[发明专利]一种双层笼型倍半硅氧烷改性植物油基聚氨酯复合材料的制备方法

摘要

一种双层笼型倍半硅氧烷改性植物油基聚氨酯复合材料的制备方法，属于高分子复合材料技术领域。本发明以植物油基多元醇，异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）为原料，合成植物油基聚氨酯，并以有机‑无机杂化材料双层笼型倍半硅氧烷（DDSQ）为改性剂，合成出一系列植物油基聚氨酯复合材料。本发明采用环保可再生的植物油基多元醇为原料，并针对植物油基聚氨酯存在的缺点，用具有规整笼型结构的双层倍半硅氧烷进行化学改性，改性后复合材料的热性能，机械性能以及耐水性都得到了不同程度的改善。与普通的植物油基聚氨酯相比，复合材料的初始分解温度提高了31℃，而拉伸强度提高了近4倍。

主权项

1.一种双层笼型倍半硅氧烷改性植物油基聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤为：（1）乙二醇开环大豆油制备大豆油多元醇：a、加料：将80~120g大豆油和30~50g乙二醇加入250mL的单口烧瓶中，搅拌下加入大豆油质量0.1%~1%的催化剂氟硼酸；b、反应：将步骤a所得溶液在80~100℃下反应2~4h后冷却至室温；c、后处理：采用乙酸乙酯提取反应物，取上层溶液；用NaCl的饱和溶液和去离子水依次分别清洗所取上层溶液3~5遍，0.8~1.0MPa、40~80℃真空旋转蒸发所得溶液，即得所需的大豆油多元醇；（2）水解缩合法制备双层笼型倍半硅氧烷DDSQ；d、苯基三甲氧基硅烷在碱性条件下水解生成不完全缩合的DDSQ四醇钠盐Na4O14Si8(C6H5)8：在配有冷凝管和磁力搅拌的烧瓶中，依次加入30~40g苯基三甲氧基硅烷、100~200mL异丙醇、3~10g去离子水以及 4~10g固体NaOH，在60~80℃下回流反应2~6h后，室温下继续反应10~20h；40~80℃旋转蒸出溶剂并在0.6~1.5MPa、40~80℃真空干燥即得产物DDSQ四醇钠盐Na4O14Si8(C6H5)8；e、双层笼型倍半硅氧烷DDSQ的反应：称取步骤d制备的DDSQ四醇钠盐2~5g溶于30~50mL精制四氢呋喃THF中，转移至100mL的圆底烧瓶中，继续加入精制三乙胺1~2g，常温下进行磁力搅拌，搅拌过程中用注射器逐滴加入甲基三氯硅烷1~3g，滴加完毕后继续常温搅拌反应8~15h；在冰浴的条件下往混合液中加入10~20mL的去离子水，继续搅拌20~60min；f、后处理：反应结束后，用50~100mL甲苯对混合溶液进行萃取，分离出有机层，对其用去离子水洗涤至中性，随后40~80℃旋转蒸出溶剂甲苯，到甲苯剩余体积至10~20mL，开始出现沉淀，将混合液在0℃下放置24h，过滤得到沉淀；g、干燥：将所得沉淀在真空干燥箱中40~60℃下干燥8~15h，得到白色固体产物双层笼型倍半硅氧烷DDSQ；（3）植物油基聚氨酯复合材料的制备：于100mL三口烧瓶中加入步骤（1）制备所得4g大豆油多元醇，然后加入20~50mL乙酸乙酯溶解，边搅拌边加入1~5mL异佛尔酮二异氰酸酯IPDI，加入0.1~0.5mL的催化剂辛酸亚锡，装上冷凝管，在N2保护下60~90℃反应1~3h后，测量混合物中异氰酸根含量；分别添加含量为0.1g~1.0g的步骤（2）制备所得的DDSQ，同时再加入相应质量的1,4‑丁二醇，控制扩链系数为1~1.08，继续在60~90℃下反应1~3h，反应结束得到聚氨酯复合溶液；（4）聚氨酯复合溶液恒温干燥成膜：将步骤（3）制备所得的聚氨酯复合溶液在室温下静置6~12h，放入50~90℃干燥箱中恒温干燥12~48h成膜，取出后置于干燥器中保存，即得双层笼型倍半硅氧烷改性植物油基聚氨酯复合材料。