一种低温耐候性TPU复合材料及其制备方法与流程

一种低温耐候性tpu复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于复合材料技术领域，具体是指一种低温耐候性tpu复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.热塑性聚氨酯弹性体(tpu)是一类加热可以塑化、溶剂可以溶解的弹性体，具有高强度、高韧性、耐磨、耐油等优异的综合性能，加工性能好，广泛应用于国防、医疗、食品等行业，tpu的分子基本上是线型的，没有或很少有化学交联。线型聚氨酯分子链之间存在着许多氢键构成的物理交联，氢键对其形态起到强化作用，从而赋予许多优良的性能，如高模量、高强度，优良的耐磨性、耐化学品、耐水解性、耐髙低温和耐霉菌性。
3.然而，现阶段基础的tpu材料仍然存在一些问题，如：在长期使用过程中，tpu表面由于氧化、紫外老化等原因造成的表面黄变、龟裂、脱落、粉化等，严重影响产品的实用性和耐久性的问题，进而失去其原有性能，因此需要研发一种低温耐候性tpu复合材料及其制备方法。


技术实现要素：

4.针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种低温耐候性tpu复合材料及其制备方法，为了解决现有tpu材料耐候性差的问题，本发明提出通过以石墨烯为原材料制备石墨烯基纳米材料，并通过溶液共混法制备生成tpu纳米复合材料，通过石墨烯基纳米材料分子中产生的大量的氨基官能团，与tpu基体产生更强的氢键作用，增强了其与基体间的结合力，使得tpu复合材料表现出最好的综合性能，本发明制备的tpu复合材料表现出了较好的耐热老化性能，具有优良的耐候性能。
5.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种低温耐候性tpu复合材料的制备方法，所述tpu复合材料的制备方法包括如下步骤：
6.(1)将n，n-二甲基甲酰胺和纳米材料加入150ml三口烧瓶，进行超声分散得到纳米材料分散液，将所述纳米材料分散液置于65℃的油浴锅，机械搅拌1h；
7.(2)将tpu混入所述纳米材料分散液中搅拌4h，再超声分散得到tpu悬浮液；
8.(3)将所述tpu悬浮液转移至培养皿，于真空干燥箱中干燥除去n，n-二甲基甲酰胺，制得所述tpu复合材料。石墨烯基纳米材料分子中产生的大量的氨基官能团，与tpu基体产生更强的氢键作用，增强了其与基体间的结合力，使得tpu复合材料表现出最好的综合性能。
9.作为对上述方案的进一步改进，所述步骤(1)中超声时间为1小时；所述步骤(2)中超声时间为2小时。
10.作为对上述方案的进一步改进，所述步骤(3)中真空干燥的条件：温度为65℃，真空干燥24h。
11.作为对上述方案的进一步改进，所述纳米材料的体积重量百分数为1wt％-5wt％。
12.进一步地，所述纳米材料的制备方法包括如下步骤：
13.(1)将氧化石墨烯加入30ml乙醇与30ml水的混合溶液中，超声分散1h；
14.(2)加入3-氯丙基三乙氧基硅烷，置于60℃的油浴锅中，机械搅拌反应8h；
15.(3)离心分离，先用无水乙醇洗涤3次，再用去离子水洗涤3次；
16.(4)最后将产物在60℃的真空烘箱中干燥24h，获得改性氧化石墨烯。
17.作为对上述方案的进一步改进，所述氧化石墨烯与3-氯丙基三乙氧基硅烷的质量为1:0.1-0.2。
18.进一步的，本发明还提供了根据所述制备方法制备的一种低温耐候性tpu复合材料。
19.作为对上述方案的进一步改进，所述tpu复合材料具有更强的表面耐候性及耐低温性能，避免了tpu在使用过程中在紫外线直射下出现黄变、性能老化。
20.与现有技术相比较，本发明取得的有益效果如下：
21.为了解决现有tpu材料耐候性差的问题，本发明提出通过以石墨烯为原材料制备石墨烯基纳米材料，并通过加工方法制备生成tpu纳米复合材料，通过石墨烯基纳米材料分子中产生的大量的氨基官能团，与tpu基体产生更强的氢键作用，增强了其与基体间的结合力，使得tpu复合材料表现出最好的综合性能，本发明制备的tpu复合材料表现出了较好的耐热老化性能，具有优良的耐候性能；
22.此外，本文通过溶液共混法对tpu进行无机纳米材料改性，此改性方法需要大量的溶剂，适用少量的无机纳米材料改性tpu，有待进一步研究使用熔融挤出法来制备无机纳米材料改性tpu复合材料。
附图说明
23.图1为拉伸强度测量结果图。
24.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用，但不能限制本技术的内容。
27.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试验材料及试验菌株，如无特殊说明，均为从商业渠道购买得到的。
28.实施例1
29.一种低温耐候性tpu复合材料及其制备方法
30.本发明提出了一种低温耐候性tpu复合材料的制备方法，所述tpu复合材料的制备
方法包括如下步骤：
31.(1)将n，n-二甲基甲酰胺和纳米材料加入150ml三口烧瓶，进行超声分散得到纳米材料分散液，将所述纳米材料分散液置于65℃的油浴锅，机械搅拌1h；
32.(2)将tpu混入所述纳米材料分散液中搅拌4h，再超声分散得到tpu悬浮液；
33.(3)将所述tpu悬浮液转移至培养皿，于真空干燥箱中干燥除去n，n-二甲基甲酰胺，制得所述tpu复合材料。石墨烯基纳米材料分子中产生的大量的氨基官能团，与tpu基体产生更强的氢键作用，增强了其与基体间的结合力，使得tpu复合材料表现出最好的综合性能。
34.所述步骤(1)中超声时间为1小时；所述步骤(2)中超声时间为2小时。真空干燥的条件：温度为65℃，真空干燥24h。所述纳米材料的体积重量百分数为1wt％。
35.进一步地，所述纳米材料的制备方法包括如下步骤：
36.(1)将氧化石墨烯加入30ml乙醇与30ml水的混合溶液中，超声分散1h；
37.(2)加入3-氯丙基三乙氧基硅烷，置于60℃的油浴锅中，机械搅拌反应8h；
38.(3)离心分离，先用无水乙醇洗涤3次，再用去离子水洗涤3次；
39.(4)最后将产物在60℃的真空烘箱中干燥24h，获得改性氧化石墨烯。
40.所述氧化石墨烯与3-氯丙基三乙氧基硅烷的质量为1:0.1。
41.本发明还提供了根据所述制备方法制备的一种低温耐候性tpu复合材料。
42.实施例2
43.一种低温耐候性tpu复合材料及其制备方法
44.本发明提出了一种低温耐候性tpu复合材料的制备方法，所述tpu复合材料的制备方法包括如下步骤：
45.(1)将n，n-二甲基甲酰胺和纳米材料加入150ml三口烧瓶，进行超声分散得到纳米材料分散液，将所述纳米材料分散液置于65℃的油浴锅，机械搅拌1h；
46.(2)将tpu混入所述纳米材料分散液中搅拌4h，再超声分散得到tpu悬浮液；
47.(3)将所述tpu悬浮液转移至培养皿，于真空干燥箱中干燥除去n，n-二甲基甲酰胺，制得所述tpu复合材料。石墨烯基纳米材料分子中产生的大量的氨基官能团，与tpu基体产生更强的氢键作用，增强了其与基体间的结合力，使得tpu复合材料表现出最好的综合性能。
48.所述步骤(1)中超声时间为1小时；所述步骤(2)中超声时间为2小时。真空干燥的条件：温度为65℃，真空干燥24h。所述纳米材料的体积重量百分数为5wt％。
49.进一步地，所述纳米材料的制备方法包括如下步骤：
50.(1)将氧化石墨烯加入30ml乙醇与30ml水的混合溶液中，超声分散1h；
51.(2)加入3-氯丙基三乙氧基硅烷，置于60℃的油浴锅中，机械搅拌反应8h；
52.(3)离心分离，先用无水乙醇洗涤3次，再用去离子水洗涤3次；
53.(4)最后将产物在60℃的真空烘箱中干燥24h，获得改性氧化石墨烯。
54.所述氧化石墨烯与3-氯丙基三乙氧基硅烷的质量为1:0.2。
55.本发明还提供了根据所述制备方法制备的一种低温耐候性tpu复合材料。
56.对比例1
57.本对比例提供一种低温耐候性tpu复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅
在于不使用纳米材料进行改性，其余组分、组分含量与实施例1相同。
58.对比例2
59.本对比例提供一种低温耐候性tpu复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于所有组分中不使用3-氯丙基三乙氧基硅烷对氧化石墨烯进行改性，其余组分、组分含量与实施例1相同。
60.性能测试
61.(1)对实施例1-2和对比例1-2制备的tpu复合材料进行强度测试：
62.实验结论：实施例的拉伸强度能达到良好水平。
63.(2)对实施例1-2和对比例1-2制备的tpu复合材料进行老化试验：将实验材料在紫外老化箱中的光照200h。
64.实验结论：观察得到实施例1和实施例2制得的tpu复合材料未出现可见的黄变现象，表面未出现龟裂，对比例1和对比例2制得的复合材料表面黄变明显，表面出现龟裂。
65.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
66.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的方案及应用并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种低温耐候性tpu复合材料的制备方法，其特征在于：所述tpu复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)将n，n-二甲基甲酰胺和纳米材料加入150ml三口烧瓶，进行超声分散得到纳米材料分散液，将所述纳米材料分散液置于65℃的油浴锅，机械搅拌1h；(2)将tpu混入所述纳米材料分散液中搅拌4h，再超声分散得到tpu悬浮液；(3)将所述tpu悬浮液转移至培养皿，于真空干燥箱中干燥除去n，n-二甲基甲酰胺，制得所述tpu复合材料。2.根据权利要求1所述的一种低温耐候性tpu复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中超声时间为1小时；所述步骤(2)中超声时间为2小时。3.根据权利要求2所述的一种低温耐候性tpu复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中真空干燥的条件：温度为65℃，真空干燥24h。4.根据权利要求3所述的一种低温耐候性tpu复合材料的制备方法，其特征在于：所述纳米材料的体积重量百分数为1wt％-5wt％。5.根据权利要求4所述的一种低温耐候性tpu复合材料的制备方法，其特征在于：所述纳米材料的制备方法包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯加入30ml乙醇与30ml水的混合溶液中，超声分散1h；(2)加入3-氯丙基三乙氧基硅烷，置于60℃的油浴锅中，机械搅拌反应8h；(3)离心分离，先用无水乙醇洗涤3次，再用去离子水洗涤3次；(4)将产物在60℃的真空烘箱中干燥24h，获得改性氧化石墨烯。6.根据权利要求5所述的一种低温耐候性tpu复合材料的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯与3-氯丙基三乙氧基硅烷的质量为1:0.1-0.2。7.一种低温耐候性tpu复合材料，其特征在于：所述tpu复合材料根据权利要求1-5中任意一条制备所得。

技术总结
本发明公开了复合材料领域的一种低温耐候性TPU复合材料及其制备方法，为了解决现有TPU材料耐候性差的问题，本发明提出通过以石墨烯为原材料制备石墨烯基纳米材料，并通过溶液共混法制备生成TPU纳米复合材料，通过石墨烯基纳米材料分子中产生的大量的氨基官能团，与TPU基体产生更强的氢键作用，增强了其与基体间的结合力，使得TPU复合材料表现出最好的综合性能，本发明制备的TPU复合材料表现出了较好的耐热老化性能，具有优良的耐候性能。具有优良的耐候性能。具有优良的耐候性能。


技术研发人员：田然
受保护的技术使用者：苏州福盈润新材料科技有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/7