高耐磨热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高耐磨热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法，MoS

【技术实现步骤摘要】
高耐磨热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法
本专利技术属于热塑性聚氨酯复合材料领域，具体涉及一种高耐磨热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法。
技术介绍
热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是一种（AB）n型多嵌段线型的聚合物材料。TPU因其特殊的链段结构，使其具有高模量、高强度、高伸长和高弹性，优异的耐磨、耐油、耐低温、耐老化等性能。TPU硬度范围广，可以通过改变TPU各反应组分的配比，可以得到不同硬度的产品，而且随着硬度的增加，其产品仍保持良好的弹性和耐磨性。TPU与某些高分子材料共同加工能够得到性能互补的聚合物合金。某些领域对TPU要求更高的力学性能、耐磨性能等，因此制备高耐磨、高力学性能的热塑性聚氨酯复合材料是非常有意义的。MoS2纳米片具有类似石墨烯的共价三层结构，MoS2由两层硫原子组成，中间有一层钼原子，由于其弱范德华在片材之间的相互作用，形成三明治结构。MoS2显示出低摩擦系数，因此其优越的润滑性能具有许多潜在的应用，如润滑液添加剂、自润滑涂层等，是一种具有优异的抗磨减摩性能的材料。二氧化硅是一种无机物，硅原子和氧原子长程有序排列形成晶态二氧化硅，短程有序或长程无序排列形成非晶态二氧化硅。二氧化硅晶体中，硅原子位于正四面体的中心，四个氧原子位于正四面体的四个顶角上，许多个这样的四面体又通过顶角的氧原子相连，每个氧原子为两个四面体共有，即每个氧原子与两个硅原子相结合。纳米二氧化硅(SiO2)是三维结构的纳米粒子,由于低成本、高表面活性等优点,也常被用来制备聚合物纳米复合材料。
技术实现思路
<br>本专利技术公开了一种高耐磨热塑性聚氨酯复合材料，其中氧化石墨烯和二硫化钼复合形成GO@MoS2复合材料；通过KH560的水解缩合反应引入硅源，同时还引入了氨基；再接枝自制的单环氧的改性环氧树脂制备得到优异的TPU功能助剂，简称f-GOMH。将制得的功能助剂f-GOMH加入到TPU的原位聚合反应中，用量小且与基体相容性好，成功制备了f-GOMH/TPU复合材料，复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和耐磨性能可大幅度提高。所述高耐磨热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，具体步骤如下：1）氧化石墨烯（GO）的制备：将1g石墨溶于40mL浓硫酸中，放置在磁力搅拌器中搅拌均匀，在2小时内少量多次分批次加入称量好的4g高锰酸钾；加热至40℃中温搅拌2h，缓慢滴加80ml去离子水后升温至80℃，缓慢滴加过氧化氢溶液观察至无气泡时停止滴加，再加入20ml5wt%盐酸搅拌一段时间以后反应结束；用去离子水清洗，离心，冻干后制得氧化石墨烯；2）GO@MoS2复合材料的制备：将0.4gGO加入到装有100mlNMP溶剂的三口烧瓶中超声10min以分散均匀，加0.1gMoS2继续超声1h，室温下磁力搅拌2day，滴加2滴盐酸升温至80℃继续搅拌1day，冷却至室温后，离心去除NMP，再用NMP和去离子水分别分别离心4次后，产物60℃真空干燥过夜，得到GO@MoS2；3）将步骤2）得到的产物加入到装有200ml无水乙醇的三口烧瓶中超声30min，加入KH550升温至78℃油浴，冷凝回流的情况下下磁力搅拌4h，缓慢滴加16ml去离子水继续搅拌0.5h，自然冷却至室温后，用大量乙醇和去离子水洗涤数次，冷冻冻干；4）将步骤3）得到的产物加入到装有100mlDMF的三口烧瓶中超声10min，加入自制的带单官能团环氧基团的环氧树脂，105℃油浴5h，自然冷却至室温，用DMF抽滤去除多余的单官能团环氧基团的环氧树脂，得到产物f-GOMH；5）将步骤4）得到的产物添加到TPU的原位聚合反应中，制备得到功能化TPU复合材料，即高耐磨热塑性聚氨酯复合材料。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过合成f-GOMH作为TPU的功能助剂，成功制备出高耐磨的热塑性聚氨酯复合材料。MoS2纳米片具有类似石墨烯的共价三层结，具有优越的润滑性能，与氧化石墨烯复合成的GO@MoS2复合材料同时具有MoS2和GO的优异性能，可有效提高基体的耐磨性能。二氧化硅是一种无机物，硬度高，可有效提高聚合物的耐磨性能，但是单独加入TPU中易发生团聚，不能充分体现二氧化硅的优异性能。KH550可以水解成网状硅烷结构，以共价键的形式包覆在GO@MoS2表面，与MoS2紧密的连接起来，同时还引入氨基，为石墨烯基纳米材料后续的进一步改性提供可能。环氧树脂E44与二乙醇胺制备的单环氧基的改性环氧树脂，与氨基化石墨烯基纳米材料发生开环反应，使得石墨烯基纳米材料在TPU基体中的分散性得到了显著改善。制得的功能助剂f-GOMH用量小且与基体相容性好，可用于要求高耐磨和高力学性能的TPU材料中，有很大的应用价值。附图说明图1为功能助剂f-GOMH的SEM图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不仅仅限于这些实施例。实施例1高耐磨热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，具体步骤为：1）氧化石墨烯（GO）的制备：将1g石墨溶于40mL浓硫酸中，放置在磁力搅拌器中搅拌均匀，在2小时内少量多次分批次加入称量好的4g高锰酸钾；加热至40℃中温搅拌2h，缓慢滴加80ml去离子水后升温至80℃，缓慢滴加过氧化氢溶液观察至无气泡时停止滴加，再加入20ml5wt%盐酸搅拌一段时间以后反应结束；用去离子水清洗，离心，冻干后制得氧化石墨烯；2）GO@MoS2复合材料的制备：将0.4gGO加入到装有100mlNMP溶剂的三口烧瓶中超声10min以分散均匀，加0.1gMoS2继续超声1h，室温下磁力搅拌2day，滴加2滴盐酸升温至80℃继续搅拌1day，冷却至室温后，离心去除NMP，再用NMP和去离子水分别分别离心4次后，产物60℃真空干燥过夜，得到GO@MoS2；3）将步骤2）得到的产物加入到装有200ml无水乙醇的三口烧瓶中超声30min，加入KH550升温至78℃油浴，冷凝回流的情况下下磁力搅拌4h，缓慢滴加16ml去离子水继续搅拌0.5h，自然冷却至室温后，用大量乙醇和去离子水洗涤数次，冷冻冻干；4）将步骤3）得到的产物加入到装有100mlDMF的三口烧瓶中超声10min，加入实验室自制的带单官能团环氧基团的环氧树脂，105℃油浴5h，自然冷却至室温，用DMF抽滤去除多余的单官能团环氧基团的环氧树脂，得到产物f-GOMH；5）取步骤4）得到的产物质量为TPU的0.5%，添加到TPU的原位聚合反应中，制备得到功能化TPU复合材料。实施例2高耐磨热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，具体步骤为：1）氧化石墨烯（GO）的制备：将1g石墨溶于40mL浓硫酸中，放置在磁力搅拌器中搅拌均匀，在2小时内少量多次分批次加入称量好的4g高锰酸钾；加热至40℃中温搅拌2h，缓慢滴加80ml去离子水后升温至80℃，缓慢滴加过氧化氢溶液观察至无气泡时停止滴加，再加入20ml5wt%盐酸搅拌一段时间以后反应结束；用去离子水清洗，离心，冻干后制得氧化石墨烯；2）GO@MoS2复合材料的制备：将0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高耐磨热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：所述高耐磨热塑性聚氨酯复合材料是将功能助剂f-GOMH添加到TPU的原位聚合中得到的复合材料，其制备方法包括以下步骤：/n（1）制备GO@MoS

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：所述高耐磨热塑性聚氨酯复合材料是将功能助剂f-GOMH添加到TPU的原位聚合中得到的复合材料，其制备方法包括以下步骤：
（1）制备GO@MoS2复合材料；
（2）将步骤（1）得到的产物加入装有200ml无水乙醇的三口烧瓶中，超声30min，加入适量KH550，78℃反应4h，KH550发生水解-缩合反应，生成网状SiO2结构包覆在GO@MoS2复合材料表面的同时引入了氨基，得到氨基化石墨烯基纳米材料，冷却至室温，用大量无水乙醇和去离子水洗涤后冻干；
（3）将步骤（2）得到的产物加入装有DMF溶剂的三口烧瓶中，加入适量自制单环氧基团的环氧树脂搅拌一段时间后，用大量DMF洗涤后60℃烘箱烘干，制得功能助剂f-GOMH；
（4）将步骤（3）得到的产物加入到TPU的原位聚合反应中，制备得到f-GOMH/TPU复合材料，即高耐磨热塑性聚氨酯复合材料。


2.根据权利要求1所述的高耐磨热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉婴，高梦珍，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35