專利名稱：無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合材料的制備方法，尤其是一種無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
籠形倍半硅氧烷(POSS)是一種新型的有機(jī)無(wú)機(jī)納米雜化體系，它是以無(wú)機(jī)的S1-O組成籠形骨架，三維尺寸在I 2nm左右，外圍則有與Si原子相連接的有機(jī)基團(tuán)包圍著內(nèi)核。無(wú)機(jī)的硅氧骨架賦予了聚合物基體良好的耐熱和機(jī)械性能，還能起到增強(qiáng)增韌的效果，外圍的有機(jī)基團(tuán)則能改善POSS與聚合物基體的相容性。POSS的這種獨(dú)特性能已使其成為制備高性能聚合物材料的首選填充材料，如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN 102617823 A于2012年8月I日公布的“一種羥基籠形倍半硅氧烷改性聚氨酯的制備方法”。該發(fā)明專利申請(qǐng)文獻(xiàn)公開的制備方法為先在催化劑存在和氮?dú)夥毡Ｗo(hù)的條件下將二異氰酸酯與聚醚二元醇反應(yīng)制得預(yù)聚體，再加入1，4- 丁二醇和羥基籠形倍半硅氧烷作為擴(kuò)鏈劑充分反應(yīng)，通過(guò)化學(xué)鍵合改性，獲得產(chǎn)物。然而，這種制備方法存在著不足之處，首先，產(chǎn)物的阻燃性相比于純聚氨酯沒有得到實(shí)質(zhì)性的改變，不能將其用于阻燃領(lǐng)域；其次，制備方法不僅繁瑣，還不能獲得具有阻燃性能的改性聚氨酯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種具有阻燃功能的無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法。為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法采用水熱法，特別是完成步驟如下:步驟1，先向濃度為10 20%的納米籠形倍半硅氧烷N，N- 二甲基甲酰胺溶液中加入二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，并于70 90°C下攪拌8 12h，其中，二苯基甲烷二異氰酸酯與納米籠形倍半硅氧烷N，N- 二甲基甲酰胺溶液中的納米籠形倍半硅氧烷的重量比為I 5:9 11，得到改性籠形倍半硅氧烷溶液，再將改性籠形倍半硅氧烷溶液置于70 90°C下進(jìn)行干燥處理，待溶劑N，N-二甲基甲酰胺(DMF)揮發(fā)后對(duì)其進(jìn)行研磨和過(guò)1000目篩，得到改性籠形倍半硅氧烷粉末；步驟2，先按照重量比為98 102:1 15:250 400的比例將聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)、改性籠形倍半硅氧烷粉末和N，N- 二甲基甲酰胺混合，并于50 60°C下攪拌0.2 lh，得到混合溶液，再將二苯基甲烷二異氰酸酯滴加到65 80°C下的混合溶液中，其中，二苯基甲烷二異氰酸酯與混合溶液中的聚四氫呋喃醚二醇的重量比為10 15:98 102，得到改性混合溶液；步驟3，先向50 60°C 下的改性混合溶液中加入1，4- 丁二醇反應(yīng)I 6h，其中，1，4-丁二醇與改性混合溶液中的聚四氫呋喃醚二醇的重量比為0.5 1:98 102，得到反應(yīng)液，再將反應(yīng)液置于容器中，于50 60°C下干燥固化10 20h，制得無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料。作為無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的納米籠形倍半硅氧烷的粒徑為I 2nm ;所述的納米籠形倍半硅氧烷為納米苯基籠形倍半硅氧烷，或納米乙烯基籠形倍半硅氧烷，或納米八(三甲基硅烷基)籠形倍半硅氧烷；所述的步驟3中的容器為模具。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，分別對(duì)采用制備方法制得的目標(biāo)產(chǎn)物的斷面和其燃燒過(guò)后的殘?zhí)渴褂脪呙桦婄R進(jìn)行表征，由其結(jié)果可知，目標(biāo)產(chǎn)物由基體——聚氨酯和均勻分布于其中的納米籠形倍半硅氧烷構(gòu)成；其中，納米籠形倍半硅氧烷的粒徑為I 2nm。目標(biāo)產(chǎn)物燃燒過(guò)后的殘?zhí)繛榧{米籠形倍半硅氧烷與基體共同形成了致密的熔融阻隔層，這種熔融阻隔層的存在極大地降低了目標(biāo)產(chǎn)物的燃燒速度，大大地改善了目標(biāo)產(chǎn)物的阻燃性能。其二，對(duì)制得的目標(biāo)產(chǎn)物分別使用氧指數(shù)儀和水平垂直燃燒儀進(jìn)行阻燃性能測(cè)試，結(jié)果如表I所示:
權(quán)利要求
1.一種無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法，采用水熱法，其特征在于完成步驟如下: 步驟1，先向濃度為10 20%的納米籠形倍半硅氧烷N，N-二甲基甲酰胺溶液中加入二苯基甲烷二異氰酸酯，并于70 90°C下攪拌8 12h，其中，二苯基甲烷二異氰酸酯與納米籠形倍半硅氧烷N，N-二甲基甲酰胺溶液中的納米籠形倍半硅氧烷的重量比為I 5:9 11，得到改性籠形倍半硅氧烷溶液，再將改性籠形倍半硅氧烷溶液置于70 90°C下進(jìn)行干燥處理，待溶劑N，N- 二甲基甲酰胺揮發(fā)后對(duì)其進(jìn)行研磨和過(guò)1000目篩，得到改性籠形倍半硅氧烷粉末； 步驟2，先按照重量比為98 102:1 15:250 400的比例將聚四氫呋喃醚二醇、改性籠形倍半硅氧烷粉末和N，N- 二甲基甲酰胺混合，并于50 60°C下攪拌0.2 lh，得到混合溶液，再將二苯基甲烷二異氰酸酯滴加到65 80°C下的混合溶液中，其中，二苯基甲烷二異氰酸酯與混合溶液中的聚四氫呋喃醚二醇的重量比為10 15:98 102，得到改性混合溶液； 步驟3，先向50 60°C下的改性混合溶液中加入1,4-丁二醇反應(yīng)I 6h，其中，1，4-丁二醇與改性混合溶液中的聚四氫呋喃醚二醇的重量比為0.5 1:98 102，得到反應(yīng)液，再將反應(yīng)液置于容器中，于50 60°C下干燥固化10 20h，制得無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是納米籠形倍半娃氧燒的粒徑為I 2nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是納米籠形倍半硅氧烷為納米苯基籠形倍半硅氧烷，或納米乙烯基籠形倍半硅氧烷，或納米 八(三甲基硅烷基)籠形倍半硅氧烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟3中的容器為模具。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料的制備方法。它先向納米籠形倍半硅氧烷N,N-二甲基甲酰胺溶液中加入二苯基甲烷二異氰酸酯，并攪拌得到改性籠形倍半硅氧烷溶液，再對(duì)其干燥后進(jìn)行研磨得到改性籠形倍半硅氧烷粉末，接著，先將聚四氫呋喃醚二醇、改性籠形倍半硅氧烷粉末和N,N-二甲基甲酰胺混合并攪拌，得到混合溶液，再將二苯基甲烷二異氰酸酯滴加到混合溶液中，得到改性混合溶液，之后，先向改性混合溶液中加入1,4-丁二醇反應(yīng)，得到反應(yīng)液，再將反應(yīng)液置于容器中，于50～60℃下干燥固化10～20h，制得無(wú)鹵阻燃聚氨酯-籠形倍半硅氧烷納米復(fù)合材料。復(fù)合材料具有優(yōu)異的無(wú)鹵阻燃性能，可廣泛地應(yīng)用于人造革、電纜護(hù)套等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C08G18/48GK103102467SQ20131005971
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者張獻(xiàn), 薛萌, 陳洪蓮, 田興友, 包超, 鄭康 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院