[发明专利]一种可交联POSS增强聚氨酯的纳米杂化材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种可交联POSS增强聚氨酯的纳米杂化材料的制备方法，其包括以下步骤：1)称取原料POSS、异佛尔酮二异氰酸酯、聚醚多元醇、亲水单体等；2)将POSS、聚醚多元醇和亲水单体溶解于溶剂后，加入催化剂和异佛尔酮二异氰酸酯，回流反应后再加入三乙胺进行中和反应，反应结束降温缓慢滴加硅烷偶联剂，滴加完毕后继续反应1‑2小时；减压蒸馏除去溶剂得到蓝色荧光的水性聚氨酯/POSS共聚乳液，再将共聚乳液固化得到所述可交联POSS增强聚氨酯的纳米杂化材料。本发明利用POSS结构中的双羟基将其嵌入聚氨酯的主链结构，并将可POSS的可交联单元置于聚氨酯侧链，从而达到对聚氨酯材料增强增韧的效果。

技术领域

本发明涉及一种可交联POSS增强聚氨酯的纳米杂化材料及制备方法，尤其是涉及一种广泛应用于薄膜，胶粘剂和弹性体等领域的水性聚氨酯/POSS纳米杂化材料。

背景技术

聚氨酯具有优异的柔韧性、光稳定性、耐磨性、耐化学性和耐候性等优点，是应用最为广泛的高分子材料之一。随着环保法规的完善和环境保护意识的增强，聚氨酯水性化越来越受到人们的高度重视，但受结构缺陷的影响，水性聚氨酯的综合性能较差。对水性聚氨酯进行结构修饰，改善其综合性能，已成为该领域国内外学者的重点研究方向。其中，运用有机硅氧烷改性水性聚氨酯是最为有效的途径之一，即利用硅氧烷端基化水性聚氨酯，该法操作简便，化学反应条件温和，倍受青睐；但由于封端所引入的硅氧烷含量偏低，体系中化学交联程度不高，使得材料的力学性能、耐溶剂性及耐水性改善有限，无法满足当前工业技术不断发展的需求。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明的目的是提供一种可有效改善水性聚氨酯的力学性能、耐溶剂性及耐水性等综合性能的一种可交联POSS增强聚氨酯的纳米杂化材料及制备方法。

为实现上述目的，发明人提供了一种可交联POSS，其结构式如式I所示：

其中，R为异丁基。

由于本发明的交联POSS(笼型聚倍半硅氧烷)含有双羟基结构，可与聚氨酯的硬段，软段单元共聚，且硅烷氧基可以为聚氨酯提供足够的交联密度，而POSS的笼型结构又具有很好的应力分散作用，因此可以大幅度提高水性聚氨酯的纳米杂化材料的拉伸强度和韧性，拓宽聚氨酯材料的应用范围。

本发明还公开一种可交联POSS的制备方法，其包括以下步骤：

1)在有机溶剂A中加入催化剂和去离子水，升温加热至回流，在回流下再缓慢滴加异丁基三乙氧基硅烷，滴加完毕后保温反应20～30小时；保温反应完毕将反应液降温至-5～0℃，缓慢滴加稀酸中和反应液，当溶液由乳白色转为深乳黄色时停止滴加，然后保温继续反应1～3小时；反应结束，抽滤，干燥滤饼得到白色粉末固体，标记所述白色粉末固体为T₇；所述去离子水、异丁基三乙氧基硅烷、催化剂的摩尔比为1：1.5-1.6:1-1.2；

2)在反应瓶中加入步骤1)得到的T₇，氨丙基三甲氧基硅烷和有机溶剂B，溶解完全后室温反应20～30小时，减压蒸馏除去有机溶剂B，得到白色固体，所述白色固定标记为T₈；所述T_7、氨丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：1-1.05；

3)将步骤2)得到的所述T₈常温溶解于有机溶剂C，再加入3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，常温搅拌反应65～75小时，减压蒸馏除去有机溶剂C，得到笼型聚倍半硅氧烷POSS；所述T₈与3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1：0.45-0.50。

具体的，所述可交联POSS的制备过程如式II所示。

优选的，所述步骤1)中的催化剂为下列中的一种：氢氧化锂、氢氧化钠、或氢氧化钾中的一种。