專利名稱：聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法的制作方法
技術領域：
本發明是與復合材料制法有關，特別是指一種聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法。
背景技術：
按聚胺基甲酸酯(polyurethane)即所謂的PU，為一高機械性質、高耐磨性和生物兼容佳的高分子，應用相當廣泛，例如可制成鞋底泡棉及合成皮。奈米技術為21世紀新興科技，在無機與有機復合材料部分，其是強調整體復合材料在分子尺度下的均勻性，以有效加成無機與有機的優點提升該復合材料各項表現；而由于聚胺基甲酸酯發泡體的制成是一項極為快速的反應，因此，要將有機硅酸鹽層在發泡過程中達到奈米級分散困難度極高，藉此，本發明特別針對合成聚胺基甲酸酯軟鏈段的聚酯多元醇(polyol)材料進行研發，其將有機硅酸鹽層先在聚酯多元醇中先達到奈米級分散形成聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料，以利硅酸鹽層與聚胺基甲酸酯發泡體奈米復合材料的形成。
發明內容
本發明的主要目的，是在提供供一種聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其主要使由聚酯多元醇(polyol)合成的聚胺基甲酸酯(polyurethane，PU)具有極優良的機械性質、低熱膨脹系數、高耐熱性、低吸水率、低透氣率及不影響高分子基材的透光性等優點。
為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下本發明所提供一種聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其主要是于聚酯多元醇中加入具有反應性的有機硅酸鹽層，且經過升溫聚合反應，形成聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料。
使用本發明的有益效果在于本發明主要將具反應性的有機硅酸鹽層先在聚酯多元醇中先達到奈米級分散形成聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料，以利硅酸鹽層與聚胺基甲酸酯發泡體奈米復合材料的形成，而具有極優良的機械性質、低熱膨脹系數、高耐熱性、低吸水率、低透氣率及不影響高分子基材的透光性等優點
圖1為本發明第一實施例的流程圖。
圖2為本發明第一實施例的第一取材步驟及第二取材步驟示意圖。
圖3為本發明第一實施例的第一聚合步驟示意圖。
圖4為本發明第一實施例的第二聚合步驟示意圖。
圖5為本發明第一實施例的聚酯多元醇聚合物上分布有硅酸鹽層的示意圖。
圖6為本發明第二實施例的流程圖。
圖7為本發明第二實施例的第三取材步驟示意圖。
圖8為本發明第三實施例的流程圖。
圖9為本發明第二實施例的第四取材步驟示意圖。
圖號部分10第一取材步驟11二元酸12二元醇 13第一素材20第一聚合反應步驟30第二取材步驟31第二素材40第二聚合反應步驟50第三取材步驟51聚酯多元醇60第三聚合反應步驟70第四取材步驟80第四聚合反應步驟具體實施方式
有關本發明為達成上述目的，所采用的技術、手段及其它的功效，舉三較佳可行實施例并配合圖式詳細說明如后。首先請配合參閱圖1所示，本發明第一實施例所提供的一種聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，主要是由A.第一取材步驟10、B.第一聚合反應步驟20、C.第二取材步驟30及D.第二聚合反應步驟40所構成，其中A.第一取材步驟10，其為取由二元酸11及二元醇12以莫耳數比1∶1至1∶1.5混合而成的聚酯多元醇作為第一素材13。其中二元酸為種類如二甲酸、二乙酸～二辛酸，而二元醇可為二乙醇～二辛醇。
B.第一聚合反應步驟20，是將第一素材13，先升溫100-120℃停留10-30分鐘，再加熱至聚合反應開始溫度140-150℃并持溫30-60分鐘，然后控制蒸氣口溫度為103℃以下，若低于100℃則逐步以每次5-20℃升溫至220℃，并于220℃持溫5-20分鐘后降溫至60℃。
C.第二取材步驟30，其是取0.5-10wt％反應型有機硅酸鹽層作為第二素材31，反應型有機硅酸鹽層是指硅酸鹽層改質劑的末端基含有額外的NH2、COOH或OH基。將第一、二素材13、31同時混合攪拌于反應槽中，持溫60℃并均勻攪拌一天，該反應槽系為一升四頸圓底瓶。
D.第二聚合反應步驟40，是將反應槽內的反應物依B.第一聚合反應步驟20所述的升溫方式，先升溫至100-120℃停留10-30分鐘，再加熱至聚合反應開始溫度140-150℃并持溫30-60分鐘，然后控制蒸氣口溫度為103℃以下，若低于100℃則逐步以每次5-20℃升溫至220℃，至220℃后即添加催化劑四丁基鈦鹽(TBT)或四丙基鈦鹽(TPT)反應1-2小時，接著進行兩階段降壓除去多余副產物。兩階段降壓是指首先將系統抽真空至-300至-600mmHg反應1-3小時，再將系統抽真空至-760mmHg反應1-3小時。最后降溫取料即為聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料。
本實施例，是取己二酸(AA)與乙二醇(EG)及1，4-丁二醇(BG)莫耳數比為1∶0.63∶0.63(酸醇比1∶1.26)，先升溫至100℃停留15分鐘，再加熱至聚合反應開始溫度145℃并持溫45分鐘，然后控制蒸氣口溫度為103℃以下，若低于100℃則持續升溫至155℃、165℃、175℃、185℃、195℃、205℃直至220℃，完成后則降溫至60℃。取3wt％反應型有機硅酸鹽層，作為第二素材31，并將第一、二素材13、31同時混合攪拌于反應槽中，持溫60℃并均勻攪拌一天，該反應槽是為一升四頸圓底瓶。之后再次升溫至100℃停留15分鐘，再加熱至聚合反應開始溫度145℃并持溫45分鐘，然后控制蒸氣口溫度為103℃以下，若低于100℃則持續升溫至155℃、165℃、175℃、185℃、195℃、205℃直至220℃時加入催化劑，0.3g四丁基鈦鹽(TBT)20wt％ in 1，4-丁二醇，并于持溫反應1小時后，將系統抽真空至-500mmHg反應1小時，再將系統抽真空至-760mmHg反應2小時，降溫取料得鏈接枝型(Grafting on)聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料(即第一素材13與第二素材31)。
藉此，將有機硅酸鹽層(即第二素材31)先在聚酯多元醇(即第一素材13)中先達到奈米級分散形成聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料，如圖5所示，而于聚酯多元醇上均勻分布有奈米層級的硅酸鹽層，該硅酸鹽層厚度為0.7～1.2nm，直徑為20～1000nm，且分散的層與層間的距離大于3nm以上，使由聚酯多元醇(polyol)合成的聚胺基甲酸酯(polyurethane，PU)進行發泡成型的產品，其具有極優良的機械性質、低熱膨脹系數、高耐熱性、低吸水率、低透氣率及不影響高分子基材的透光性等優點，以增加產品競爭力。
請參閱圖6所示，本發明第二實施例所提供的一種聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，主要是由A.第三取材步驟50、B.第三聚合反應步驟60，其中A.第三取材步驟50，其是取聚酯多元醇高分子，分子量范圍可為500-100,000克/莫耳為第三素材51，并添加0.5-10wt％反應型有機硅酸鹽層31。
B.第三聚合反應步驟60，是與本發明第一實施例的第二聚合反應步驟20相同，故在此不再贅述。
本實施例中，是取分子量2000克/莫耳的聚酯多元醇高分子添加3wt％反應型有機硅酸鹽層混合均勻攪拌一天后，升溫至100℃停留15分鐘，再加熱至聚合反應開始溫度145℃并持溫45分鐘，然后控制蒸氣口溫度為103℃以下，若低于100℃則持續升溫至165℃、185℃、205℃直至220℃時加入催化劑，0.3g四丁基鈦鹽(TBT)20wt％ in 1，4-丁二醇，并于持溫反應1小時后，將系統抽真空至-500mmHg反應1小時，再將系統抽真空至-760mmHg反應1小時，降溫取料得鏈接枝型(Grafting on)聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料。
據此，其將有機硅酸鹽層先在聚酯多元醇中先達到奈米級分散形成聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料，以利硅酸鹽層與聚胺基甲酸酯發泡體奈米復合材料的形成，而同樣具有第一實施例的優點。
請參閱圖8所示，本發明第三實施例所提供的一種聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，主要是由A.第四取材步驟70、B.第四聚合反應步驟80，其中
A.第四取材步驟70，其是取第一實例中第一取材步驟10與第二取材步驟30中的各項素材為原料(系取由二元酸及二元醇以莫耳數比1∶1至1∶1.5混合而成的聚酯多元醇，及0.5-10wt％反應型有機硅酸鹽層為原料)，混合攪拌均勻一天之后即可進行聚合反應。
B.第四聚合反應步驟80，是與本發明第一實施例的第二聚合反應步驟40相同，故在此不再贅述。
本實施例中，是取己二酸(AA)與乙二醇(EG)及1，4-丁二醇(BG)莫耳數比為1∶0.63∶0.63(酸醇比1∶1.26)，添加3wt％反應型有機硅酸鹽層混合攪拌均勻一天后，升溫至100℃停留15分鐘，再加熱至聚合反應開始溫度145℃并持溫45分鐘，然后控制蒸氣口溫度為103℃以下，若低于100℃則持續升溫至155℃、165℃、175℃、185℃、195℃、205℃直至220℃時加入催化劑，0.3g四丁基鈦鹽(TBT)20wt％ in 1，4-丁二醇，并于持溫反應1小時后，將系統抽真空至-500mmHg反應1小時，再將系統抽真空至-760mmHg反應2小時，降溫取料得單體接枝型(Grafting from)聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料。
據此，另用單體在聚合反應初期已在有機硅酸鹽層層間，有利于反應型有機硅酸鹽層與單體進行縮合聚合，而獲得更有效的分散效果，獲得效能更加的聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料。并在爾后增加聚胺基甲酸酯發泡體奈米復合材料的形成。
綜上所述，本發明主要將具反應性的有機硅酸鹽層先在聚酯多元醇中先達到奈米級分散形成聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料，以利硅酸鹽層與聚胺基甲酸酯發泡體奈米復合材料的形成，而具有極優良的機械性質、低熱膨脹系數、高耐熱性、低吸水率、低透氣率及不影響高分子基材的透光性等優點，以增加產品競爭力，所以本發明的實用性已毋庸置疑，此外本發明實施例所揭露的步驟，申請前并未見諸刊物，亦未曾公開使用，本發明的『新穎性』及『進步性』又均已符合，依法提出發明專利的申請，祈請惠予審查并早日賜準專利，實感德便。
惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以之限定本創作實施的范圍，即大凡依本發明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋的范圍內。
權利要求
1.一種聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其主要是于聚酯多元醇中加入具有反應性的有機硅酸鹽層，且經過升溫聚合反應，形成聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料。
2.根據權利要求1所述的聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其特征在于A.第一取材步驟，其是取由二元酸及二元醇以莫耳數比1∶1至1∶1.5混合而成的聚酯多元醇作為第一素材；B.第一聚合反應步驟，是將第一素材，先升溫100-120℃停留10-30分鐘，再加熱至聚合反應開始溫度140-150℃并持溫30-60分鐘，然后控制蒸氣口溫度為103℃以下，若低于100℃則逐步以每次5-20℃升溫至220℃，并于220℃持溫5-20分鐘后降溫至60℃；C.第二取材步驟，其為取0.5-10wt％反應型有機硅酸鹽層作為第二素材，將第一、二素材同時混合攪拌于反應槽中，持溫60℃并均勻攪拌一天；D.第二聚合反應步驟，系將反應槽內的反應物依B.第一聚合反應步驟所述的升溫方式，先升溫至100-120℃停留10-30分鐘，再加熱至聚合反應開始溫度140-150℃并持溫30-60分鐘，然后控制蒸氣口溫度為103℃以下，若低于100℃則逐步以每次5-20℃升溫至220℃，至220℃后即添加催化劑反應1-2小時，接著進行兩階段降壓除去多余副產物。
3.根據權利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其特征在于該第一取材步驟的二元酸為二甲酸、二乙酸～二辛酸，而二元醇可為二乙醇～二辛醇。
4.根據權利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其特征在于該第二取材步驟的反應型有機硅酸鹽層是指硅酸鹽層改質劑的末端基含有額外的NH2、COOH或OH基。
5.根據權利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其特征在于該第二取材步驟的反應槽為一升四頸圓底瓶。
6.根據權利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其特征在于該第二聚合反應的催化劑為四丁基鈦鹽。
7.根據權利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其特征在于該第二聚合反應的催化劑為四丙基鈦鹽。
8.根據權利要求2所述的聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其特征在于該第二聚合反應步驟的兩階段降壓是指首先將系統抽真空至-300至-600mmHg反應1-3小時，再將系統抽真空至-760mmHg反應1-3小時。最后降溫取料即為聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料。
9.根據權利要求1所述的聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其特征在于A.第三取材步驟，其為取聚酯多元醇高分子，分子量范圍可為500-100,000克/莫耳為第三素材，并添加0.5-10wt％反應型有機硅酸鹽層；B.第三聚合反應步驟，是將第三素材至于反應槽內，而將第三素材先升溫至100-120℃停留10-30分鐘，再加熱至聚合反應開始溫度140-150℃并持溫30-60分鐘，然后控制蒸氣口溫度為103℃以下，若低于100℃則逐步以每次5-20℃升溫至220℃，至220℃后即添加催化劑反應1-2小時，接著進行兩階段降壓除去多余副產物。
10.根據權利要求1所述的聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其特征在于A.第四取材步驟，其為取由二元酸及二元醇以莫耳數比1∶1至1∶1.5混合而成的聚酯多元醇，及0.5-10wt％反應型有機硅酸鹽層為原料，混合攪拌均勻一天之后即可進行聚合反應；B.第四聚合反應步驟，是將第三素材至于反應槽內，而將第三素材先升溫至100-120℃停留10-30分鐘，再加熱至聚合反應開始溫度140-150℃并持溫30-60分鐘，然后控制蒸氣口溫度為103℃以下，若低于100℃則逐步以每次5-20℃升溫至220℃，至220℃后即添加催化劑反應1-2小時，接著進行兩階段降壓除去多余副產物。
全文摘要
本發明是提供一種聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料制法，其將具反應性的有機硅酸鹽層先在聚酯多元醇(polyol)中先達到奈米級分散形成聚酯多元醇/硅酸鹽層奈米復合材料，而于聚酯多元醇上均勻分布有奈米層級的硅酸鹽層，使由聚酯多元醇合成的聚胺基甲酸酯(polyurethane，PU)進行發泡成型的產品，其具有極優良的機械性質、低熱膨脹系數、高耐熱性、低吸水率、低透氣率及不影響高分子基材的透光性等優點，以增加產品競爭力。
文檔編號C08K3/34GK1715330SQ20041006259
公開日2006年1月4日 申請日期2004年7月2日 優先權日2004年7月2日
發明者韋光華, 黃清茂, 石昆昑 申請人:寶建化工股份有限公司