[发明专利]大豆油基聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料，具体地说，涉及一种大豆油基具有优异力学性能的聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯作为一类多用途聚合物材料，应用于涂料、胶黏剂、泡沫塑料、弹性体及复合材料和生物医用材料等领域。由于聚氨酯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。但是传统的聚氨酯材料存在机械强度偏低、不易降解等缺点而限制了其应用范围。

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。以环氧大豆油作为起始原料，经羟基化作用制得大豆油多元醇，大豆油多元醇的分子链较长，交联密度适中，分子中的摇摆链段能有效地提供良好的柔性，以及自身较低的粘度。来源广泛的大豆油多元醇，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，因此以豆油醇制备聚氨酯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。

凹凸棒土(ATT)是一种层链状结构的水镁铝硅酸盐粘土，其晶体理论化学式为Mg5_Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O。凹凸棒土具有2∶1的层状结构，其结晶呈针状、纤维状集合体，单根纤维晶的直径在20nm左右，长度可达1μm。该结构特征赋予了凹土独特的吸附、胶体、填充和抗盐等物化性能，已在石油、化工、建材、医药、农业、环保和涂料等领域得到了广泛的应用。研究表明，作为纳米填料，纳米凹凸棒土可以有效地提高聚氨酯的力学性能。来源广泛的大豆油衍生物制备聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料不仅具有优越的性能，而且由于大豆油的特殊结构使最终产品具有生物可降解性，这也是目前新材料开发中所追求的一个方面，即最终产品具有重要的环保和经济的双重效益，已成为当今的热门研究课题。

发明内容

为了进一步提高聚氨酯(PU)的力学性能，本发明以凹凸棒土(ATT)为纳米填料，制备一系列大豆油基聚氨酯复合材料。

一种大豆油基聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料，它是由大豆油多元醇与异佛尔酮二异氰酸酯反应，纳米凹凸棒土作为纳米填料，纳米凹凸棒土的含量为总质量的4-12％，得到的聚氨酯复合材料。

上述的大豆油基聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料，所述的纳米凹凸棒土是经酸活化处理的纳米凹凸棒土。

上述的大豆油基聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料，所述的大豆油多元醇是由环氧大豆油以甲醇开环得到的大豆油多元醇。

一种制备上述的大豆油基聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料的方法，它包括如下步骤：

步骤1.ATT预处理：将ATT在1M的盐酸溶液中，80℃下活化1h，活化后水洗、丙酮洗，将滤饼烘干，粉磨成200目，再在流态气流粉碎机中超微粉粉碎至1250目，得到酸或化处理的凹凸棒土(a-ATT)。

步骤2.称量配方质量分数的纳米凹凸棒土或经酸活化处理的凹凸棒土，加入溶剂丙酮，超声分散1h，再加入大豆油多元醇，机械搅拌12h后，80℃下除去溶剂丙酮，冷却后，加入异佛尔酮二异氰酸酯，大豆油多元醇与异佛尔酮二异氰酸酯的异氰酸根的摩尔比为1∶1.1，搅拌均匀，浇铸到模具中，在90℃/2h和110℃/24h固化，固化后冷却到室温脱模，即得到大豆油基聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料。

上述的制备大豆油基聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料，所述的大豆油多元醇是由环氧大豆油以甲醇开环得到的大豆油多元醇。

上述制备大豆油基聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料方法，所述的大豆油多元醇可以用花生油多元醇、玉米油多元醇、棕榈油多元醇、菜籽油多元醇、蓖麻油多元醇、葵花籽油多元醇或棉籽油多元醇等替代。

上述的大豆油基PU/ATT纳米复合材料，当加入12wt％的ATT，PU/ATT复合材料的拉伸强度和杨氏模量分别提高了443％、800％，玻璃化转变温度提高了16.8℃。

附图说明

图1.大豆油基聚氨酯/凹凸棒土纳米复合材料tanδ随温度变化曲线。

图2.大豆油基聚氨酯/酸处理凹凸棒土纳米复合材料tanδ随温度变化曲线。