一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，包括：A)将大分子二元醇加热脱水后与二异氰酸酯搅拌反应，得到第一预聚体；B)将第一预聚体与溶剂、小分子二醇扩链剂、亲水扩链剂、封端剂和催化剂反应得到第二预聚体；C)将第二预聚体与中和剂中和，再在去离子水中与二胺扩链剂反应，分散乳化后，脱去溶剂，得到形状记忆水性聚氨酯乳液；D)将纤维素纳米晶粉末分散液与形状记忆水性聚氨酯乳液混合，超声分散均匀，得到形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料。本发明专利技术通过制备形状记忆水性聚氨酯，在将形状记忆水性聚氨酯与纤维素纳米晶的复合提高形状记忆水性聚氨酯的固定率和恢复率，进一步提高材料的力学性能。

A shape memory waterborne polyurethane/cellulose nanocrystalline composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料及其制备方法
本专利技术涉及材料
，尤其是涉及一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料及其制备方法。
技术介绍
形状记忆聚合物是当今材料领域的研究热点之一,其研究和开发得到了科研人员和产业界的广泛关注。形状记忆聚氨酯被誉为“最有研究价值和应用价值的智能材料”。形状记忆水性聚氨酯在合成过程中以水替代有机溶剂，减少了有机溶剂的挥发，符合当今环保要求；形状记忆水性聚氨酯具有形状记忆性能、热稳定性等，而且在弹性模量、热膨胀性能和光学性能等方面的独到之处，使其在多领域得到实际应用。但形状记忆水性聚氨酯与形状记忆溶剂性聚氨酯相比，机械力学性能差，提高其力学性能是现实而重要的问题。本专利技术专利涉及一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料及其制备方法，通过形状记忆水性聚氨酯与纤维素纳米晶复合，提高了材料的固定率和恢复率，并进一步提高其机械力学性能，这种材料是环境友好的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，本专利技术制备得到的形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料具有较高的固定率和恢复率，同时具有良好的力学性能。本专利技术提供了一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，包括：A)将大分子二元醇加热脱水后与二异氰酸酯搅拌反应，得到第一预聚体；B)将第一预聚体与溶剂、小分子二醇扩链剂、亲水扩链剂、封端剂和催化剂反应得到第二预聚体；C)将第二预聚体与中和剂中和，再在去离子水中与二胺扩链剂反应，分散乳化后，脱去溶剂，得到形状记忆水性聚氨酯乳液；D)将纤维素纳米晶粉末分散液与形状记忆水性聚氨酯乳液混合，超声分散均匀，得到形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料。优选的，所述大分子二元醇选自聚醚二元醇和聚酯二元醇中的一种或几种；其中所述的聚醚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇和聚四氢呋喃醚二醇中的一种或几种；所述的聚酯二元醇为聚己内酯二醇、聚己二酸乙二酯二醇、聚己二酸-1,3-丙二酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二酯二醇和聚碳酸酯二醇中的一种或几种；所述大分子二元醇的分子量为2000～15000。优选的，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯和4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种；所述小分子二醇扩链剂选自乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1，5-戊二醇，一缩二乙二醇和1,4-环己二醇中的一种或多种的一种或几种。优选的，所述亲水扩链剂选自二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸中的一种或两种；所述封端剂选自乙醇、异丙醇、2-呋喃甲醇、2-呋喃乙醇、2-呋喃丙醇、苯甲醇、苯乙醇和亚硫酸氢钠中的至少一种；所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二丁基氧化锡、羧酸钾、吡啶、N,N’-二甲基吡啶、三乙醇胺、三乙胺、N,N-二甲基环己胺和三乙烯二胺中的一种或几种；步骤B)所述溶剂为丙酮、丁酮和四氢呋喃中的一种或几种。优选的，所述中和剂选自三乙胺、三丙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、醋酸钠、焦磷酸钠、碳酸钠、氨水、盐酸、磷酸、甲酸、醋酸、AMP-95、二乙醇胺、三乙醇胺和氨基乙酸的一种或几种；所述二胺扩链剂选自乙二胺、1,6-己二胺、4,4’-二氨基-3,3’-二氯二苯甲烷和异佛尔酮二胺中的一种或几种；所述的纤维素纳米晶为水分散体或粉末，三维尺寸中至少有一维尺寸小于等于100nm。优选的，步骤A)所述加热脱水温度为80～150℃；脱水时间为0.5～5h；脱水的真空度小于1Kpa；所述搅拌反应温度为40～120℃；所述反应时间为0.5～8h。优选的，步骤B)所述反应温度为40～75℃；所述反应时间为2～12h；步骤C)所述中和温度为25～70℃；所述中和时间为0.1～6h；步骤D)所述混合温度为25～35℃；所述混合时搅拌速度为7200rpm以上。优选的，所述大分子二元醇、二异氰酸酯、小分子二醇扩链剂和亲水扩链剂的总和与二胺扩链剂的摩尔比为1：(4～30)：(2～20)：(1～10)；所述亲水扩链剂占水性聚氨酯质量百分比为2％～10％；所述大分子二元醇占水性聚氨酯(不包括水)的质量百分比为50％～80％；所述的封端剂与二异氰酸酯的摩尔比为(0.01-0.5)：1；所述的中和剂与亲水性扩链剂的摩尔比为0.5～2.5；所述的催化剂用量占聚氨酯总质量的0.01～5％；所述纤维素纳米晶与水性聚氨酯的质量比为(1～40)：100；优选的，所述形状记忆水性聚氨酯乳液的粒径为50～500nm；所述形状记忆水性聚氨酯乳液的固含量为5％～40％。本专利技术提供了一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术提供了一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，包括：A)将大分子二元醇加热脱水后与二异氰酸酯搅拌反应，得到第一预聚体；B)将第一预聚体与溶剂、小分子二醇扩链剂、亲水扩链剂、封端剂和催化剂反应得到第二预聚体；C)将第二预聚体与二胺扩链剂和/或封端剂混合后，与中和剂中和，再在去离子水中分散乳化后，脱去溶剂，得到形状记忆水性聚氨酯乳液；D)将纤维素纳米晶粉末分散液与形状记忆水性聚氨酯乳液混合，得到形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料。本专利技术通过制备形状记忆水性聚氨酯，在将形状记忆水性聚氨酯与纤维素纳米晶的复合提高形状记忆水性聚氨酯的固定率和恢复率率，并进一步提高材料的力学性能。具体实施方式本专利技术提供了一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。本专利技术提供了一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，包括：A)将大分子二元醇加热脱水后与二异氰酸酯搅拌反应，得到第一预聚体；B)将第一预聚体与溶剂、小分子二醇扩链剂、亲水扩链剂、封端剂和催化剂反应得到第二预聚体；C)将第二预聚体与中和剂中和，再在去离子水中与二胺扩链剂反应，分散乳化后，脱去溶剂，得到形状记忆水性聚氨酯乳液；D)将纤维素纳米晶粉末分散液与形状记忆水性聚氨酯乳液混合，超声分散均匀，得到形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料。本专利技术提供的形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法首先将大分子二元醇加热脱水后与二异氰酸酯搅拌反应，得到第一预聚体。首先将大分子二元醇真空条件下加热脱水，降温后加入二异氰酸酯，搅拌反应，得到第一预聚体。按照本专利技术，所述大分子二元醇优选选自聚醚二元醇和聚酯二元醇中的一种或几种。其中所述聚醚二元醇优选为聚乙二醇、聚丙二醇和聚四氢呋喃醚二醇中的一种或几种；所述的聚酯二元醇优选为聚己内酯二醇、聚己二酸乙二酯二醇、聚己二酸-1,3-丙二酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二酯二醇和聚碳酸酯二醇中的一种或几种；本专利技术对上述大分子二元醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括：A)将大分子二元醇加热脱水后与二异氰酸酯搅拌反应，得到第一预聚体；B)将第一预聚体与溶剂、小分子二醇扩链剂、亲水扩链剂、封端剂和催化剂反应得到第二预聚体；C)将第二预聚体与中和剂中和，，再在去离子水中与二胺扩链剂反应，分散乳化后，脱去溶剂，得到形状记忆水性聚氨酯乳液；D)将纤维素纳米晶粉末分散液与形状记忆水性聚氨酯乳液混合，超声分散均匀，得到形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括：A)将大分子二元醇加热脱水后与二异氰酸酯搅拌反应，得到第一预聚体；B)将第一预聚体与溶剂、小分子二醇扩链剂、亲水扩链剂、封端剂和催化剂反应得到第二预聚体；C)将第二预聚体与中和剂中和，，再在去离子水中与二胺扩链剂反应，分散乳化后，脱去溶剂，得到形状记忆水性聚氨酯乳液；D)将纤维素纳米晶粉末分散液与形状记忆水性聚氨酯乳液混合，超声分散均匀，得到形状记忆水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述大分子二元醇选自聚醚二元醇和聚酯二元醇中的一种或几种；其中所述的聚醚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇和聚四氢呋喃醚二醇中的一种或几种；所述的聚酯二元醇为聚己内酯二醇、聚己二酸乙二酯二醇、聚己二酸-1,3-丙二酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二酯二醇和聚碳酸酯二醇中的一种或几种；所述大分子二元醇的分子量为2000～15000。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯和4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种；所述小分子二醇扩链剂选自乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1，5-戊二醇，一缩二乙二醇和1,4-环己二醇中的一种或多种的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述亲水扩链剂选自二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸中的一种或两种；所述封端剂选自乙醇、异丙醇、2-呋喃甲醇、2-呋喃乙醇、2-呋喃丙醇、苯甲醇、苯乙醇和亚硫酸氢钠中的至少一种；所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二丁基氧化锡、羧酸钾、吡啶、N,N’-二甲基吡啶、三乙醇胺、三乙胺、N,N-二甲基环己胺和三乙烯二胺中的一种或几种；步骤B)所述溶剂为丙酮、丁酮和四氢呋喃中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周光远，梁全铎，姜敏，张强，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22