專利名稱：一種負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機納米粒子的功能化改性和優(yōu)化復(fù)配等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管是20世紀90年代初被發(fā)現(xiàn)的碳家族的新成員，一般可分為單壁碳納米管(SCNTs)和多壁碳納米管(MCNTs)。它具有石墨優(yōu)良的本征特性耐熱、耐腐蝕、耐沖擊、 傳熱和導(dǎo)電性好，高溫強度高等。研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管是有史以來力學(xué)性能最好的材料之一，在許多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，是21世紀最有前途的納米材料之一。電氣石是地球上存在的礦物質(zhì)中，唯一帶永久電極的晶體。在不需任何附加條件和任何人工助力的情況下，只要吸收太陽的光能，其表面就能夠產(chǎn)生電荷。電氣石集“遠紅外線發(fā)射儀”、“空氣維生素”、“細胞活化劑”、“生物電平衡儀”等諸多美譽于一身，成為世界上所有礦物材料中罕見的保健資源。電氣石所產(chǎn)生的負離子、微電流和遠紅外線對改善人體健康和生存環(huán)境十分有益，使用含有電氣石的產(chǎn)品，其流動的0. 06mA微電流，可補充和平衡人體的生物電；其散發(fā)的負離子可平衡人體體液，使酸性體液堿性化。因此，電氣石不僅成為人類健康的朋友，也成為了提高人們生活品質(zhì)的一顆耀眼的科技新星，在歐美，特別是在日本已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)化，為人類的健康帶來了福音。但是，碳納米管是一種高分子的無機材料，管與管之間具有較強的吸附力，使得碳納米管不溶于水和有機溶劑并且成束難以分散，這極大的限制了碳納米管在各個領(lǐng)域的應(yīng)用研究。因此，碳納米管的研究方向主要轉(zhuǎn)向碳納米管的改性方面或功能化處理方面。納米級的電氣石粉的研發(fā)和應(yīng)用也遇到與碳納米管相似的情況。與此同時，碳納米管和電氣石粉之間的協(xié)同效應(yīng)沒有被發(fā)現(xiàn)，碳納米管和電氣石粉所各自具有的優(yōu)異性能沒有得到綜合開發(fā)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法。本發(fā)明方法改性的碳納米管和納米級電氣石粉復(fù)配體系不僅具備了二者的優(yōu)點，而且它們之間的協(xié)同效應(yīng)使基于電氣石和碳納米管復(fù)配體系的聚氨酯復(fù)合物具有更高的負離子釋放率和電導(dǎo)率， 且電導(dǎo)率可調(diào)可變；同時，基于電氣石和碳納米管復(fù)配體系的聚氨酯復(fù)合物還表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外線和電磁輻射吸收性能以及力學(xué)性能。為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將聚四氫呋喃二醇、碳納米管和電氣石粉放入真空干燥箱中，在75-85°C干燥 5. 5-6. 5 小時；(2)將聚四氫呋喃二醇和碳納米管按比例混合均勻，并且密封在容器中，在 200-230°C的環(huán)境中放置7. 5-8. 5小時，得到表面改性的碳納米管，其中，聚四氫呋喃二醇
3與碳納米管混合質(zhì)量比為(1-3) 1 ；(3)將聚四氫呋喃二醇和電氣石粉按比例混合后放入球磨罐，球磨均勻，然后將球磨罐連同里面的電氣石粉在200-230°C的環(huán)境中放置7. 5-8. 5小時，得到表面改性的電氣石粉，其中，聚四氫呋喃二醇與電氣石粉的混合質(zhì)量比為(1-2) 1 ；(4)將步驟(2)改性后的碳納米管和步驟(3)改性后的電氣石粉，根據(jù)實際需要按不同質(zhì)量比放進有機溶劑中，經(jīng)超聲分散均勻后，倒進反應(yīng)容器中，同時根據(jù)需要加入量加入適量的聚氨酯；(5)將上述反應(yīng)容器置于水浴鍋中反應(yīng)，水浴溫度為68_72°C，并不斷攪拌，反應(yīng) 3. 5-4. 5 小時；(6)將經(jīng)步驟(6)處理所得產(chǎn)物倒入模具中在68-72°C的烘箱中繼續(xù)反應(yīng)、固化 8- 小時，制得負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物。所述的負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，其特征在于步驟(3)中聚四氫呋喃二醇與碳納米管的混合質(zhì)量比為1 1;步驟中聚四氫呋喃二醇與電氣石粉的混合質(zhì)量比為1 1。所述的負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，其特征在于步驟(4)所述的有機溶劑選自二甲基甲酰胺(DMF)、四氫呋喃中的一種；所述的反應(yīng)容器為三口燒瓶。所述的負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，其特征在于步驟(4)所述的聚氨酯由二苯基甲烷二異氰酸酯和聚四氫呋喃二醇以1，4 丁二醇作為擴鏈劑加聚而成。所述的負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，其特征在于所述步驟 G)、(5)、(6)，合成聚氨酯復(fù)合物的方法還可以為原位聚合的方法合成。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明不僅有效解決了碳納米管和納米級電氣石粉復(fù)配體系在聚氨酯等有機基體中易團聚的問題，而且首次發(fā)現(xiàn)了碳納米管和納米級電氣石粉之間的協(xié)同效應(yīng)，并有效地利用協(xié)同效應(yīng)使聚氨酯復(fù)合物具有更高的負離子釋放率和電導(dǎo)率。除此之外，負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物還表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外線和電磁輻射吸收性能。這種方法簡單易行， 可控性強。所制高分子復(fù)合材料可用于制備高強度、抗靜電、微波吸收、抗紫外線和負離子、 紅外線保健等高性能復(fù)合材料，因此在服裝、吸波隱形涂料、保健醫(yī)療、家電家具等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物薄膜的光吸收譜圖。
具體實施例方式一種負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，具體步驟如下(1)將聚四氫呋喃二醇、碳納米管和電氣石粉放入真空干燥箱中，在80°C干燥6個小時除去殘留的水汽；( 將聚四氫呋喃二醇和碳納米管按質(zhì)量1 1的比例混合均勻，并且密封在容器中，然后在225°C的環(huán)境中放置8小時，使碳納米管表面改性；(3)將電氣石粉和聚四氫呋喃二醇按質(zhì)量1 1的比例混合后放入球磨罐，在400轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速下球磨兩個小時，然后將球磨罐連同里面的電氣石粉在225°C的環(huán)境中放置8個小時，使負離子粉表面改性；(4)根據(jù)需要把改性后的負離子粉和碳納米管按不同的質(zhì)量比放進DMF溶劑中， 經(jīng)超聲分散10分鐘后倒進一個250毫升的三口燒瓶中，同時將聚氨酯按需要添加到三口燒瓶中(或者用原位聚合的方法合成基于碳納米管和電氣石粉復(fù)配體系的聚氨酯復(fù)合物)；(5)將上述三口燒瓶固定在鐵架臺上，用帶有超聲設(shè)備的水浴鍋加熱到70°C，同時用攪拌棒以每分鐘500轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速攪拌4個小時。最后，將上述反應(yīng)后的產(chǎn)物倒入模具中在70°C的烘箱中繼續(xù)反應(yīng)、固化，以備檢測、表征。表1 兩種聚氨酯復(fù)合物在室溫下的電導(dǎo)率和負離子釋放量的對比
樣品室溫電導(dǎo)率 (S/cm)負離子釋放量(個/CC)樣品負離子釋放量(個/CC)室溫電導(dǎo)率 (S/cm)PU-3-00. 547X10_612PU-O-O9ΙΟ—18量級PU-3-12. 767X 10_6552PU-0-1245同上PU-3-31. 546Χ1(Γ5794PU-0-3728同上PU-3-52. 594Χ1(Γ41209PU-0-51090同上PU-3-105. 842Χ10_51751PU-0-101743同上PU-3-153. 193 X IO 52366PU-O-152260同上(說明PU-x-y代表的聚氨酯復(fù)合物有一百份質(zhì)量的純聚氨酯，χ份質(zhì)量的碳納米管，y份質(zhì)量的電氣石粉構(gòu)成，CC代表每立方厘米)從表1可以看出，只含有改性過電氣石粉的聚氨酯復(fù)合物在室溫下的電導(dǎo)率大約在10_18S/Cm量級，屬于絕緣體；而在此基礎(chǔ)上添加3%的碳納米管后，基于電氣石粉和碳納米管復(fù)配體系的聚氨酯復(fù)合物在室溫下的電導(dǎo)率則明顯增加至10_6-10_3量級；而且在碳納米管的含量固定后，隨著負離子粉含量的增加，復(fù)合物的電導(dǎo)率呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，從 PU-3-0 的 0. 547X l(T6S/cm 增加至Ij PU-3-5 的 2. 594X l(T4S/cm，隨后下降到 PU-3-15 的3. 193X10-5S/cm,電導(dǎo)率的最大值比最小值增加了三個數(shù)量級，而負離子釋放量不僅沒有降低，與含有相同質(zhì)量分數(shù)負離子粉的聚氨酯復(fù)合物相比，基于電氣石粉和碳納米管復(fù)配體系的聚氨酯復(fù)合物的負離子釋放量還有不同程度的增加。從表1可以看出電氣石粉和碳納米管之間具有明顯的協(xié)同效應(yīng)。從表2可以看出，除PU-3-15外，與PU_3_0相比，基于電氣石粉和碳納米管復(fù)配體系的聚氨酯復(fù)合物的力學(xué)性能，斷裂伸張率、拉伸強度以及彈性模量隨著電氣石粉含量的增加不但沒有下降，反而有少許增加；與PU-O-O相比，基于電氣石粉和碳納米管復(fù)配體系的聚氨酯復(fù)合物的斷裂伸張率、拉伸強度以及彈性模量隨著電氣石粉含量的增加而呈現(xiàn)出不同程度的增加，至于PU-3-15力學(xué)性能的下降可能是由于電氣石粉添加過多引起團聚， 致使拉伸時應(yīng)力分布不均而引起。表2 基于電氣石粉和碳納米管復(fù)配體系的聚氨酯復(fù)合物的力學(xué)性能
權(quán)利要求
1. 一種負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將聚四氫呋喃二醇、碳納米管和電氣石粉放入真空干燥箱中，在75-85°C干燥 5. 5-6. 5 小時；(2)將聚四氫呋喃二醇和碳納米管按比例混合均勻，并且密封在容器中，在220-230°C 的環(huán)境中放置7. 5-8. 5小時，得到表面改性的碳納米管，其中，聚四氫呋喃二醇與碳納米管混合質(zhì)量比為(1-3) 1 ；(3)將聚四氫呋喃二醇和電氣石粉按比例混合后放入球磨罐，球磨均勻，然后將球磨罐連同里面的電氣石粉在220-230°C的環(huán)境中放置7. 5-8. 5小時，得到表面改性的電氣石粉， 其中，聚四氫呋喃二醇與電氣石粉的混合質(zhì)量比為(1-2) 1 ；(4)將步驟(2)改性后的碳納米管和步驟(3)改性后的電氣石粉，按實際需要的不同質(zhì)量比放進有機溶劑中，經(jīng)超聲分散均勻后，倒進反應(yīng)容器中，同時根據(jù)實際需要量加入聚氨(5)將上述反應(yīng)容器置于水浴鍋中反應(yīng)，水浴溫度為68-72°C，并不斷攪拌，反應(yīng) 3. 5-4. 5 小時；(6)將經(jīng)步驟( 處理所得產(chǎn)物倒入模具中在68-72°C的烘箱中繼續(xù)反應(yīng)、固化8-M 小時，制得負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，其特征在于 步驟O)中聚四氫呋喃二醇與碳納米管的混合質(zhì)量比為1 1 ；步驟(3)中聚四氫呋喃二醇與電氣石粉的混合質(zhì)量比為1 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，其特征在于 步驟(4)所述的有機溶劑選自四氫呋喃、二甲基甲酰胺中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，其特征在于 步驟(4)所述的聚氨酯由二苯基甲烷二異氰酸酯和聚四氫呋喃二醇以1，4 丁二醇作為擴鏈劑加聚而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電氣石粉、碳納米管復(fù)配體系的聚氨酯復(fù)合物的制備方法，其特征在于所述步驟G)、(5)、(6)，合成負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的方法還可以為原位聚合的方法合成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負離子功能化、導(dǎo)電聚氨酯復(fù)合物的制備方法，首先將聚四氫呋喃二醇、碳納米管和電氣石粉真空干燥；將干燥后的碳納米管、電氣石粉分別和聚四氫呋喃二醇混合，并密封在容器中，在一定的溫度下放置數(shù)小時后，得到表面改性的碳納米管和電氣石粉，再將二者按比例加入到溶劑中分散均勻后，將聚氨酯加入其中，在一定的條件下反應(yīng)，得到基于電氣石粉、碳納米管復(fù)配體系的聚氨酯復(fù)合物。所得改性的碳納米管和納米級電氣石粉復(fù)配體系不僅具備了二者的優(yōu)點，而且它們之間的協(xié)同效應(yīng)使聚氨酯復(fù)合物具有更高的負離子釋放量和電導(dǎo)率。同時，還表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外線、電磁輻射吸收性能和力學(xué)性能。
文檔編號C08K9/04GK102212265SQ20111012134
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者吳釗峰, 王化, 田興友, 薛萌, 鄭康 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院