[发明专利]一种增强增韧热塑性聚氨酯/再生纤维素复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种新型再生纤维素增强增韧热塑性聚氨酯复合材料的制备方法。

背景技术

纤维素是一种非常丰富的可再生高分子材料，对于我们的地球来说是一种取之不尽用之不竭的资源，其每年的再生量就达1.0*10¹⁰吨。并且纤维素本身具有较高的结晶度、分子间及分子内氢键，所以纤维素的加入对高分子材料的机械性能、热稳定性等性能有显著的影响。作为高分子基体的填料使用具有无可比拟的优势，引起了很多研究者的关注。

热塑性聚氨酯作为一种成熟的应用广泛的材料，具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性已被业界公认为极具发展潜力的新型材料的代表。但由于TPU自身的结构特点使TPU的力学性能难以运用于一些特殊场合，因此改善TPU的力学性能已成TPU塑料的发展方向。近年来众多研究采用纤维素作为增强填料与TPU共混，从而改善TPU的热机械性能。

目前，应用纤维素作为增强填料增强TPU时，多采用纳米纤维素(CN 102604363 A, CN 103436002 A, CN 102731990 A)，虽然纳米纤维素具有巨大的比表面积、高强度和高表面活性，但是纳米纤维素的制备过程非常繁琐，表面改性较难，造价较高。

另外，由于纤维素表面富含强极性的羟基且会形成内部强氢键作用，而聚氨酯主链中含有氨基甲酸酯(-NHCOO-)特征单元，所以对于聚氨酯/纤维素复合材料而言，两相界面结合强度较差。本发明利用成本低廉易于制备的再生纤维素作为填料，通过将其加入TPU预聚体，聚合过程中TPU预聚体分子链接枝到再生纤维素的表面形成了TPU-g-RC，降低了再生纤维素表面的极性，增强与TPU基质的界面相容性，从而制备出高性能复合材料。

发明内容

本发明目的是提供一种再生纤维素增强增韧聚氨酯复合材料的制备方法。具体制备方法按如下步骤进行：

（1）再生纤维素的制备：

将纤维素溶于碱/尿素混合水溶液或碱/硫脲混合水溶液中，其中纤维素与碱/尿素混合水溶液或碱/硫脲混合水溶液质量比为1:99到10:90，所述的碱/尿素水溶液为5-12wt% 碱/8-20wt%尿素混合水溶液，所述的碱/硫脲水溶液为 6-15%碱/3-10% 硫脲混合水溶液。在搅拌或超声波作用下充分分散。将溶液在-12℃至-20℃的温度下进行冷冻处理不少于1h，待冷冻后的混合物解冻后，加入不少于2倍混合物体积的蒸馏水，离心分离得凝胶状产物，用蒸馏水洗涤所得产物至中性，即得再生纤维素。

（2）热塑性聚氨酯/再生纤维素复合薄膜的制备

将4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和聚四亚甲基醚二醇(PTMG)溶解于DMF中，在80℃氮气气氛下搅拌至少2h，反应得TPU预聚物，其中MDI和PTMG的摩尔质量比是2:1；将步骤（1）中制备的再生纤维素在70℃干燥至恒重后，溶于适量的DMF中，超声使其分散均匀；将RC/DMF溶液加入到TPU预聚物/DMF的溶液中，并于70℃条件下加热搅拌至少1h；随后加入一定量的扩链剂，70℃条件下加热搅拌至少1h得稳定溶液；所述稳定的溶液常温下经真空脱气后，浇注在模具中，再在70℃下干燥24h后揭膜即得到所述TPU/RC薄膜。其中总共NCO/OH在TPU溶液中的摩尔质量比是1。

其中，所说的纤维素来自下述纤维素原料中的至少一种：棉短绒，木浆纤维，微晶纤维素。

所说的碱包括氢氧化钠、氢氧化锂中的至少一种。

所述扩链剂包括1，4-丁二醇、1，6-乙二醇、甘油、三羟基丙烷、三甘醇中至少一种。

所述步骤（2）中制备得到的TPU/RC薄膜，其中RC质量占TPU质量的1%～10%。

有益效果：

本发明的优点在于：（1）直接将再生纤维素溶解于TPU预聚物的溶液中，聚合过程中形成的TPU-g-RC共聚物提高了RC与TPU基体之间的作用力，从而增强增韧TPU。（2）用再生纤维素代替纳米纤维素作为增强填料，减少成本，制备过程绿色环保。

实施例：        

本发明拟通过下述实施例简单说明本发明的特点与优点，需要说明的一点是本发明不仅限于实施例的内容。

实施例1：