷曲而成，通常呈致密块状或土状；在电子显微镜下可见晶体呈直的或弯曲的管状形态。管外径约为50nm，内径约为15-20nm，长度约为 100-1500nm，所以是一种天然的多壁纳米管。文献报道埃洛石纳米管的晶体中含有两种类型的羟基基团：外羟基基团和内羟基基团。外羟基位于硅氧四面体和铝氧八面体构成的层状结构的外部非共享面上，而内羟基基团则位于硅氧四面体和铝氧八面体构成的层状结构的共享面上。埃洛石纳米管同碳纳米管等其它纳米管一样具有较大的长径比和纳米管状结构，同时埃洛石纳米管具有高强、高模等特点，因此是制备新型聚合物复合材料的理想增强材料。并且埃洛石纳米管的结晶之间是以氢键和范德华力等次价键的形式结合，在聚合物中比较容易实现结构单元的解离与分散。

    目前，大多数研究者都关注着蒙脱土、凹凸棒土、碳纳米管、氧化石墨烯、纳米SiO₂、纳米TiO₂、纳米微晶纤维素等纳米材料对聚氨酯弹性体性能的影响，却没有涉及埃洛石纳米管的报道，在混炼型聚氨酯弹性体领域尚未有相关文献。中国专利CN97106943 报道了一种采用凹凸棒土作为填充剂生产聚氨酯的方法，将凹凸棒土经过表面改性处理后加入聚氨酯原料中，虽然能使生产的聚氨酯成本降低，但是其物理力学性能也大大降低，由于凹凸棒土与聚氨酯基体间存在较大的界面张力，很难实现纳米材料的良好分散性以及界面粘结，从而导致材料机械强度下降。

发明内容

    本发明的目的是提供一种聚氨酯弹性体/埃洛石纳米管复合材料及其制备方法。

    本发明的技术方案

一种聚氨酯弹性体/埃洛石纳米管复合材料，通过包括如下步骤的方法制备而成：

即将埃洛石纳米管在机械搅拌下加入聚醚多元醇或聚酯多元醇中，然后加入磷酸于100-130℃抽真空除水1-3h，然后降温至50-80℃后加入多异氰酸酯，在80-90℃进行预聚反应2-5h，待温度降至40-60℃后再加入扩链剂二醇类或二胺类进行扩链反应5-30min，所得的反应液倒入聚四氟乙烯膜上，控制温度为80-120℃熟化6h，即得聚氨酯弹性体/埃洛石纳米管复合材料；

上述制备过程中所用的各原料按重量份数计算，其组成及含量如下:

聚醚多元醇或聚酯多元醇          119.304-165.7份

埃洛石纳米管                    1.5845-14.9455份

多异氰酸酯                      87.84-122份

二醇类或二胺类扩链剂            11.2-29.25份