CN108034040A - 一种耐撕裂缓冲材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种耐撕裂缓冲材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能材料领域，公开了一种耐撕裂缓冲材料及其制备方法和应用。所述缓冲材料按照原料重量计包括：5‑30份碳纳米管基聚醚多元醇、100份聚醚Voranol 3010、3份水、1份硅油2370、0.3份质量份数33％的三乙烯二胺溶液、0.12份辛酸亚锡和41份TDI80/20。将上述物质的混合后在60℃下发泡，制得耐撕裂缓冲材料。本发明是将碳纳米管表面有机官能化而合成系列碳纳米管基聚醚多元醇，该改性后的碳纳米管可以大量填充到缓冲材料的体系里，从而制备出抗撕裂性能优良的缓冲材料。

Description

一种耐撕裂缓冲材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于功能材料领域，特别涉及一种耐撕裂缓冲材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高以及对生活舒适度的不断追求，缓冲材料(也称慢回弹泡沫塑料或者黏弹性聚氨酯泡沫塑料)的使用范围逐年拓宽，用量也有较快的增长。缓冲材料最初由美国太空总署(NASA)于上世纪六十年代研发，主要是为了缓解宇航员所承受的压力，保护宇航员的脊椎，特别是航天飞机在返回和离开地面时宇航员所承受的压力。瑞典Fager dala公司将其二次开发为民用(医用)产品，最先在医疗急救、监护***中推广应用，继而在日本等注重健康的发达国家迅速普及。缓冲材料在我国的应用长期以来处于空白状态，近年来随着我国经济快速增长对高品质材料的需求，缓冲材料在家具、汽车配件、鞋材、运动器材、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
缓冲材料在其各个应用领域内的优异性能表现，均源于其材料特殊的黏弹特性，即材料在受到压力冲击时，既发生了满足胡克定律的弹性形变，也同时发生不可恢复的塑性变形，也就是说，缓冲材料的变形是这两种变形的有机组合。塑性变形会消耗掉大部分的冲击能，而弹性变形部分所蓄积的部分能量，能在外力撤除后让缓冲材料慢慢恢复到受压前的形状。本质上就是材料在压力的作用下，分子结构会发生“流动”移位，变形来贴合施压面轮廓，将支撑点扩散至整个接触面，使压力得以在整个接触面上分散。这个特点也被称为缓冲材料的“压力均匀分散特性”。根据其作用原理，缓冲材料性能的原理很大程度上取决于材料内部的交联网络结构、泡孔大小以及均一性等方面。
目前缓冲材料在长期使用时存在着抗撕裂性能不足的问题，已经严重影响了材料的使用寿命。有研究表明，向缓冲材料添加纳米颗粒或者纳米纤维填料尤其是碳纳米管可提高材料的抗撕裂性能。但同时由于纳米填料的表面积过大使得其在材料体系中易于聚集而难以达到使用效果。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种耐撕裂缓冲材料。
本发明的另一目的在于提供一种上述耐撕裂缓冲材料的制备方法。该方法是将碳纳米管表面有机官能化而合成系列碳纳米管基聚醚多元醇，该改性后的碳纳米管可以大量填充到缓冲材料的体系里，从而制备出抗撕裂性能优良的缓冲材料。
本发明的再一目的在于提供一种耐撕裂缓冲材料的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种耐撕裂缓冲材料，该缓冲材料由以下按重量份数计的原料制备而成：
所述TDI80/20即为80％质量百分含量的2,4-甲苯二异氰酸酯和20％质量百分含量的2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物。
所述碳纳米管基聚醚多元醇的合成方法包括如下步骤：
(1)酰氯化反应：称取15g羧基化碳纳米管，加入300mL SOCl2与5mLDMF中，在70℃条件下搅拌反应24h；冷却至室温后，将反应产物在N2保护下用无水THF洗涤过滤，直到溶液澄清；用N2吹干后将产物置于烘箱中，烘干并研磨得到黑色粉末状酰氯化碳纳米管；
(2)碳纳米管基聚醚多元醇的制备：取10g步骤(1)所得酰氯化碳纳米管，加入300mL低聚聚醚多元胺溶液，110℃条件下搅拌反应7h；冷却至室温后，将反应产物用无水THF洗涤后减压蒸馏得到深棕色粘稠状液体，即为碳纳米管基聚醚多元醇。
步骤(2)所述低聚聚醚多元胺的平均分子量为2000-4000，所述低聚聚醚多元胺溶液的浓度为0.2mol/L。
上述的耐撕裂缓冲材料的制备方法，包括如下步骤：将碳纳米管基聚醚多元醇、聚醚Voranol 3010、水、硅油2370、质量份数33％的三乙烯二胺溶液、辛酸亚锡和TDI80/20混合；将所得混合物在60℃下发泡，制得表面疏水的缓冲材料。
上述的耐撕裂缓冲材料在耐撕裂缓冲材料领域中的应用。
上述碳纳米管基聚醚多元醇的合成的反应式如以下式(1)所示：
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将碳纳米管表面有机官能化而合成系列碳纳米管基聚醚多元醇，该改性后的碳纳米管可以大量填充到缓冲材料的体系里，从而制备出抗撕裂性能优良的缓冲材料。
(2)本发明加入碳纳米管基聚醚多元醇显著提高了缓冲材料的耐撕裂性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
称取15g市售的羧基化碳纳米管，加入300mlSOCl与5mlDMF中，在70℃条件下搅拌反应24h；冷却至室温后，将反应产物在N2保护下用无水THF洗涂过滤，直到溶液澄清；用N2吹干后将产物置于烘箱中，烘干并研磨得到黑色粉末状固体酰氯化碳纳米管。然后，取10g酰氯化碳纳米管，加入300ml浓度为0.2mol/L的低聚聚醚多元胺溶液(低聚聚醚多元胺的平均分子量为2000)，90℃条件下搅拌反应7h；冷却至室温后，将反应产物用无水THF洗涤后减压蒸馏得到深棕色粘稠状液体，即为碳纳米管基聚醚多元醇(25℃下粘度3000mpas)。
实施例2：
称取15g市售的羧基化碳纳米管，加入300mlSOCl与5mlDMF中，在70℃条件下搅拌反应24h；冷却至室温后，将反应产物在N2保护下用无水THF洗涂过滤，直到溶液澄清；用N2吹干后将产物置于烘箱中，烘干并研磨得到黑色粉末状固体酰氯化碳纳米管；然后，取10g酰氯化碳纳米管，加入300ml浓度为0.2mol/L的低聚聚醚多元胺溶液(低聚聚醚多元胺的平均分子量为3000)，100℃条件下搅拌反应8h；冷却至室温后，将反应产物用无水THF洗涤后减压蒸馏得到深棕色粘稠状液体，即为碳纳米管基聚醚多元醇(25℃下粘度4000mpas)。
实施例3：
称取15g市售的羧基化碳纳米管，加入300mlSOCl与5mlDMF中，在70℃条件下搅拌反应24h；冷却至室温后，将反应产物在N2保护下用无水THF洗涂过滤，直到溶液澄清；用N2吹干后将产物置于烘箱中，烘干并研磨得到黑色粉末状固体酰氯化碳纳米管；然后，取10g酰氯化碳纳米管，加入300ml浓度为0.2mol/L的低聚聚醚多元胺溶液(低聚聚醚多元胺的平均分子量为4000)，100℃条件下搅拌反应9h；冷却至室温后，将反应产物用无水THF洗涤后减压蒸馏得到深棕色粘稠状液体，即为碳纳米管基聚醚多元醇(25℃下粘度5000mpas)。
对比例1：
将下列配方中成分按以下配比混合，搅拌均匀，60℃下发泡制备获得缓冲材料并进行性能测试。
实施例4：
采用实施例1所得碳纳米管基聚醚多元醇，与其他原料按以下比例混合，搅拌均匀，60℃下发泡制备获得耐撕裂缓冲材料，并对所得缓冲材料进行性能测试，参见表1。
实施例5：
采用实施例2所得碳纳米管基聚醚多元醇，与其他原料按以下比例混合，搅拌均匀，60℃下发泡制备获得耐撕裂缓冲材料，并对所得缓冲材料进行性能测试，参见表1。
实施例6：
采用实施例3所得碳纳米管基聚醚多元醇，与其他原料按以下比例混合，搅拌均匀，60℃下发泡制备获得耐撕裂缓冲材料，并对所得缓冲材料进行性能测试，参见表1。
实施例7
采用实施例1所得碳纳米管基聚醚多元醇，与其他原料按以下比例混合，搅拌均匀，60℃下发泡制备获得耐撕裂缓冲材料，并对所得缓冲材料进行性能测试，参见表1。
表1本发明缓冲材料的性能测试
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种耐撕裂缓冲材料，其特征在于：该缓冲材料由以下按重量份数计的原料制备而成：
2.根据权利要求1所述的一种耐撕裂缓冲材料，其特征在于：所述碳纳米管基聚醚多元醇的合成方法包括如下步骤：
(1)酰氯化反应：称取15g羧基化碳纳米管，加入300mL SOCl2与5mLDMF中，在70℃条件下搅拌反应24h；冷却至室温后，将反应产物在N2保护下用无水THF洗涤过滤，直到溶液澄清；用N2吹干后将产物置于烘箱中，烘干并研磨得到黑色粉末状酰氯化碳纳米管；
(2)碳纳米管基聚醚多元醇的制备：取10g步骤(1)所得酰氯化碳纳米管，加入300mL低聚聚醚多元胺溶液，110℃条件下搅拌反应7h；冷却至室温后，将反应产物用无水THF洗涤后减压蒸馏得到深棕色粘稠状液体，即为碳纳米管基聚醚多元醇。
3.根据权利要求2所述的一种耐撕裂缓冲材料，其特征在于：步骤(2)所述低聚聚醚多元胺的平均分子量为2000-4000，所述低聚聚醚多元胺溶液的浓度为0.2mol/L。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐撕裂缓冲材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将碳纳米管基聚醚多元醇、聚醚Voranol 3010、水、硅油2370、质量份数33％的三乙烯二胺溶液、辛酸亚锡和TDI80/20混合；将所得混合物在60℃下发泡，制得表面疏水的缓冲材料。
5.权利要求1-3任一项所述的耐撕裂缓冲材料在耐撕裂缓冲材料领域中的应用。
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