[发明专利]一种聚氨酯纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明提供的一种聚氨酯纳米复合材料的制备方法为：通过溶液溶溶共混法将改性碳纳米管复合纳米材料添加到热塑性聚氨酯弹性体(TPU)中，提高了热塑性聚氨酯弹性体的力学性能和耐热性，进而制备高性能聚氨酯纳米复合软管。通过在酸化碳纳米管表面原位生长纳米二氧化硅(SiO₂)和纳米二氧化钛(TiO₂)核壳包裹层，形成核壳型碳纳米管复合纳米材料，使碳纳米管(CNTs)、SiO₂和TiO₂三者能实现均匀分散和复合，通过硅烷偶联剂的偶联改性和TPU有效复合，很好地改善热塑性聚氨酯弹性体的力学性能和耐热性，提高无机材料在复合材料中的分散性，进而制备高性能聚氨酯纳米复合软管，聚氨酯纳米复合材料拓展了热塑性聚氨酯弹性体的应用领域。

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯纳米复合材料的制备方法，主要用于提高热塑性聚氨酯的力学性能以及热稳定性能耐热性，进而制备高性能聚氨酯纳米复合软管。

背景技术

热塑性聚氨酯(TPU)是一类以多异氰酸酯和多元醇反应制得的具有独特性能的加热可塑化、可以溶解在一定溶剂中的高聚物。TPU具有高硬度、高弹性、良好的耐油性以及优异的低温性能，应用广泛，可用作各种气管、液压油管、化学药品管，也可用作机械设备及仪表等产品中的特定功能软管，由于其使用寿命长、使用成本低，社会效益高于橡胶，将成为橡胶软管的升级换代产品。但是存在一些明显的缺点，大大限制了它的应用范围。强度不高，耐热性能差，在高温下易软化分解，使其机械性能急剧下降，一般情况下，在温度超过80℃时不能长期使用，而短期温度不能超过120℃。通过对热塑性聚氨酯材料本身进行有效改性处理能从根本上弥补性能上的不足，从而满足高性能聚氨酯复合软管领域实际应用的要求。

碳纳米管(CNTs)具有极高的强度、韧性和弹性模量，主要分多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。单壁碳纳米管是由单层圆柱型石墨层构成，直径分布范围小、缺陷少，具有较高的均一性；多壁碳纳米管具有多层结构，层层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常不满小洞的缺陷。将CNTs作为复合材料增强体，可表现出良好的轻度、弹性、抗疲劳性能等，这有利于复合材料的发展。此外，碳纳米管具有优异的力学性能、电学性能、热稳定性和非线性光学性能，是目前制备功能复合材料理想的填料。二氧化硅(SiO₂)和二氧化钛(TiO₂)具有良好的化学稳定性、热稳定性、无毒等优良性能，且制备方法简单成熟并廉价易得，广泛用于改性聚氨酯弹性体。纳米二氧化硅尺寸小、比表面积大、能耐高温，二氧化硅能够改善热塑性聚氨酯的机械强度、延伸率、耐磨性能以及耐老化性能。二氧化钛不仅明显改善聚氨酯的力学性能，对弹性体的耐热性也有一定的提高，而且，加入二氧化钛后的弹性体还具有耐腐性以及抗菌性。

目前制备聚氨酯纳米复合材料的方法主要采用物理共混方法，其操作简单，两种材料体积分数易于控制，但碳纳米管与聚氨酯基体之间界面作用较弱，碳纳米管添加量过多时易于团聚，从而影响其在复合材料中的分散均匀性，影响复合材料的性能。中国专利20111043537.X发明了一种碳纳米管/热塑性聚氨酯光响应智能驱动材料的制备方法，制备的材料具有良好的机械性能、形状恢复率高，并且杨氏模量也得到了提高；中国专利201510094594.1公开了一种改性纳米二氧化钛聚氨酯复合材料及其制备工艺，在聚氨酯中加入改性二氧化钛，制备的复合材料具有光解活性较高、抗菌性强等特点。