無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法
2023-04-23 08:16:16 3
專利名稱：無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米複合材料的製備方法，尤其是一種無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法。
背景技術：
籠形倍半矽氧烷(POSS)是一種新型的有機無機納米雜化體系，它是以無機的S1-O組成籠形骨架，三維尺寸在I 2nm左右，外圍則有與Si原子相連接的有機基團包圍著內核。無機的矽氧骨架賦予了聚合物基體良好的耐熱和機械性能，還能起到增強增韌的效果，外圍的有機基團則能改善POSS與聚合物基體的相容性。POSS的這種獨特性能已使其成為製備高性能聚合物材料的首選填充材料，如中國發明專利申請CN 102617823 A於2012年8月I日公布的「一種羥基籠形倍半矽氧烷改性聚氨酯的製備方法」。該發明專利申請文獻公開的製備方法為先在催化劑存在和氮氣氛保護的條件下將二異氰酸酯與聚醚二元醇反應製得預聚體，再加入1，4- 丁二醇和羥基籠形倍半矽氧烷作為擴鏈劑充分反應，通過化學鍵合改性，獲得產物。然而，這種製備方法存在著不足之處，首先，產物的阻燃性相比於純聚氨酯沒有得到實質性的改變，不能將其用於阻燃領域；其次，製備方法不僅繁瑣，還不能獲得具有阻燃性能的改性聚氨酯。
發明內容
本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種具有阻燃功能的無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法。為解決本發明的技術問題，所採用的技術方案為:無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法採用水熱法，特別是完成步驟如下:步驟1，先向濃度為10 20%的納米籠形倍半矽氧烷N，N- 二甲基甲醯胺溶液中加入二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，並於70 90°C下攪拌8 12h，其中，二苯基甲烷二異氰酸酯與納米籠形倍半矽氧烷N，N- 二甲基甲醯胺溶液中的納米籠形倍半矽氧烷的重量比為I 5:9 11，得到改性籠形倍半矽氧烷溶液，再將改性籠形倍半矽氧烷溶液置於70 90°C下進行乾燥處理，待溶劑N，N-二甲基甲醯胺(DMF)揮發後對其進行研磨和過1000目篩，得到改性籠形倍半矽氧烷粉末；步驟2，先按照重量比為98 102:1 15:250 400的比例將聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)、改性籠形倍半矽氧烷粉末和N，N- 二甲基甲醯胺混合，並於50 60°C下攪拌0.2 lh，得到混合溶液，再將二苯基甲烷二異氰酸酯滴加到65 80°C下的混合溶液中，其中，二苯基甲烷二異氰酸酯與混合溶液中的聚四氫呋喃醚二醇的重量比為10 15:98 102，得到改性混合溶液；步驟3，先向50 60°C 下的改性混合溶液中加入1，4- 丁二醇反應I 6h，其中，1，4-丁二醇與改性混合溶液中的聚四氫呋喃醚二醇的重量比為0.5 1:98 102，得到反應液，再將反應液置於容器中，於50 60°C下乾燥固化10 20h，製得無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料。作為無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法的進一步改進，所述的納米籠形倍半矽氧烷的粒徑為I 2nm ;所述的納米籠形倍半矽氧烷為納米苯基籠形倍半矽氧烷，或納米乙烯基籠形倍半矽氧烷，或納米八(三甲基矽烷基)籠形倍半矽氧烷；所述的步驟3中的容器為模具。相對於現有技術的有益效果是，其一，分別對採用製備方法製得的目標產物的斷面和其燃燒過後的殘炭使用掃描電鏡進行表徵，由其結果可知，目標產物由基體——聚氨酯和均勻分布於其中的納米籠形倍半矽氧烷構成；其中，納米籠形倍半矽氧烷的粒徑為I 2nm。目標產物燃燒過後的殘炭為納米籠形倍半矽氧烷與基體共同形成了緻密的熔融阻隔層，這種熔融阻隔層的存在極大地降低了目標產物的燃燒速度，大大地改善了目標產物的阻燃性能。其二，對製得的目標產物分別使用氧指數儀和水平垂直燃燒儀進行阻燃性能測試，結果如表I所示:
權利要求
1.一種無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法，採用水熱法，其特徵在於完成步驟如下: 步驟1，先向濃度為10 20%的納米籠形倍半矽氧烷N，N-二甲基甲醯胺溶液中加入二苯基甲烷二異氰酸酯，並於70 90°C下攪拌8 12h，其中，二苯基甲烷二異氰酸酯與納米籠形倍半矽氧烷N，N-二甲基甲醯胺溶液中的納米籠形倍半矽氧烷的重量比為I 5:9 11，得到改性籠形倍半矽氧烷溶液，再將改性籠形倍半矽氧烷溶液置於70 90°C下進行乾燥處理，待溶劑N，N- 二甲基甲醯胺揮發後對其進行研磨和過1000目篩，得到改性籠形倍半矽氧烷粉末； 步驟2，先按照重量比為98 102:1 15:250 400的比例將聚四氫呋喃醚二醇、改性籠形倍半矽氧烷粉末和N，N- 二甲基甲醯胺混合，並於50 60°C下攪拌0.2 lh，得到混合溶液，再將二苯基甲烷二異氰酸酯滴加到65 80°C下的混合溶液中，其中，二苯基甲烷二異氰酸酯與混合溶液中的聚四氫呋喃醚二醇的重量比為10 15:98 102，得到改性混合溶液； 步驟3，先向50 60°C下的改性混合溶液中加入1,4-丁二醇反應I 6h，其中，1，4-丁二醇與改性混合溶液中的聚四氫呋喃醚二醇的重量比為0.5 1:98 102，得到反應液，再將反應液置於容器中，於50 60°C下乾燥固化10 20h，製得無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料。
2.根據權利要求1所述的無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法，其特徵是納米籠形倍半娃氧燒的粒徑為I 2nm。
3.根據權利要求2所述的無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法，其特徵是納米籠形倍半矽氧烷為納米苯基籠形倍半矽氧烷，或納米乙烯基籠形倍半矽氧烷，或納米 八(三甲基矽烷基)籠形倍半矽氧烷。
4.根據權利要求1所述的無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法，其特徵是步驟3中的容器為模具。
全文摘要
本發明公開了一種無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料的製備方法。它先向納米籠形倍半矽氧烷N,N-二甲基甲醯胺溶液中加入二苯基甲烷二異氰酸酯，並攪拌得到改性籠形倍半矽氧烷溶液，再對其乾燥後進行研磨得到改性籠形倍半矽氧烷粉末，接著，先將聚四氫呋喃醚二醇、改性籠形倍半矽氧烷粉末和N,N-二甲基甲醯胺混合併攪拌，得到混合溶液，再將二苯基甲烷二異氰酸酯滴加到混合溶液中，得到改性混合溶液，之後，先向改性混合溶液中加入1,4-丁二醇反應，得到反應液，再將反應液置於容器中，於50～60℃下乾燥固化10～20h，製得無滷阻燃聚氨酯-籠形倍半矽氧烷納米複合材料。複合材料具有優異的無滷阻燃性能，可廣泛地應用於人造革、電纜護套等領域。
文檔編號C08G18/48GK103102467SQ20131005971
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月26日 優先權日2013年2月26日
發明者張獻, 薛萌, 陳洪蓮, 田興友, 包超, 鄭康 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院