专利名称：聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法的制作方法
技术领域：
本发明是与复合材料制法有关，特别是指一种聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法。
背景技术：
按聚胺基甲酸酯(polyurethane)即所谓的PU，为一高机械性质、高耐磨性和生物兼容佳的高分子，应用相当广泛，例如可制成鞋底泡棉及合成皮。奈米技术为21世纪新兴科技，在无机与有机复合材料部分，其是强调整体复合材料在分子尺度下的均匀性，以有效加成无机与有机的优点提升该复合材料各项表现；而由于聚胺基甲酸酯发泡体的制成是一项极为快速的反应，因此，要将有机硅酸盐层在发泡过程中达到奈米级分散困难度极高，藉此，本发明特别针对合成聚胺基甲酸酯软链段的聚酯多元醇(polyol)材料进行研发，其将有机硅酸盐层先在聚酯多元醇中先达到奈米级分散形成聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料，以利硅酸盐层与聚胺基甲酸酯发泡体奈米复合材料的形成。
发明内容
本发明的主要目的，是在提供供一种聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其主要使由聚酯多元醇(polyol)合成的聚胺基甲酸酯(polyurethane，PU)具有极优良的机械性质、低热膨胀系数、高耐热性、低吸水率、低透气率及不影响高分子基材的透光性等优点。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下本发明所提供一种聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其主要是于聚酯多元醇中加入具有反应性的有机硅酸盐层，且经过升温聚合反应，形成聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料。
使用本发明的有益效果在于本发明主要将具反应性的有机硅酸盐层先在聚酯多元醇中先达到奈米级分散形成聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料，以利硅酸盐层与聚胺基甲酸酯发泡体奈米复合材料的形成，而具有极优良的机械性质、低热膨胀系数、高耐热性、低吸水率、低透气率及不影响高分子基材的透光性等优点
图1为本发明第一实施例的流程图。
图2为本发明第一实施例的第一取材步骤及第二取材步骤示意图。
图3为本发明第一实施例的第一聚合步骤示意图。
图4为本发明第一实施例的第二聚合步骤示意图。
图5为本发明第一实施例的聚酯多元醇聚合物上分布有硅酸盐层的示意图。
图6为本发明第二实施例的流程图。
图7为本发明第二实施例的第三取材步骤示意图。
图8为本发明第三实施例的流程图。
图9为本发明第二实施例的第四取材步骤示意图。
图号部分10第一取材步骤11二元酸12二元醇 13第一素材20第一聚合反应步骤30第二取材步骤31第二素材40第二聚合反应步骤50第三取材步骤51聚酯多元醇60第三聚合反应步骤70第四取材步骤80第四聚合反应步骤具体实施方式
有关本发明为达成上述目的，所采用的技术、手段及其它的功效，举三较佳可行实施例并配合图式详细说明如后。首先请配合参阅图1所示，本发明第一实施例所提供的一种聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，主要是由A.第一取材步骤10、B.第一聚合反应步骤20、C.第二取材步骤30及D.第二聚合反应步骤40所构成，其中A.第一取材步骤10，其为取由二元酸11及二元醇12以莫耳数比1∶1至1∶1.5混合而成的聚酯多元醇作为第一素材13。其中二元酸为种类如二甲酸、二乙酸～二辛酸，而二元醇可为二乙醇～二辛醇。
B.第一聚合反应步骤20，是将第一素材13，先升温100-120℃停留10-30分钟，再加热至聚合反应开始温度140-150℃并持温30-60分钟，然后控制蒸气口温度为103℃以下，若低于100℃则逐步以每次5-20℃升温至220℃，并于220℃持温5-20分钟后降温至60℃。
C.第二取材步骤30，其是取0.5-10wt％反应型有机硅酸盐层作为第二素材31，反应型有机硅酸盐层是指硅酸盐层改质剂的末端基含有额外的NH2、COOH或OH基。将第一、二素材13、31同时混合搅拌于反应槽中，持温60℃并均匀搅拌一天，该反应槽系为一升四颈圆底瓶。
D.第二聚合反应步骤40，是将反应槽内的反应物依B.第一聚合反应步骤20所述的升温方式，先升温至100-120℃停留10-30分钟，再加热至聚合反应开始温度140-150℃并持温30-60分钟，然后控制蒸气口温度为103℃以下，若低于100℃则逐步以每次5-20℃升温至220℃，至220℃后即添加催化剂四丁基钛盐(TBT)或四丙基钛盐(TPT)反应1-2小时，接着进行两阶段降压除去多余副产物。两阶段降压是指首先将系统抽真空至-300至-600mmHg反应1-3小时，再将系统抽真空至-760mmHg反应1-3小时。最后降温取料即为聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料。
本实施例，是取己二酸(AA)与乙二醇(EG)及1，4-丁二醇(BG)莫耳数比为1∶0.63∶0.63(酸醇比1∶1.26)，先升温至100℃停留15分钟，再加热至聚合反应开始温度145℃并持温45分钟，然后控制蒸气口温度为103℃以下，若低于100℃则持续升温至155℃、165℃、175℃、185℃、195℃、205℃直至220℃，完成后则降温至60℃。取3wt％反应型有机硅酸盐层，作为第二素材31，并将第一、二素材13、31同时混合搅拌于反应槽中，持温60℃并均匀搅拌一天，该反应槽是为一升四颈圆底瓶。之后再次升温至100℃停留15分钟，再加热至聚合反应开始温度145℃并持温45分钟，然后控制蒸气口温度为103℃以下，若低于100℃则持续升温至155℃、165℃、175℃、185℃、195℃、205℃直至220℃时加入催化剂，0.3g四丁基钛盐(TBT)20wt％ in 1，4-丁二醇，并于持温反应1小时后，将系统抽真空至-500mmHg反应1小时，再将系统抽真空至-760mmHg反应2小时，降温取料得链接枝型(Grafting on)聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料(即第一素材13与第二素材31)。
藉此，将有机硅酸盐层(即第二素材31)先在聚酯多元醇(即第一素材13)中先达到奈米级分散形成聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料，如图5所示，而于聚酯多元醇上均匀分布有奈米层级的硅酸盐层，该硅酸盐层厚度为0.7～1.2nm，直径为20～1000nm，且分散的层与层间的距离大于3nm以上，使由聚酯多元醇(polyol)合成的聚胺基甲酸酯(polyurethane，PU)进行发泡成型的产品，其具有极优良的机械性质、低热膨胀系数、高耐热性、低吸水率、低透气率及不影响高分子基材的透光性等优点，以增加产品竞争力。
请参阅图6所示，本发明第二实施例所提供的一种聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，主要是由A.第三取材步骤50、B.第三聚合反应步骤60，其中A.第三取材步骤50，其是取聚酯多元醇高分子，分子量范围可为500-100,000克/莫耳为第三素材51，并添加0.5-10wt％反应型有机硅酸盐层31。
B.第三聚合反应步骤60，是与本发明第一实施例的第二聚合反应步骤20相同，故在此不再赘述。
本实施例中，是取分子量2000克/莫耳的聚酯多元醇高分子添加3wt％反应型有机硅酸盐层混合均匀搅拌一天后，升温至100℃停留15分钟，再加热至聚合反应开始温度145℃并持温45分钟，然后控制蒸气口温度为103℃以下，若低于100℃则持续升温至165℃、185℃、205℃直至220℃时加入催化剂，0.3g四丁基钛盐(TBT)20wt％ in 1，4-丁二醇，并于持温反应1小时后，将系统抽真空至-500mmHg反应1小时，再将系统抽真空至-760mmHg反应1小时，降温取料得链接枝型(Grafting on)聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料。
据此，其将有机硅酸盐层先在聚酯多元醇中先达到奈米级分散形成聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料，以利硅酸盐层与聚胺基甲酸酯发泡体奈米复合材料的形成，而同样具有第一实施例的优点。
请参阅图8所示，本发明第三实施例所提供的一种聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，主要是由A.第四取材步骤70、B.第四聚合反应步骤80，其中
A.第四取材步骤70，其是取第一实例中第一取材步骤10与第二取材步骤30中的各项素材为原料(系取由二元酸及二元醇以莫耳数比1∶1至1∶1.5混合而成的聚酯多元醇，及0.5-10wt％反应型有机硅酸盐层为原料)，混合搅拌均匀一天之后即可进行聚合反应。
B.第四聚合反应步骤80，是与本发明第一实施例的第二聚合反应步骤40相同，故在此不再赘述。
本实施例中，是取己二酸(AA)与乙二醇(EG)及1，4-丁二醇(BG)莫耳数比为1∶0.63∶0.63(酸醇比1∶1.26)，添加3wt％反应型有机硅酸盐层混合搅拌均匀一天后，升温至100℃停留15分钟，再加热至聚合反应开始温度145℃并持温45分钟，然后控制蒸气口温度为103℃以下，若低于100℃则持续升温至155℃、165℃、175℃、185℃、195℃、205℃直至220℃时加入催化剂，0.3g四丁基钛盐(TBT)20wt％ in 1，4-丁二醇，并于持温反应1小时后，将系统抽真空至-500mmHg反应1小时，再将系统抽真空至-760mmHg反应2小时，降温取料得单体接枝型(Grafting from)聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料。
据此，另用单体在聚合反应初期已在有机硅酸盐层层间，有利于反应型有机硅酸盐层与单体进行缩合聚合，而获得更有效的分散效果，获得效能更加的聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料。并在尔后增加聚胺基甲酸酯发泡体奈米复合材料的形成。
综上所述，本发明主要将具反应性的有机硅酸盐层先在聚酯多元醇中先达到奈米级分散形成聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料，以利硅酸盐层与聚胺基甲酸酯发泡体奈米复合材料的形成，而具有极优良的机械性质、低热膨胀系数、高耐热性、低吸水率、低透气率及不影响高分子基材的透光性等优点，以增加产品竞争力，所以本发明的实用性已毋庸置疑，此外本发明实施例所揭露的步骤，申请前并未见诸刊物，亦未曾公开使用，本发明的『新颖性』及『进步性』又均已符合，依法提出发明专利的申请，祈请惠予审查并早日赐准专利，实感德便。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以之限定本创作实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其主要是于聚酯多元醇中加入具有反应性的有机硅酸盐层，且经过升温聚合反应，形成聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料。
2.根据权利要求1所述的聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其特征在于A.第一取材步骤，其是取由二元酸及二元醇以莫耳数比1∶1至1∶1.5混合而成的聚酯多元醇作为第一素材；B.第一聚合反应步骤，是将第一素材，先升温100-120℃停留10-30分钟，再加热至聚合反应开始温度140-150℃并持温30-60分钟，然后控制蒸气口温度为103℃以下，若低于100℃则逐步以每次5-20℃升温至220℃，并于220℃持温5-20分钟后降温至60℃；C.第二取材步骤，其为取0.5-10wt％反应型有机硅酸盐层作为第二素材，将第一、二素材同时混合搅拌于反应槽中，持温60℃并均匀搅拌一天；D.第二聚合反应步骤，系将反应槽内的反应物依B.第一聚合反应步骤所述的升温方式，先升温至100-120℃停留10-30分钟，再加热至聚合反应开始温度140-150℃并持温30-60分钟，然后控制蒸气口温度为103℃以下，若低于100℃则逐步以每次5-20℃升温至220℃，至220℃后即添加催化剂反应1-2小时，接着进行两阶段降压除去多余副产物。
3.根据权利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其特征在于该第一取材步骤的二元酸为二甲酸、二乙酸～二辛酸，而二元醇可为二乙醇～二辛醇。
4.根据权利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其特征在于该第二取材步骤的反应型有机硅酸盐层是指硅酸盐层改质剂的末端基含有额外的NH2、COOH或OH基。
5.根据权利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其特征在于该第二取材步骤的反应槽为一升四颈圆底瓶。
6.根据权利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其特征在于该第二聚合反应的催化剂为四丁基钛盐。
7.根据权利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其特征在于该第二聚合反应的催化剂为四丙基钛盐。
8.根据权利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其特征在于该第二聚合反应步骤的两阶段降压是指首先将系统抽真空至-300至-600mmHg反应1-3小时，再将系统抽真空至-760mmHg反应1-3小时。最后降温取料即为聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料。
9.根据权利要求1所述的聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其特征在于A.第三取材步骤，其为取聚酯多元醇高分子，分子量范围可为500-100,000克/莫耳为第三素材，并添加0.5-10wt％反应型有机硅酸盐层；B.第三聚合反应步骤，是将第三素材至于反应槽内，而将第三素材先升温至100-120℃停留10-30分钟，再加热至聚合反应开始温度140-150℃并持温30-60分钟，然后控制蒸气口温度为103℃以下，若低于100℃则逐步以每次5-20℃升温至220℃，至220℃后即添加催化剂反应1-2小时，接着进行两阶段降压除去多余副产物。
10.根据权利要求1所述的聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其特征在于A.第四取材步骤，其为取由二元酸及二元醇以莫耳数比1∶1至1∶1.5混合而成的聚酯多元醇，及0.5-10wt％反应型有机硅酸盐层为原料，混合搅拌均匀一天之后即可进行聚合反应；B.第四聚合反应步骤，是将第三素材至于反应槽内，而将第三素材先升温至100-120℃停留10-30分钟，再加热至聚合反应开始温度140-150℃并持温30-60分钟，然后控制蒸气口温度为103℃以下，若低于100℃则逐步以每次5-20℃升温至220℃，至220℃后即添加催化剂反应1-2小时，接着进行两阶段降压除去多余副产物。
全文摘要
本发明是提供一种聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料制法，其将具反应性的有机硅酸盐层先在聚酯多元醇(polyol)中先达到奈米级分散形成聚酯多元醇/硅酸盐层奈米复合材料，而于聚酯多元醇上均匀分布有奈米层级的硅酸盐层，使由聚酯多元醇合成的聚胺基甲酸酯(polyurethane，PU)进行发泡成型的产品，其具有极优良的机械性质、低热膨胀系数、高耐热性、低吸水率、低透气率及不影响高分子基材的透光性等优点，以增加产品竞争力。
文档编号C08K3/34GK1715330SQ20041006259
公开日2006年1月4日 申请日期2004年7月2日 优先权日2004年7月2日
发明者韦光华, 黄清茂, 石昆昑 申请人:宝建化工股份有限公司