一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料及其制备方法，属于纳米复合材料技术领域。首先利用多巴胺和聚氨酯链改性CNTs得到共价和非共价共同修饰的功能化碳纳米管CNTs

【技术实现步骤摘要】
一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料及其制备方法，属于纳米复合材料


技术介绍

[0002]聚氨酯弹性体由于具有优良的耐磨性、热稳定性、弹性、阻尼和良好的生物相容性被广泛用于泡沫、塑料、涂料、粘合剂和阻尼垫等许多领域。为了扩展其应用能力，有必要进一步提高聚氨酯弹性体的力学和阻尼性能。加入纳米填料可显著增强聚氨酯弹性体的综合性能，其中碳纳米管（CNTs）是一种优异的纳米填料，具有非凡的机械、光、电等性能。但由于CNTs大的比表面积和高表面能，在聚合物中易团聚，分散性差。CNTs的分散和界面相互作用是影响聚合物复合材料性能的关键因素。而对CNTs进行功能化可以提高其与基体的相容性和分散能力。目前一般采用共价或非共价的方法对CNTs进行功能化，但共价改性会破坏CNTs结构；非共价改性的界面相互作用弱、不稳定。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料及其制备方法。首先利用多巴胺和聚氨酯链改性CNTs得到共价和非共价共同修饰的功能化碳纳米管CNTs
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PDA
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PU，然后将其加入到合成聚氨酯的B组分中，最后与合成聚氨酯的A组分混合并固化，最终得到一种力学和阻尼性能优异的功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料。通过共价和非共价组合对碳纳米管进行修饰来提高其与基体的界面相互作用，同时优化复合材料的制备工艺，来提高CNTs在基体中的分散性，从而实现CNTs与聚氨酯基体间多级氢键和化学键作用，碳纳米管共价和非共价修饰后能够显著提升聚氨酯弹性体的力学和阻尼性能。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0005]一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料，所述复合材料是由A组分与B组分固化成型得到，所述复合材料的拉伸强度大于等于30MPa、断裂伸长率大于等于500%、弹性模量大于等于2 MPa且阻尼温域tanδ≥0.3；所述B组分是由功能化碳纳米管CNTs
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PDA
‑
PU、聚四氢呋喃醚二醇与二异氰酸酯反应形成的
‑
NCO封端的预聚体；所述功能化碳纳米管是利用多巴胺和对甲苯二异氰酸酯（TDI）依次对碳纳米管进行修饰得到功能化CNTs
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PDA
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TDI，然后将CNTs
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PDA
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TDI、聚四氢呋喃醚二醇和二异氰酸酯反应得到功能化碳纳米管CNTs
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PDA
‑
PU；所述A组分由多元醇、扩链剂、催化剂和消泡剂混合而成；所述多元醇为聚四氢呋喃醚二醇和/或聚氧化丙烯三醇（330N）；所述扩链剂为1,4
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丁二醇（BDO）、1,2
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乙二醇、1,6
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己二醇、4,4'
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亚甲基二（2
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氯苯胺）（MOCA）和E
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300中的一种以上；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡（T
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12）和/或辛酸亚锡（T
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9）；所述功能化碳纳米管的质量为所述复合材料质量的0.01%~0.3%；
所述A组分中
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OH基团与B组分中
‑
NCO基团的摩尔比为1:1.03~1:1.07。
[0006]进一步的，所述聚四氢呋喃醚二醇为PTMEG2000或PTMEG1000。
[0007]进一步的，所述A组分由分子量为2000的聚四氢呋喃醚二醇（PTMEG2000）、分子量为4950的聚氧化丙烯三醇（330N）、1,4
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丁二醇（BDO）、广州德田新材料公司型号为X
‑
313的消泡剂以及催化剂二月桂酸二丁基锡（T
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12）混合配制而成；A组分中各成分的质量份数如下：PTMEG2000 70.8~80.1份，330N 19.6~19.8份，BDO 7.3~7.4份，消泡剂1.8~2.0份以及催化剂T
‑
12 0.00035~0.00042份。
[0008]进一步的，所述B组分中，聚四氢呋喃醚二醇为PTMEG2000，二异氰酸酯为MDI，MDI和PTMEG2000的质量比为0.80~0.83:1。
[0009]进一步的，所述A组分中
‑
OH基团与B组分中
‑
NCO基团的摩尔比为1:1.045~1:1.055。最优选为1.05（即R=1.05）。
[0010]本专利技术所述的一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料的制备方法，方法步骤包括：（1）将CNTs
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COOH分散到Tris
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HCl缓冲溶液中，超声分散均匀后加入多巴胺盐酸盐（DOA
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HCl）继续超声分散15~20 min，然后反应20~24 h，过滤、干燥，得到CNTs
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PDA；（2）将所述CNTs
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PDA与N,N
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二甲基甲酰胺（DMF）超声混合，再加入TDI和催化剂T
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12，60~65 ℃搅拌反应10~11 h得到CNTs
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PDA
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TDI；（3） 向所述CNTs
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PDA
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TDI中加入聚四氢呋喃醚二醇与二异氰酸酯，在80~85 ℃氮气氛围下反应4~5 h，离心、洗涤得到功能化碳纳米管CNTs
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PDA
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PU；（4）将所述功能化碳纳米管CNTs
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PDA
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PU加入到丙酮中超声分散1~1.5 h，然后加入聚四氢呋喃醚二醇超声1~1.5 h，旋转蒸发除去丙酮，得到均匀分散的聚四氢呋喃醚二醇/CNTs
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PDA
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PU分散液。
[0011]（5）向步骤（4）所述分散液中加入二异氰酸酯，在80~85 ℃下反应4~5 h，得含有功能化碳纳米管的预聚体，即为B组分；（6）将所述B组分与A组分混合并机械搅拌20~25 s，真空脱泡8~10 min，接着倒入预热至70~75 ℃的模具中，在70~75 ℃下固化反应1.5~2 h，最后在室温下后固化反应10~14 d，得到一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料。
[0012]进一步的，步骤（1）中，所述CNTs
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COOH、Tris
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HCl缓冲溶液、DOA
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HCl的用量比为0.3 g:300~350 mL:0.3~0.6 g，Tris
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HCl缓冲溶液的浓度为0.01 mol/L、pH=8.5。
[0013]进一步的，步骤（1）中，干燥温度为80~90 ℃，干燥时间为12~15 h。
[0014]进一步的，步骤（2）中，CNTs
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料，其特征在于：所述复合材料是由A组分与B组分固化成型得到，所述复合材料的拉伸强度大于等于30MPa、断裂伸长率大于等于500%、弹性模量大于等于2 MPa且阻尼温域tanδ≥0.3；所述B组分是由功能化碳纳米管CNTs
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PDA
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PU、聚四氢呋喃醚二醇与二异氰酸酯反应形成的
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NCO封端的预聚体；所述功能化碳纳米管是利用多巴胺和TDI依次对碳纳米管进行修饰得到功能化CNTs
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PDA
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TDI，然后将CNTs
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PDA
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TDI、聚四氢呋喃醚二醇和二异氰酸酯反应得到功能化碳纳米管CNTs
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PDA
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PU；所述A组分由多元醇、扩链剂、催化剂和消泡剂混合而成；所述多元醇为聚四氢呋喃醚二醇和/或330N；所述扩链剂为BDO、1,2
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乙二醇、1,6
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己二醇、MOCA和E
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300中的一种以上；所述催化剂为T
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12和/或T
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9；所述功能化碳纳米管的质量为所述复合材料质量的0.01%~0.3%；所述A组分中
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OH基团与B组分中
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NCO基团的摩尔比为1:1.03~1:1.07。2.如权利要求1所述的一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料，其特征在于：所述聚四氢呋喃醚二醇为PTMEG2000或PTMEG1000。3. 如权利要求1所述的一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料，其特征在于：所述A组分由PTMEG2000、分子量为4950的330N、BDO、广州德田新材料公司型号为X
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313的消泡剂以及T
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12混合配制而成；A组分中各成分的质量份数如下：PTMEG2000 70.8~80.1份，330N 19.6~19.8份，BDO 7.3~7.4份，消泡剂1.8~2.0份以及催化剂T
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12 0.00035~0.00042份。4.如权利要求1所述的一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料，其特征在于：所述B组分中，聚四氢呋喃醚二醇为PTMEG2000，二异氰酸酯为MDI，MDI和PTMEG2000的质量比为0.80~0.83:1。5.如权利要求1所述的一种功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料，其特征在于：所述A组分中
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OH基团与B组分中
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NCO基团的摩尔比为1:1.045~1:1.055。6.一种如权利要求1~5任意一项所述功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：（1）将CNTs
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COOH分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹美帅，江皓，杨义，苏醒，王潇萱，王硕，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：