[发明专利]一种耐磨性纳米SiO2

说明书

本发明涉及耐磨性聚酰亚胺材料技术领域，且公开了一种耐磨性纳米SiO₂‑聚脲原位改性聚酰亚胺材料，包括以下配方原料及组分：聚脲接枝纳米SiO₂、聚酰胺酸前驱体、二酐单体。该一种耐磨性纳米SiO₂‑聚脲原位改性聚酰亚胺材料，以功能化纳米SiO₂的异氰酸酯基团作为反应位点，原位生成端异氰酸酯基聚脲分子，聚酰胺酸与聚脲接枝纳米SiO₂在二酐单体的交联作用下进行共聚，通过热亚胺化处理，得到纳米SiO₂‑聚脲原位改性聚酰亚胺，改善了纳米SiO₂与聚酰亚胺的相容性，避免了纳米SiO₂团聚和结块的现象，降低了聚酰亚胺的摩擦系数和磨损率，增强了材料的耐磨性，并且纳米SiO₂和聚作为软段结构脲分子，对聚酰亚胺具有优异的增韧效果。

技术领域

本发明涉及耐磨性聚酰亚胺材料技术领域，具体为一种耐磨性纳米SiO₂-聚脲原位改性聚酰亚胺材料及其制法。

背景技术

聚酰亚胺具有优异的绝缘性能和介电性能，使用温度范围宽，是综合性能优异的有机高分子材料，聚酰亚胺作为一种重要的特种工程材料，产品主要有薄膜材料、涂料、纤维、塑料等，在航空航天、微电子技术、分离膜等领域具有广泛的应用。

但是传统的聚酰亚胺材料的摩擦系数和磨损率较大长期使用过程中很容易磨损和损耗，并且聚酰亚胺虽然机械强度很大，但是拉伸强度和断裂伸长率不高，韧性较差，降低了聚酰亚胺的使用性能，无机纳米材料如石墨烯、纳米氮化硼、纳米二氧化硅等具有纳米小尺寸效应，可以作为填料改性剂改善聚酰亚胺等聚合物材料的强度、韧性等机械性能，但是纳米二氧化硅的比表面能很高，与聚酰亚胺的分散性不好，在聚酰亚胺材料基体中容易发生团聚和结块的现象，严重影响了聚酰亚胺的综合性能。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐磨性纳米SiO₂-聚脲原位改性聚酰亚胺材料及其制法，解决了聚酰亚胺的耐摩擦性和韧性较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐磨性纳米SiO₂-聚脲原位改性聚酰亚胺材料，包括以下原料及组分：聚脲接枝纳米SiO₂、聚酰胺酸前驱体、二酐单体，质量比为20-60:100:0.2-1.5。

优选的，所述二酐单体为3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、均苯四甲酸酐或4,4′-联苯醚二酐的任意一种。

优选的，所述耐磨性纳米SiO₂-聚脲原位改性聚酰亚胺材料制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙二醇混合溶剂，加入氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，置于恒温反应装置中，加热至75-85℃，搅拌溶解后加入正硅酸乙酯，匀速搅拌反应5-10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于电阻炉中，升温至450-500℃，保温煅烧3-5h，制备得到多孔纳米SiO₂。

(2)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、多孔纳米SiO₂和异氰酸酯单体，超声分散均匀后静置陈化12-24h，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡，加热至80-120℃，匀速搅拌反应24-48h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到异氰酸酯功能化纳米SiO₂。

(3)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、异氰酸酯功能化纳米SiO₂、以及与步骤(2)相同的异氰酸酯单体，超声分散均匀后加入缓慢加入二胺单体，在90-100℃中匀速搅拌反应30-60min，再降温至70-80℃，反应6-12h，制备得到聚脲接枝纳米SiO₂溶液。