[发明专利]植物油基聚氨酯/二氧化硅纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚氨酯材料技术领域，涉及一种聚氨酯/二氧化硅纳米复合材料及其制备方法，具体地说，涉及一种硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅增强植物油基聚氨酯树脂及其制备方法。

背景技术

聚氨酯(PU)树脂是一类重要的合成树脂，由多异氰酸酯与多元醇反应制成。作为一类多用途聚合物材料，PU树脂可以以涂料、胶黏剂、泡沫塑料、弹性体、纤维、合成革、防水材料、铺装材料、复合材料和生物医用材料等多种产品形态应用于交通运输(车辆、船舶、飞机、道路、桥梁)、建筑、机械、电子设备、家具、食品加工、服装、纺织、合成皮革、印刷、矿冶、石油化工、水利、国防、体育、医疗等诸多领域。由于PU具有诸多优异的物理性能，如优良的耐磨性能、耐疲劳性、耐化学腐蚀性及高抗冲性、优异的柔顺性和极好的阻尼性、生物相容性等而不断受到重视，正成为一类重要的广泛应用的材料。随着各应用领域对材料综合性能要求不断提高，传统PU材料的性能已不能满足实际应用的要求，因此许多研究工作旨在改善PU材料的综合性能。

随着环境保护和石油资源枯竭两大难题越来越被重视，研究以可再生资源为原料制备环境友好的聚合物越来越成为关注的焦点。植物油的主要成分为甘油三酸酯,其中3个酰基通常来源于碳原子为14～22的脂肪酸。多数植物脂肪酸为不饱和脂肪酸,它们的双键位置通常在9位或10位碳,亚油酸和亚麻酸另外有12或13位双键,亚麻酸在15或16位碳上还有双键。大多数植物油的结构差异仅仅在于不饱和度和不饱和键的共轭程度,它们的化学性质相近,特别是常用的亚麻油、大豆油、玉米油、菜籽油等化学改性机理基本一致。某些天然植物油含有特殊的功能基团,如蓖麻油中含羟基的蓖麻油酸超过脂肪酸总量的90％,可直接用于制备PU材料。来源广泛的植物油基多元醇，是一种极其重要的环保材料，具有生物可降解和生物相容性，因此以植物油基多元醇制备PU材料不仅具有独特的性能，而且具有重要的环保和经济的双重效益。

近年来，聚合物/无机物纳米复合材料已经发展成为聚合物材料的研究热点之一，而纳米二氧化硅(SiO₂)是目前工业化产量最大的纳米材料，在制备纳米复合材料中有着非常广阔的应用前景，对开发具有特殊性能的功能材料有着重要的实际意义。在工业上，纳米SiO₂常常被称做为“超微细白炭黑”，是一种无定型白色粉末，无毒、无味、无污染，粒径小、比表面积大、化学纯度高、分散性能好，具有优越的热稳定性、补强性、触变性和优良的光学及机械性能，广泛应用于陶瓷、橡胶、塑料、涂料、颜料及催化剂载体等领域。但由于纳米SiO₂间固有的范德华作用力和极大的比表面积使其极易团聚，在聚合物基体中很难均匀分散，从而不能有效提高聚合物的综合性能，所以有效分散纳米SiO₂是制备综合性能优异的聚合物纳米复合材料的关键技术之一。同时纳米SiO₂在制备聚合物纳米复合材料时添加量需要优化，当添加量较低时，提高聚合物性能不明显；当添加量过高时，制备聚合物纳米复合材料过程中很难均匀分散纳米SiO₂并消除气泡等缺陷，反而降低聚合物的性能，而且还会造成成本过高。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种植物油基PU/SiO₂纳米复合材料。

本发明的另一目的是提供一种上述植物油基PU/SiO₂纳米复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种植物油基聚氨酯/二氧化硅纳米复合材料，其为以植物油基多元醇与异佛尔酮二异氰酸酯反应制得的植物油基聚氨酯为主体，以改性或未改性的纳米SiO₂为填料的复合材料，其中改性或未改性的纳米SiO₂在复合材料中的质量含量为5～13％。

进一步的，改性或未改性的纳米SiO₂在复合材料中的质量含量为6～12％，进一步优选10～12％。