一种热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜及其制备方法_2

文档序号:9343248阅读:来源:国知局
[0030]参见附图1,它是本实施例制备的硅烷化N —氨基甲酰马来酰亚胺的核磁共振氢谱(1H-NMR)13各峰对应于结构式中的各个H,其中δ=7.2 ppm (j )处的峰是马来酰亚胺上氢的特征峰,证明产物是硅烷化N —氨基甲酰马来酰亚胺。
[0031]参见附图2,它是N—氨基甲酰马来酰亚胺、γ - (2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与本实施例提供的带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷的红外光谱图。N —氨基甲酰马来酰亚胺的谱图中出现了代表马来酰亚胺基团的吸收峰,包括C=O (1708 ^'),0=0(1508 cm1)和C-N (1145 cm1)吸收峰。这些峰也出现在带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷的谱图中,不仅如此,该谱图还出现了代表环氧基(910 cm1)、C-O-C (1191 cm1)和S1-O-C (823 cm1)的吸收峰,但是强度低于γ- (2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷图中的峰强,说明环氧峰基团的消耗。这些峰的变化说明了带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷的成功制备。
[0032]参见附图3,它是N —氨基甲酰马来酰亚胺和本实施例提供的带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷的核磁共振氢谱(1H-NMR)13在N—氨基甲酰马来酰亚胺的谱图中,δ=7.2ppm和δ =3.3 ppm处分别是马来酰亚胺上的氢和氨基上的氢的特征峰。在带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷的谱图中也出现了 δ =7.2ppm的峰,而氨基峰(δ =3.3ppm)没有出现,说明N —氨基甲酰马来酰亚胺全部参与了反应,生成了带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷。在带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷的谱图中,在3=3.6 ppm处是羟基的特征峰,这是由于N—氨基甲酰马来酰亚胺与γ - (2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷反应后,生成的硅烷化N —氨基甲酰马来酰亚胺进行了超支化水解反应所产生的。
[0033]依据附图2和3的结果可以确认带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷的分子结构如图4所示。可见带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷末端有羟基存在,有利于碳纳米管在聚合物中的分散。制得的带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷中马来酰亚胺基团的质量分数为24.17wt%0
[0034]参见附图5,它是本实施例制备的带有呋喃环的线性聚氨酯的磁共振氢谱(1H-NMR)和结构示意图。在δ =7.78 ppm (I)(呋喃环上的I表示-0_CH=CH)、δ =4.47 ppm
(4)(呋喃-CH2,4)、δ=6.59 ppm (2)和 6.45 ppm (3)(呋喃环上的 2,3 表示=CH-CH=)分别显示出呋喃环的特征峰,这些特征峰的存在表明呋喃环的存在;在δ=8.64 ppm (5)和6.68 ppm (6)处的特征峰表示缩二脲的存在,说明扩链成功;在δ =9.72 ppm (9)处的特征峰表示氨基甲酸乙酯氢的位移。上述特征峰的存在表明呋喃环成功的接入线性聚氨酯中,其中呋喃环的质量分数为4.25wt %。
[0035]参见附图8,它是本实施例制备的带有呋喃环的线性聚氨酯和热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜的差示扫描量热图(DSC)(队气氛下,10°C /min升温速度)。带有呋喃环的线性聚氨酯的差示扫描量热图(DSC)曲线在52°C表现出一个尖锐的结晶峰,而热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜的差示扫描量热图(DSC)曲线却没有,这是由于热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜中的交联网络结构阻止了聚己内酯二元醇软段的自由运动。此外,与带有呋喃环的线性聚氨酯的DSC曲线相比,热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜在130°C有一个显著的吸热峰,这源于DA反应的逆反应,也证明了热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜存在DA键。
[0036]参见附图7和图8,它们分别是本实施例提供的溶液C和预成品的核磁共振氢谱(1H-NMR)ο与溶液C的谱图(附图7)相比,预成品的谱图(附图8)不仅出现了代表DA键的新化学位移,分别在 δ =5.44 ppm (1’)、δ=6.84 ppm (2,和 3’)、δ =3.29 和 δ =3.39 ppm(7’和8’)处;而且在δ=7.38 ppm (7和8)处峰的强度明显降低,而这些峰代表马来酰亚胺基团的特征峰(如附图7所示),说明经过DA反应,马来酰亚胺基团消耗。另外,预成品图在δ =8.85 ppm处出现了一个新峰,δ =8.64处峰的强度减小,这是因为DA反应后,缩二脲的氢的化学环境发生了改变。所有上述新峰产生和峰强的变化均表示通过DA反应,热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜成功制备。
[0037]参见附图9,它是本实施例制备的带有呋喃环线的性聚氨酯和热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜的热失重曲线(TGA)(队气氛下,10°C /min升温速度)。二者的起始热分解温度(4.)均超过280°C,显示出优异的热稳定性。此外,热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜在500°C以后的残炭量比带有呋喃环的线性聚氨酯的高,这是源于后者所含有的带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷以及多壁碳纳米管具有突出的热稳定性。
[0038]参见附图10,它是本实施例制备的热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜静电衰减图。从中可以看出,该膜的的半衰期TVjP施加电压分别0.07s和0.9kv,说明当电压施加30s后,膜上所带的电荷在极短的时间内(0.07 s)就消散,显示出优异的静电耗散能力。这无疑能够很好地防止静电积累,抑制静电击穿效应的产生。这说明当聚氨酯膜表面带有电荷时,在很短的时间内就可以把电荷转移,
采用电阻测试仪和四探针测试仪分别测得了实施例1提供的热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜的表面电阻和电导率分别为3.094X 18 Ω和4.116X10 8 S-Cm10根据国家标准GB/T 15463-2008,表面电阻或体积电阻在106-109Ω的材料为静电耗散材料。综合上述测得的表面电阻、静电衰减半衰期TVJP电导率数据,可以得出结论,本发明提供的热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜具有突出的静电耗散能力。
[0039]比较例1,热可逆自修复聚氨酯膜的制备:将6.3556 g实施例1步骤(I)制得的带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷加入到实施例1步骤(2)制得的溶液B中,在50°C搅拌4 h ;而后倒入聚四氟乙烯模具中,在50°C的鼓风干燥箱中烘48h,制得热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜,其自修复过程照片参见附图11。
[0040]本实施例提供的热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜呈黑色,在热台偏光显微镜下不透光,无法拍摄出裂缝。由于碳纳米管不参与DA键的生成与断裂,因此碳纳米管的存在不影响自修复性能,即可以通过表征未加碳纳米管的聚氨酯的自修复性能来说明加入碳纳米管的聚氨酯的自修复性能。
[0041]参见附图11,它是比较例I提供的热可逆自修复聚氨酯膜的自修复过程照片。膜的自修复性能通过热台偏光显微镜进行测试。首先,用手术刀在比较例I提供的热可逆自修复聚氨酯膜表面制造出裂缝,然后将膜放置在热台上;在队氛围下,以10°C /min的加热速率将该热可逆自修复聚氨酯膜升温至130°C并恒温维持直至裂缝消失。在恒温阶段的不同时间下拍摄照片,如附图11所示。可以看出,在120°C以下,裂缝几乎没有什么变化,但是当温度接近130°C时,裂纹开始发生明显变化;当温度在130°C维持5min后,裂纹愈合,并在其表面留下如人体伤口愈合后的疤痕,表明提供的聚氨酯膜具有很好的热可逆自修复性會K。
[0042]实施例2
Cl)带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷的制备
在N2保护和搅拌条件下,在250 mL三口瓶中,2.24 g N—氨基甲酰马来酰亚胺和80mL甲苯充分混合;而后向三口瓶内逐滴滴入4.256g γ _(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。滴加完毕后,将三口瓶升温至55°C并恒温反应7 ho反应结束后,减压蒸馏除去溶剂,室温真空干燥,得到硅烷化N —氨基甲酰马来酰亚胺。
[0043]向硅烷化N—氨基甲酰马来酰亚胺中,加入0.448 g去离子水、90 mL乙醇、甲醇、丙醇、正丁醇混合物和0.009g四甲基氢氧化铵,并在机械搅拌条件下,充分混合。升温至50°C并恒温反应5 h ;反应结束后,减压蒸馏除去溶剂,室温真空干燥,得到黄色液体,即带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷。
[0044](2)带有呋喃环的线性聚氨酯的制备
在队保护和机械搅拌条件下,将4,4-二苯基甲烧二异氰酸酯(4.0g, 16 mmol)、聚己内酯二元醇(8.0g,8 mmol)和1mL N,N- 二甲基甲酰胺充分混合;升温至60°C恒温反应3h ;而后冷却至5 °C以下温度,得到溶液A。
[0045]将2-呋喃甲胺(糠胺)(0.84g,8 mmol)逐滴滴入制得的溶液A中,反应30min后,升温到100°C,反应10 h,得到溶液B。
[0046](3)热可逆自修复聚氨酯膜的制备
将6.944g带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷加入溶液B中,加入0.3949g羧基化多壁碳纳米管和羧基化多壁碳纳米管混合物,在50°C搅拌5 h ;而后倒入聚四氟乙烯模具中,在50°C的鼓风干燥箱中烘48 h,制得热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜。
[0047]实施例3
(O带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷的制备
在队保护和搅拌条件下,在250mL三口瓶中,2.24g N—氨基甲酰马来酰亚胺和90mL甲苯充分混合;而后向三口瓶内逐滴滴入3.607g γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。滴加完毕后,将三口瓶升温至60°C并恒温反应6h。反应结束后,减压蒸馏除去溶剂,45°C下真空干燥,得到硅烷化N —氨基甲酰马来酰亚胺。
[0048]向硅烷化N —氨基甲酰马来酰亚胺中,加入0.2748g去离子水、80mL乙醇和0.0091g四甲基氢氧化铵和四乙基氢氧化铵混合物,并在磁力搅拌条件下,充分混合。升温至55°C并恒温反应4 h ;反应结束后,减压蒸馏除去溶剂,40°C下真空干燥,得到黄色液体,即带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷。
[0049](2)带有呋喃环的线性聚氨酯的制备
在队保护和机械搅拌条件下,将4,4-二苯基甲烧二异氰酸酯(4.0g, 16 mmol)、聚己内酯二元醇(8.0g,8 mmol)和1mL N,N-二甲基甲酰胺充分混合;升温至65°C恒温反应3.5h ;而后冷却至5 °C以下温度,得到溶液A。
[0050]将2-呋喃甲胺(糠胺)(0.81g,8 mmol)逐滴滴入制得的溶液A中,反应30min后,升温到95 °C,反应11 h,得到溶液B。
[0051](3)热可逆自修复聚氨酯膜的制备
将6.1218g带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷加入溶液B中,加入0.3784 g羟基化多壁碳纳米管,在50°C搅拌4 h;而后倒入聚四氟乙烯模具中,在51°C的鼓风干燥箱中烘48 h,制得热可逆自修复静电耗散聚氨酯膜。
[0052]实施例4
Cl)带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷的制备
在队保护和搅拌条件下,在250mL三口瓶中,2.24g N 一氨基甲酰马来酰亚胺和9ImL甲苯充分混合;而后向三口瓶内逐滴滴入3.63g γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。滴加完毕后,将三口瓶升温至50°C并恒温反应8 ho反应结束后,减压蒸馏除去溶剂,50°C下真空干燥,得到硅烷化N —氨基甲酰马来酰亚胺。
[0053]向硅烷化N —氨基甲酰马来酰亚胺中,加入0.2808g去离子水、8 ImL乙醇和0.0092g四甲基氢氧化铵,并在磁力搅拌条件下,充分混合。升温至60°C并恒温反应3 h;反应结束后减压蒸馏除去溶剂,35°C下真空干燥得到黄色液体,即带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷。
[0054](2)带有呋喃环的线性聚氨酯的制备
在队保护和机械搅拌条件下,将4,4-二苯基甲烧二异氰酸酯(4.0g, 16 mmol)、聚己内酯二元醇(8.0g,8 mmol)和1mL N,N- 二甲基甲酰胺充分混合;升温至60°C恒温反应3h ;而后冷却至5 °C以下温度,得到溶液A。
[0055]将2-呋喃甲胺(糠胺)(0.82g,8 mmol)逐滴滴入制得的溶液A中,反应25min后,升温到lore,反应10 h,得到溶液B。
[0056](3)热可逆自修复聚氨酯膜的制备
将6.1508g带马来酰亚胺基超支化聚硅氧烷加入溶液B中,加入0.37
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