基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料的制备方法，其由多元醇A组分和预聚物B组分反应得到；所述的多元醇A组分的原料为：聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ、扩链剂、改性纳米凸凹棒土、有机硅橡胶、改性碳纳米管、开孔剂、硅油和催化剂；所述的预聚物B组分的原料为：二异氰酸酯、碳化二亚胺改性的多异氰酸酯和聚醚多元醇Ⅰ。本发明专利技术通过同时添加改性纳米凸凹棒土、有机硅橡胶和改性碳纳米管，在低成本、便于生产应用情况下，极大提高了聚醚型聚氨酯缓冲纳米复合材料的机械性能，几乎达到了缓冲材料的极限，大大拓宽了材料的应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于缓冲材料领域，具体是一种基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯缓冲材料是指密度介于0.25-0.9g/cm3的微发泡聚氨酯材料。其加工简单，且具有质轻、弹性好、耐磨、耐折、耐油性好等多方面的优点，可作为鞋零件、鞋底材料、承重轮胎以及汽车缓冲材料等使用，在国民经济生活中发挥重要作用。按原料的不同，聚氨酯缓冲材料可分为聚酯型和聚醚型两种。聚酯型聚氨酯缓冲材料机械强度高，耐磨性好，但是耐水解性较差。而聚醚型聚氨酯缓冲材料耐水解性能突出、低温柔顺性能优异、加工性能良好，但机械强度差，从而极大地限制了其应用的领域。目前，添加纳米填料来改善聚合物材料的机械性能已成为一种被大力推广的方法。纳米填料的加入在降低材料成本的同时，能有效地提高材料的机械强度。但是纳米填料的引入在提高材料强度的同时，往往会降低了材料的韧性。因此，要使聚醚型聚氨酯复合材料的强度、模量、韧性等多方面的重要机械性能都得到提高，实现材料的高性能化，扩展聚醚型聚氨酯复合材料的应用领域，成为工业生产的重点和难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料及其制备方法，通过同时添加改性纳米凸凹棒土、有机硅橡胶和改性碳纳米管，在低成本、便于生产应用情况下，极大提高了聚醚型聚氨酯缓冲纳米复合材料的机械性能。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料，由多元醇A组分和预聚物B组分反应得到；所述的多元醇A组分按照重量份的原料为：80-120重量份的聚醚多元醇Ⅰ、10-40重量份的聚醚多元醇Ⅱ、5-15重量份的扩链剂、0.5-3重量份的改性纳米凸凹棒土、2-8重量份的有机硅橡胶、0.5-3重量份的改性碳纳米管、0.5-5重量份的开孔剂、0.2-2重量份的硅油和0.2-2重量份的催化剂；所述的预聚物B组分按照重量份的原料为：40-60重量份的二异氰酸酯、10-30重量份的碳化二亚胺改性的多异氰酸酯和40-60重量份的聚醚多元醇Ⅰ；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ选自聚氧化丙烯多元醇、聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚多元醇和聚四氢吠喃多元醇中的一种或几种，重均分子量为1000-10000、官能度为2-4；所述的聚醚多元醇Ⅱ为环氧丙烷环氧乙烷共聚醚与丙烯睛、苯乙烯的接枝共聚物，重均分子量为3000-10000、官能度为2-4、接枝率为20-60重量％；所述的改性纳米凸凹棒土是由纳米凸凹棒土经过含有羟基官能团的插层剂处理得到的第一改性纳米凸凹棒土和纳米凸凹棒土经过八个至十八个烷基构成的长链烷基季铵盐插层剂处理得到的第二改性纳米凸凹棒土组成的混合物；所述的改性碳纳米管的制备方法是：将2-5重量份的碳纳米管和100重量份的亚硫酰氯加入反应容器中混合，在60-80℃下搅拌反应12-48h；反应结束后，减压蒸馏除去过量的亚硫酰氯，得到酰氯化的碳纳米管，再加入15-25重量份的乙二醇，在80-120℃下反应12-48h，离心分离，并依次用四氢呋喃和二氯甲烷洗涤多次，真空干燥，得到改性碳纳米管。作为本专利技术进一步的方案：所述的多元醇A组分按照重量份的原料为：90-110重量份的聚醚多元醇Ⅰ、20-30重量份的聚醚多元醇Ⅱ、8-12重量份的扩链剂、1-2重量份的改性纳米凸凹棒土、4-6重量份的有机硅橡胶、1-2重量份的改性碳纳米管、2-3重量份的开孔剂、0.8-1.2重量份的硅油和0.8-1.2重量份的催化剂。作为本专利技术进一步的方案：所述的预聚物B组分按照重量份的原料为：45-55重量份的二异氰酸酯、15-25重量份的碳化二亚胺改性的多异氰酸酯和45-55重量份的聚醚多元醇Ⅰ。作为本专利技术进一步的方案：所述的碳化二亚胺改性的多异氰酸酯为碳化二亚胺改性的液化二苯基甲烷二异氰酸酯。作为本专利技术进一步的方案：所述扩链剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇、新戊二醇、甲基丙二醇中的一种或多种的混合物。作为本专利技术进一步的方案：所述开孔剂为聚硅氧烷或高聚氧化乙烯聚醚。作为本专利技术进一步的方案：所述的催化剂为胺类催化剂和有机锡催化剂。所述的有机锡催化剂采用辛酸亚锡；所述的胺类催化剂采用三乙烯二胺。所述的基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料的制备方法，具体步骤为：(1)多元醇A组分制备：将聚醚多元醇Ⅰ、改性纳米凸凹棒土、有机硅橡胶、改性碳纳米管加入到反应釜中，在100-200℃下加热搅拌0.5-1.5小时；随后加入聚醚多元醇Ⅱ、扩链剂、开孔剂、硅油和催化剂，充分搅拌混合，冷却后密封保存备用；(2)预聚物B组分制备：将二异氰酸酯、碳化二亚胺改性的多异氰酸酯、聚醚多元醇Ⅰ加入到反应釜中，在60-90℃下反应2-4小时，充分搅拌混合，制成NCO％＝17-26重量％的预聚物，冷却后密封保存备用；(3)聚氨酯复合材料的制备：调节A组分和B组分的温度，使A组分和B组分的温度均控制在25-55℃，利用浇注机分别将A组分和B组分按0.5-2：1的重量比注入混合腔，同时以5000-15000转/分的速度混合均匀，随后注入到30-70℃的模具中，成型后脱模，熟化，即得到基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料。作为本专利技术进一步的方案：步骤(3)中利用浇注机分别将A组分和B组分按0.8-1.2：1的重量比注入混合腔。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过同时添加改性纳米凸凹棒土、有机硅橡胶和改性碳纳米管，在低成本、便于生产应用情况下，极大提高了聚醚型聚氨酯缓冲纳米复合材料的机械性能(抗拉强度、模量、断裂伸长率和撕裂强度均显著提高)，几乎达到了缓冲材料的极限，大大拓宽了材料的应用领域，该极限缓冲材料可广泛用于高档汽车座椅和高端儿童汽车安全座椅、汽车防撞材料、汽车安全气囊表面接触材料、健身防护鞋垫、多种运动项目护具、特殊人群防护材料(老人、小孩、消防队员、军人等)、直升机或小型私人飞机停机坪表面接触材料、电梯安全运行缓冲基座。另外，采用双组分体系，可在较低温度下进行生产，有利于节能降耗；并且浇注成型工艺简单易控制，产品质量稳定，生产成本低。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。实施例1一种基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料，由多元醇A组分和预聚物B组分反应得到；所述的多元醇A组分按照重量份的原料为：80重量份的聚醚多元醇Ⅰ、10重量份的聚醚多元醇Ⅱ、5重量份的扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料，由多元醇A组分和预聚物B组分反应得到；所述的多元醇A组分按照重量份的原料为：80‑120重量份的聚醚多元醇Ⅰ、10‑40重量份的聚醚多元醇Ⅱ、5‑15重量份的扩链剂、0.5‑3重量份的改性纳米凸凹棒土、2‑8重量份的有机硅橡胶、0.5‑3重量份的改性碳纳米管、0.5‑5重量份的开孔剂、0.2‑2重量份的硅油和0.2‑2重量份的催化剂；所述的预聚物B组分按照重量份的原料为：40‑60重量份的二异氰酸酯、10‑30重量份的碳化二亚胺改性的多异氰酸酯和40‑60重量份的聚醚多元醇Ⅰ；其中，所述的聚醚多元醇Ⅰ选自聚氧化丙烯多元醇、聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚多元醇和聚四氢吠喃多元醇中的一种或几种，重均分子量为1000‑10000、官能度为2‑4；所述的聚醚多元醇Ⅱ为环氧丙烷环氧乙烷共聚醚与丙烯睛、苯乙烯的接枝共聚物，重均分子量为3000‑10000、官能度为2‑4、接枝率为20‑60重量％；所述的改性纳米凸凹棒土是由纳米凸凹棒土经过含有羟基官能团的插层剂处理得到的第一改性纳米凸凹棒土和纳米凸凹棒土经过八个至十八个烷基构成的长链烷基季铵盐插层剂处理得到的第二改性纳米凸凹棒土组成的混合物；所述的改性碳纳米管的制备方法是：将2‑5重量份的碳纳米管和100重量份的亚硫酰氯加入反应容器中混合，在60‑80℃下搅拌反应12‑48h；反应结束后，减压蒸馏除去过量的亚硫酰氯，得到酰氯化的碳纳米管，再加入15‑25重量份的乙二醇，在80‑120℃下反应12‑48h，离心分离，并依次用四氢呋喃和二氯甲烷洗涤多次，真空干燥，得到改性碳纳米管。...

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料，由多元醇A组分和预聚物B组分
反应得到；
所述的多元醇A组分按照重量份的原料为：80-120重量份的聚醚多元醇Ⅰ、10-40重
量份的聚醚多元醇Ⅱ、5-15重量份的扩链剂、0.5-3重量份的改性纳米凸凹棒土、2-8重量
份的有机硅橡胶、0.5-3重量份的改性碳纳米管、0.5-5重量份的开孔剂、0.2-2重量份的硅
油和0.2-2重量份的催化剂；
所述的预聚物B组分按照重量份的原料为：40-60重量份的二异氰酸酯、10-30重量份
的碳化二亚胺改性的多异氰酸酯和40-60重量份的聚醚多元醇Ⅰ；
其中，
所述的聚醚多元醇Ⅰ选自聚氧化丙烯多元醇、聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚多元醇和聚
四氢吠喃多元醇中的一种或几种，重均分子量为1000-10000、官能度为2-4；
所述的聚醚多元醇Ⅱ为环氧丙烷环氧乙烷共聚醚与丙烯睛、苯乙烯的接枝共聚物，重
均分子量为3000-10000、官能度为2-4、接枝率为20-60重量％；
所述的改性纳米凸凹棒土是由纳米凸凹棒土经过含有羟基官能团的插层剂处理得到
的第一改性纳米凸凹棒土和纳米凸凹棒土经过八个至十八个烷基构成的长链烷基季铵盐
插层剂处理得到的第二改性纳米凸凹棒土组成的混合物；
所述的改性碳纳米管的制备方法是：将2-5重量份的碳纳米管和100重量份的亚硫酰
氯加入反应容器中混合，在60-80℃下搅拌反应12-48h；反应结束后，减压蒸馏除去过量
的亚硫酰氯，得到酰氯化的碳纳米管，再加入15-25重量份的乙二醇，在80-120℃下反应
12-48h，离心分离，并依次用四氢呋喃和二氯甲烷洗涤多次，真空干燥，得到改性碳纳米
管。
2.根据权利要求1所述的基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料，其特征在于，
所述的多元醇A组分按照重量份的原料为：90-110重量份的聚醚多元醇Ⅰ、20-30重量份
的聚醚多元醇Ⅱ、8-12重量份的扩链剂、1-2重量份的改性纳米凸凹棒土、4-6重量份的有
机硅橡胶、1-2重量份的改性碳纳米管、2-3重量份的开孔剂、0.8-1.2重量份的硅油和0.8-1.2

\t重量份的催化剂。
3.根据权利要求1所述的基于纳米填料的高性能聚氨酯缓冲复合材料，其特征在于，
所述的预聚物B组分按照重量份的原料为：45-55重量份的二异氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏涛涛，李翠英，李承智，孙佳铁，胡芳，周彩凤，陈云，晏长松，
申请(专利权)人：宁波西博恩新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33