[发明专利]一种具有高阻尼、紫外吸收和增韧性能的聚氨酯/纳米水滑石复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物纳米复合材料领域，特别是提供了一种具有高阻尼紫外吸收和增韧性能的聚氨酯纳米水滑石复合材料及其制备法。

背景技术

近年来，聚合物纳米复合材料正不断被人们关注和研究。聚合物纳米复合材料是指以聚合物为有机相，与有机相纳米颗粒或无机相纳米颗粒进行复合组装而得到的新型材料。由于聚合物具有可加工性、可塑性与功能多样性，使之成为纳米复合材料的主要载体之一。聚合物与无机纳米复合是纳米科学与技术的重要分支，也是制备高性能聚合物材料的重要途径之一。

聚氨酯是一类应用广泛的聚合物材料,可以用于涂料、胶粘剂、弹性体、油墨等领域，作为世界六大具有发展前途的合成材料之一，近年在我国得到了快速发展。但其自身存在一些缺点，如强度不高,耐热、性能差等，限制了其进一步的应用。对此，一些研究者采用环氧树脂、蒙脱土、天然产物以及与塑料共混等方法对其进行改性。近年来，无机纳米材料改性成为聚氨酯改性的主要手段之一。通过无机纳米材料改性形合成的聚氨酯无机纳米复合材料，可以明显提高高分子材料的力学性能、热稳定性，并赋予其一些特殊的性能,，因此近年来这一手段备受国内外材料研究者的关注，并正在不断促进聚氨酯工业的发展。

层状双金属复合氢氧化物又称水滑石(LayeredDoubleHydroxide，LDH)是一种新型的多功能层状纳米材料，具有广泛的应用。水滑石本身片层电荷密度较高，由于片层上的羟基使片层表面具有很强的极性，导致水滑石层与层的相互作用很强，难以在聚合物基体中层离。但由于水滑石其具有层板金属元素可调、层间离子可置换、具有层状结构、绿色环保等多种优点使它在制备聚合物基纳米复合材料上有着潜在的研究价值，正不断被人们所关注。

本发明密切结合目前聚合物纳米复合材料中纳米颗粒的均匀有效分散问题，通过十二烷基磺酸根插层硝酸根水滑石前驱体，硅烷偶联剂表面接枝改性制得层间距大、分散性好的有机改性纳米水滑石填料，并以聚氨酯纳米复合材料为切入点，设计合成了以聚氨酯为基体，有机改性纳米水滑石为分散相的一种纳米复合材料。由于改性过后的纳米微粒尺寸小、相容性好、比表面积大、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出表面效应、小尺寸效应等，使复合材料拥有许多不同于常规材料的新奇特性，如更好的力学性能、更高的阻尼特性，热稳定性和抗紫外能力显著提高等。本发明为有机纳米水滑石应用于聚氨酯材料开辟了新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异性能的聚氨酯纳米水滑石复合材料的制备方法。本发明将十二烷基磺酸根插层硅烷偶联剂表面接枝改性的层状纳米水滑石作为一种新型材料应用于对聚氨酯弹性体的改性，为水滑石在聚氨酯基体中均匀有效的分散，设计合成具有高阻尼特性、高韧性、热稳定性和抗紫外能力显著提高、综合性能优异的纳米复合材料提供新的思路和可行性解决方案。

本发明的技术方案是将水滑石前驱体进行有机修饰改性，使之在聚氨酯基体中均匀有效分散。利用纳米水滑石与聚氨酯基体的交联强化作用，通过原位插层/原位聚合、溶剂挥发流延成膜，实现了制备综合性能优异的聚氨酯纳米复合材料。具体制备步骤如下：

I.有机修饰水滑石的制备

1).镁铝硝酸根水滑石(MgAl-NO₃-LDH)前驱体的制备

a.称取0.03～0.3mol硝酸镁(Mg(NO₃)₂·6H₂O)、0.01～0.1mol硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)，将二者混合溶于100～300ml去离子水中(去离子水已通氮气烧开去除CO₂，下同)，记为溶液A；

b.配置与步骤a中金属离子摩尔总和的1.0～4.0倍量的NaOH溶液100～300ml，记为溶液B；

c.将溶液A与溶液B同时缓慢倒入胶体磨中，胶体磨转速2000～4000r/min，成核1～5min后，立即将浆液转移到三口瓶中，通入氮气，70～95℃下水浴加热搅拌晶化12～24h，机械搅拌转速为300～500r/min(下同)；

d.将产物分别用去离子水充分洗涤并离心分离3～6次，至洗涤液无色呈中性，50～90℃下真空干燥10～24h后即可得到MgAl-NO₃-LDH前驱体；

2).离子交换法制备十二烷基磺酸根插层水滑石(SD-LDH)