一种聚合物互穿网络与碳纳米管的复合材料的制备方法，涉及互穿网络复合物的制备技术领域。本发明专利技术利用蓖麻油作为合成聚氨酯的原料，将碳纳米管分散在蓖麻油中成为稳定的悬浮体系，利用原位聚合法制备出聚氨酯预聚体，再进一步与环氧树脂互穿，制备碳纳米管原位复合的基于可再生资源的聚氨酯/环氧树脂互穿网络复合材料。利用此法制得的复合材料，碳纳米管的分散均匀，材料的玻璃化转变温度、拉伸强度以及杨氏模量，特别是高温下的杨氏模量都显著提高，与单纯的聚氨酯/环氧树脂互穿网络材料相比，复合材料的综合性能更加优异。此外，通过改变碳纳米管浓度及其表面官能团，还可以设计和控制互穿网络复合材料的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及互穿网络复合物的制备
技术介绍
互穿网络复合物(IPN)是两种或两种以上交联聚合物相互贯穿而形成的交织聚合物网络，可以看作是以化学的方法来实现聚合物物理共混的一种技术，通过互穿网络之间强迫互溶实现分子水平上均匀贯穿，从而使复合材料同时具有组成互穿网络各组分的优良性质。聚氨酯/环氧树脂互穿网络复合物是互穿网络中研究的比较热门和成熟的领域，聚氨酯/环氧树脂互穿网络复合物可以将聚氨酯的高韧性、高弹性和环氧树脂的高强度、高稳定性能结合起来，从而使复合材料的性能极大的改善，应用领域极大的拓宽。不过制备聚氨酯的聚酯多元醇或聚醚多元醇都强烈依赖于石油资源，这种不可再生性限制了基于聚氨酯的互穿网络材料的制备和应用。因此，寻求新的、可再生的聚氨酯合成原料亟不可待，而蓖麻油正是这样一种优异的原料。蓖麻油分子中丰富的羟基和双键为其作为聚氨酯原料的多元醇组分提供了可能，也为进一步改性聚氨酯提供了可能。碳纳米管是近年来涌现出来的一种新型的纳米材料。较大的长径比和优异的力学强度使其成为了高分子材料填充改性的新一代纳米填料。如果能够将碳纳米管均匀分散到聚氨酯/环氧树脂互穿网络材料中，一方面就有可能利用碳纳米管的纳米结构增强互穿网络内部聚氨酯与环氧树脂两者的结合；另一方面，碳纳米管优异的力学性能还可能提高复合材料的强度；此外，碳纳米管的导电性还可能赋予复合材料的一定的导电能力，从而使其具有更广阔的应用潜能。但是，碳纳米管极大的比表面积使其表面能极高，在高分子基体中不易解离分散。目前常用的熔融共混法或者溶液共混法均不能使碳纳米管很好的分散在基体介质中，因此这也制约着碳纳米管作为高分子材料，尤其是高分子互穿网络材料的增强填料的应用。
技术实现思路
本专利技术目的是提出一种可提高复合材料中碳纳米管的分散均匀度的聚合物互穿网络与碳纳米管的复合材料的制备方法。本专利技术的技术方案是将蓖麻油和碳纳米管混合形成悬浮体系；在所述悬浮体系中先采用原位聚合的方法合成碳纳米管原位复合的聚氨酯预聚体，然后再将碳纳米管原位复合的聚氨酯预聚体与环氧树脂混合后，在扩链剂、催化剂和固化剂的作用下，进一步反应制备即可得到聚合物互穿网络与碳纳米管的复合材料。本专利技术首先利用可再生的生物资源——蓖麻油作为合成聚氨酯的原料，然后将碳纳米管分散在蓖麻油中成为稳定的悬浮体系，利用原位聚合法制备出聚氨酯预聚体，再进一步与环氧树脂互穿，制备碳纳米管原位复合的基于可再生资源的聚氨酯/环氧树脂互穿网络复合材料。利用此法制得的复合材料，碳纳米管的分散均匀，材料的玻璃化转变温度、拉伸强度以及杨氏模量，特别是高温下的杨氏模量都显著提高，与单纯的聚氨酯/环氧树脂互穿网络材料相比，复合材料的综合性能更加优异。此外，通过改变碳纳米管浓度及其表面官能团，还可以设计和控制互穿网络复合材料的性能。本专利技术的关键是通过原位聚合的方法将碳纳米管复合到互穿网络材料当中，从而改善碳纳米管在基体中的分布和分散是本专利技术技术方案的关键。这其中，首先将碳纳米管和蓖麻油混合成稳定的悬浮体系，并制备出碳纳米管原位复合的聚氨酯预聚体是实现碳纳米管在互穿网络基体中良好分散的关键技术。本专利技术制得的产品特优是 (I)通过选着可再生资源蓖麻油作为制备聚氨酯的单体之一，有效缓解了由于石油危机而造成的能源短缺问题，同时，作为一种多官能团化的物质，蓖麻油分子上丰富的双键和羟基为实现聚氨酯的进一步改性提供了可能。(2)利用互穿网络技术得到了聚氨酯与环氧树脂的复合材料，有效结合了两种材 料各自的优点，弥补了作为单一组分的不足；在此基础上进一步结合了碳纳米管的高强度高模量的特点，从而极大的提升了聚氨酯/环氧树脂互穿网络的性能。(3)碳纳米管的分散均匀，材料的玻璃化转变温度、拉伸强度以及杨氏模量，特别是高温下的杨氏模量都显著提高，与单纯的聚氨酯/环氧树脂互穿网络材料相比，复合材料的综合性能更加优异。(4)通过改变碳纳米管浓度及其表面官能团，还可以设计和控制互穿网络复合材料的性能。这不仅为制备纳米粒子均匀填充的互穿网络复合物材料提供了一种方法，也为拓展聚合物互穿网络材料的应用提供了可能性。另外，本专利技术所述蓖麻油和碳纳米管的混合质量比为0.2 4 100。如碳纳米管的加入量过少不利于发挥自身的增强效果，但如碳纳米管的加入量过大的又会极大的增加混合体系的粘度，使得后期的浇铸成型不易实施。控制蓖麻油和碳纳米管0.2 4 100的混合质量比则可以在不影响成型的情况下实现较为明显的增强。本专利技术将蓖麻油和碳纳米管混合后，于磁力搅拌器上搅拌24h，并保持悬浮体系的温度为60 65°C后，再在溶剂二甲苯的存在下，滴加甲苯2，4- 二异氰酸酯，然后在反应体系温度为65°C的条件下搅拌反应，得到碳纳米管原位复合的聚氨酯预聚体。通常来说反应温度越高反应速度越快，体系的黏度会急剧增大，一方面无法保证碳纳米管均匀的分散并原位复合，另一方面也不利于后续的浇铸成型步骤；但反应温度过低又会使得反应时间过长，不利于生产效率的提高。因此综合考虑选择在65°C温度下进行反应。滴加的所述甲苯2，4- 二异氰酸酯中的异氰酸根与悬浮体系中蓖麻油的羟基的摩尔比为9 4。聚氨酯预聚体中异氰酸根含量越大，体系粘度越低，但是制品中游离的异氰酸根量也就越多，为了平衡粘度与残余量，本专利技术优选的甲苯2，4- 二异氰酸酯中的异氰酸根与悬浮体系中蓖麻油的羟基的摩尔比为9 4，从而制得了体系粘度适宜的预聚体，这种情况下固化成型后的复合材料性能最为优异。在合成碳纳米管原位复合的聚氨酯预聚体的反应体系中，二甲苯与蓖麻油的投料质量比为2 3 10。该投料质量比一方面保证了体系的粘度较为适中，使碳纳米管更好的分散，另一方面也保证了后期浇铸成型步骤中溶剂脱除与体系固化之间的平衡。在加入二甲苯后，用细胞超声粉碎仪超声处理20min，然后再滴加甲苯2，4-二异氰酸酯。细胞超声粉碎仪较高的超声效率可以在比较短的时间内使碳纳米管达到较好的分散效果，缩短整个制备过程的时间，提高生产效率。将所述碳纳米管原位复合的聚氨酯预聚体与环氧树脂混合后，于反应体系内温度为65°C的条件下搅拌，加入扩链剂1，4-丁二醇、催化剂二丁基二月桂酸锡和固化剂三乙胺，搅拌3 5min后抽真空至0. IMPa，脱气8 lOmin，最后将反应体系于120°C条件下固化6h后，再降温至60°C固化12h，冷却脱模，即得聚合物互穿网络与碳纳米管的复合材料。加入扩链剂，催化剂和固化剂之后搅拌3 5min是为了保证其与体系混合均匀；脱气8 IOmin能够保证溶剂二甲苯基本从体系脱除；同时在体系粘度增大的时候将其倒入模具中，120°C条件下固化6h得到复合材料可以保证聚氨酯预聚体和环氧树脂各自固化从而互穿；降温至60°C继续固化12h可以保证材料内部完全固化。为了使所制备的复合材料的具有最好的综合力学性能，所述碳纳米管原位复合的聚氨酯预聚体与环氧树脂混合时，碳纳米管原位复合的聚氨酯预聚体与环氧树脂的投料质量比为70 30。 附图说明图I为聚氨酯、环氧树脂以及聚氨酯/环氧树脂的红外谱图。图2为不同碳纳米管含量的碳纳米管原位复合的聚氨酯/环氧树脂互穿网络复合材料的损耗因子曲线。图3不同碳纳米管含量的碳纳米管原位复合的聚氨酯/环氧树脂互穿网络本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚合物互穿网络与碳纳米管的复合材料的制备方法，其特征在于将蓖麻油和碳纳米管混合形成悬浮体系；在所述悬浮体系中先采用原位聚合的方法合成碳纳米管原位复合的聚氨酯预聚体，然后再将碳纳米管原位复合的聚氨酯预聚体与环氧树脂混合后，在扩链剂、催化剂和固化剂的作用下，进一步反应制备即可得到聚合物互穿网络与碳纳米管的复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴德峰，姚珍，张明，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：
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