一种高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料制备领域，尤其涉及一种高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、无溶剂聚氨酯复合材料为不含任何溶剂的聚氨酯材料，具有安全、环保、成本低且生产稳定等特点。随着近些年无溶剂聚氨酯材料的广泛应用以及无溶剂复合工艺的快速发展，使其在日化、食品、香烟、医药等包装复合领域得到了快速的推广，不仅仅应用于普通产品的复合，也逐渐应用在耐水煮、耐高温蒸煮、耐介质以及高阻隔包装等功能型包装材料的复合上。

2、此外，随着包装内容物的复杂化，对软包装阻隔性的要求也越来越严格，包装用高阻隔无溶剂聚氨酯复合材料，是一种用于软包装领域中薄膜层合作用的聚氨酯材料，其能够起到良好的阻水、阻氧以及抑制小分子迁移能力。

3、目前，包装领域主要通过薄膜材料改性、薄膜镀层、薄膜涂层以及增加包装袋的复合层数等方法实现阻隔性能，这些方法虽然可提高包装袋阻隔性，但也会增加包装袋的复合层数、增加复合成本、不利于包装袋的回收利用；另外，市场上出现的一些阻隔性胶粘剂，往往是通过增加胶粘剂本身的分子量，从而使胶粘剂的粘度变大，不易操作，需要添加溶剂进行操作，从而带来环保、安全等问题。而石墨烯是一种以sp2杂化碳原子相链接，类似蜂窝状的二维结构，具有非常可观的理论比表面积及较大的长径比，是一种理想的阻隔材料，将其引入到聚氨酯胶粘剂中，能够减少或延长小分子的运输途径，降低材料的分子渗透率，从而显著提高复合材料阻隔性能，延长食品保质期、提高食品安全性、增强复合膜的耐介质能力和复合强度。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料及其制备方法，其不含溶剂、安全环保阻隔性能优异，能增强复合膜的耐介质能力和复合强度，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料，包括：

4、a组分和b组分，所述a组分与b组分的官能团摩尔比为：-nco:-oh＝1.1:1～2.0:1；

5、所述a组分是由以下组分制备而成的聚氨酯预聚体：

6、石墨烯改性的聚酯多元醇，用量按质量百分比为20％～50％；

7、异氰酸酯，用量按质量百分比为25％～60％；

8、所述b组分由以下组分制备而成：

9、石墨烯改性的聚酯多元醇，用量按质量百分比为30％～60％；

10、聚酯多元醇，用量按质量百分比为20％～50％；

11、纳米二氧化硅改性的聚醚多元醇，用量按质量百分比为5％～20％；

12、异氰酸酯，用量按质量百分比为5％～20％；

13、小分子多元醇，用量按质量百分比为2％～10％；

14、偶联剂，用量按质量百分比为0.3％～5％；

15、催化剂a，用量按质量百分比为0.05％～1％。

16、一种制备上述的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料的制备方法，包括：

17、制备石墨烯改性的聚酯多元醇：通过hummers法由石墨粉氧化得到氧化石墨烯，将得到的氧化石墨烯超声分散到小分子多元醇中，超声分散5～10分钟，使氧化石墨烯分散均匀，得到氧化石墨烯醇分散液，然后将氧化石墨烯醇分散液与小分子二元酸进行酯化和缩聚反应得到石墨烯改性的聚酯多元醇；

18、制备纳米二氧化硅改性的聚醚多元醇：将纳米二氧化硅与聚醚多元醇放入高速分散机中进行分散，在1000转/分钟和2000转/分钟的转速下分别分散5～10分钟，直至分散均匀，停止后得到纳米二氧化硅改性的聚醚多元醇。

19、制备a组分：按质量百分比计，将20％～50％的上述制得的石墨烯改性的聚酯多元醇，在110～120℃温度下真空脱水1～2小时，与25％～60％的异氰酸酯在50～60℃反应1小时，随后升温到80～90℃反应3小时，得到的产物即为a组分；

20、制备b组分：按质量百分比计，将30％～60％上述制得的石墨烯改性的聚酯多元醇、20％～50％的聚酯多元醇、5％～20％的纳米二氧化硅改性的聚醚多元醇，在110～120℃温度下真空脱水1～2小时，与5％～20％的异氰酸酯在50～60℃反应1小时，随后升温到80～90℃反应3小时，加入2％～10％的小分子多元醇、0.3％～5％的偶联剂和0。05％～1％的催化剂后，得到的产物即为b组分；

21、将上述制得的a组分与b组分按官能团摩尔比为：-nco:-oh＝1.1:1～2.0:1组合使用，即得到高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料。

22、与现有技术相比，本发明所提供的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料及其制备方法，其有益效果包括：

23、通过在a、b组分中均采用石墨烯改性的聚酯多元醇，将石墨烯引入复合材料中，由于石墨烯是一种二维材料，六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，利用石墨烯气体分子的不渗透性，使其具有优异的阻隔性能，能够减少或延长小分子的运输途径，降低材料的分子渗透率，因此赋予聚氨酯胶粘剂突出的阻隔性能性能，并具有优异的耐热和耐水解性能。该无溶剂聚氨酯复合材料能显著提高复合膜的阻水、阻氧以及抑制小分子迁移能力，延长食品保质期、提高食品安全性、增强复合膜的耐介质能力和复合强度。

技术特征：

1.一种高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料，其特征在于，所述石墨烯改性的聚酯多元醇采用氧化石墨烯改性的聚酯多元醇，该氧化石墨烯改性的聚酯多元醇中的氧化石墨烯的重量占比为0.1％～1％。

3.根据权利要求2所述的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯改性的聚酯多元醇按以下方式制得，包括：

4.根据权利要求3所述的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料，其特征在于，

6.根据权利要求1-5任一项所述的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料，其特征在于，所述a组分与b组分中的异氰酸酯相同，均采用：二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯(4,4’-mdi)、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯和二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯的混合物、聚醚改性mdi、hmdi、炭化二亚胺改性mdi、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种；其中，所述二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯和二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯的混合物中2,4’异构体重量比例在35％以上。

7.根据权利要求1-5任一项所述的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅改性的聚醚多元醇中的纳米二氧化硅的重量占比为0.5～3％。

8.根据权利要求7所述的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅采用气相二氧化硅；

9.根据权利要求1-4任一项所述的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料，其特征在于，所述小分子多元醇采用丙三醇、三羟甲基丙烷中的至少一种；

10.一种制备权利要求1-9任一项所述的高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种高阻隔耐热无溶剂聚氨酯复合材料及其制备方法，复合材料的A组分为聚氨酯预聚体，由按质量百分比的以下组分制备：石墨烯改性的聚酯多元醇占比20％～50％，异氰酸酯占比25％～60％；B组分由按质量百分比的以下组分制备：石墨烯改性的聚酯多元醇占比30％～60％，聚酯多元醇占比20％～50％，纳米二氧化硅改性聚醚多元醇占比5％‑20％，异氰酸酯占比5％～20％，小分子多元醇占比2％～10％，偶联剂占比0.3％～5％，催化剂占比0％～1％。本发明的复合材料，具有突出的阻隔性、耐水煮和耐蒸煮性能，并具有较高的粘接强度，能作为包装领域中的薄膜层合作用的聚氨酯材料。

技术研发人员：温玉鑫,田立云,赫长生
受保护的技术使用者：南通高盟新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13