[发明专利]一种高导电的碳纳米管接枝聚氨酯复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及聚氨酯材料技术领域，且公开了一种高导电的碳纳米管接枝聚氨酯复合材料，酰氯基团与炔丙醇的羟基进行酯化反应，得到炔基化碳纳米管，2,2‑双(叠氮甲基)丙烷‑1,3‑二醇作为二醇小分子扩链剂，参与到聚氨酯聚合过程中，得到含有叠氮基团的聚氨酯，聚氨酯的叠氮基团与碳纳米管的炔基发生高效的点击反应，得到碳纳米管接枝聚氨酯复合材料，化学键共价接枝的方法改善了碳纳米管与聚氨酯的界面相互作用和相容性，减少了碳纳米管的团聚现象，高度分散的碳纳米管在聚氨酯中形成三维导电网络，增强了材料的电导率和导电性能，机械性能优异碳纳米管作为交联中心，明显提高了聚氨酯的拉伸强度。

技术领域

本发明涉及聚氨酯材料技术领域，具体为一种高导电的碳纳米管接枝聚氨酯复合材料及制备方法。

背景技术

聚氨酯分为聚酯型和聚醚型，可以加工成涂料、弹性体、纤维等，具有无毒、成膜性好、弹性优良，隔热隔音效果好，广泛应用在建筑业、汽车制造业、航空工业和医疗行业等方面，因此需要通过聚氨酯的综合性能，以满足生产生活的发展，但是传统的聚氨酯材料的本证电阻率较大，导电性能较差，限制了聚氨酯材料的发展，通常可以加入导电剂与聚氨酯物理共混，如导电炭黑、石墨纤维、金属导电颗粒等，但是这类导电剂的添加量大，并且物理共混的方法，会对聚氨酯材料的拉伸强度等机械性能产生较大的影响。

碳纳米管具有一维纳米结构，具有独特的力学、热学和电学性能，是制备有机-无机复合材料的理想增强填料，在环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂中具有广泛的研究和应用，但是碳纳米管由于自身的结构特性和表面呈化学惰性，因而与聚氨酯的相容性和界面相互作用较差，很难均匀分散在聚氨酯材料基体中，容易形成团聚，导致碳纳米管的增强效果不好，很难得到性能优异的聚氨酯复合材料，因此对碳纳米管进行界面改性，通过共价接枝和非共价修饰等方法，提高碳纳米管在聚氨酯的分散性成为研究热点和难点。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高导电的碳纳米管接枝聚氨酯复合材料及制备方法，解决了碳纳米管作为导电剂，与聚氨酯的相容性和界面相互作用较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高导电的碳纳米管接枝聚氨酯复合材料，所述一种高导电的碳纳米管接枝聚氨酯复合材料的制备方法如下所示：

(1)向锥形瓶中加入SOCl₂和羧基化碳纳米管，在油浴反应器中，加热进行酰氯化反应，减压蒸馏、蒸馏水和丙酮洗涤纯化，得到酰氯化碳纳米管。

(2)向锥形瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、酰氯化碳纳米管、炔丙醇和催化剂吡啶，在油浴反应器中，加热至进行酯化反应，减压蒸馏、丙酮洗涤纯化，得到炔基化碳纳米管。

(3)向锥形瓶中加入二甲亚砜溶剂、2,2-双(溴甲基)-1,3-丙二醇和叠氮化钠，在油浴反应器中，加热进行叠氮化反应，加入蒸馏水和乙酸乙酯进行萃取，取乙酸乙酯有机相，减压蒸馏并重结晶纯化，得到2,2-双(叠氮甲基)丙烷-1,3-二醇，分子式为C₅H₁₀N₆O₂。

(4)在氮气氛围中，向锥形瓶中加入聚丙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和催化剂二月桂酸二丁基锡，在油浴反应器中，加热至75-85℃，反应1-2h，再加入2,2-双(叠氮甲基)丙烷-1,3-二醇和1,4-丁二醇作为小分子扩链剂，反应30-60min，分离纯化后，得到叠氮化聚氨酯。

(5)在氮气氛围中，向锥形瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、叠氮化聚氨酯和炔基化碳纳米管，分散均匀后加入催化剂和助催化剂，室温反应12-24h，分离纯化，产物溶解在丙酮溶剂中，倒入模具中真空脱泡并固化成膜，得到高导电的碳纳米管接枝聚氨酯复合材料。