[发明专利]一种石墨烯/有机纤维原位增强脲醛泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种石墨烯/有机纤维原位增强脲醛泡沫材料及其制备方法，其特点是：将0.05～20份石墨烯、0.05～5份偶联剂添加至甲醛水溶液中，于25～90℃下超声分散0.5～2h，然后调节体系pH值至7.8～8.5，加入第一批尿素，于70～85℃下反应0.5～2h后，立即用甲酸溶液调节体系pH值至4.5～5.2，继续反应待体系出现雾化现象时，加入第二批尿素并于反应0.5～2h后调节体系pH值为7～9，加入第三批尿素，反应5～30min后下料，得到石墨烯改性UF树脂液；在树脂液中加入0.05～20份有机纤维、1～10份表面活性剂，高速搅拌1～5min后，加入1～10份发泡剂，继续搅拌1～10min，加入0.01～5份固化剂，搅拌均匀后倒入发泡模具中，于30～120℃热烘箱中进行发泡和固化，得到石墨烯/有机纤维原位增强脲醛泡沫材料。

一.技术领域

本发明涉及一种石墨烯/有机纤维原位增强脲醛泡沫材料及其制备方法，属于高分子材料合成及加工领域。

二.背景技术

泡沫塑料可用于保温隔热、吸声隔音、包装减震、防尘、抑爆等，市场巨大。目前，普遍使用的泡沫塑料多为聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)或聚氨酯(PU)泡沫，该类材料虽然性能优异，但极易燃烧，燃烧过程还可产生熔滴物和剧毒烟雾，极具安全隐患。

脲醛(UF)泡沫是以尿素与甲醛经缩聚反应得到的树脂为基体，再经发泡固化而得的一种氨基泡沫。UF燃烧过程可产生NH₃、CO₂、H₂O等惰性气体，同时在材料表面形成炭化层，阻止火焰进一步扩展，因此UF泡沫为一类本征结构阻燃高分子泡沫材料，无需添加阻燃助剂即可达到难燃级别，此外其全水基发泡的工艺环保、简便、易于实施。因此，与PS、PU泡沫等传统泡沫材料相比，UF泡沫不仅价格低廉，而且还具有耐高温、阻燃性优异(难燃)、烟密度低、燃烧过程中无熔滴物和毒气生成量小等优势。然而，市场上UF泡沫商业化产品及应用极少，这主要是由于UF分子链段缺少柔性基团，导致其泡沫制品脆性大，易龟裂、掉渣，力学强度低的缘故。

目前，涉及UF泡沫增强、增韧改性的研究报道主要有：CN201310259583.5采用木质素改性UF泡沫，改性泡沫具有较低的甲醛释放量和较好的韧性；CN201310236803.2以羟甲基纤维素、纳米蒙脱土、丙三醇、木质素等作为增韧改性剂，以木纤维、废纸纤维及珍珠岩为填料改性UF泡沫，所制备的改性泡沫压缩强度达170-220kPa；CN201511003516.2采用玄武岩纤维等无机纤维及纳米二氧化硅等纳米粒子增强UF泡沫，改性泡沫的压缩强度达120～400kPa；代本才等，贵州化工，2007，31(2)，7-8，采用木质素磺酸钠及聚乙烯醇改性脲醛泡沫，当两者用量分别为13.7％和4.4％时，改性泡沫游离甲醛含量有所降低，压缩强度达0.8MPa。综上所述，目前用于增强改性UF泡沫的填料多为纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、珍珠岩、玄武岩纤维等无机物，该类填料表面缺乏可与UF基体产生相互作用的官能团，以其增强UF时，填料与UF基体界面作用较弱，易发生界面脱粘；而常用的木质纤维，虽然与UF基体相容性较好，但其本体强度及模量较低，对UF的增强效果有限。因此，选择本体强度高且能够与基体产生较强相互作用的增强填料来改性UF是获得强韧化UF泡沫体的关键。

三.发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种石墨烯/有机纤维原位增强脲醛泡沫材料及其制备方法，其特点是将具有超高强度、超大比表面积、高阻燃性及易于功能化修饰的石墨烯引入UF树脂的合成体系中，通过对UF树脂/石墨烯偶联增容技术研究，对石墨烯进行适当的表面修饰，使复合体系形成化学键及氢键等多重界面相互作用，实现石墨烯在UF树脂基体中的完全剥离和良好分散，再在发泡交联过程中引入与UF树脂具有良好相容性的高强度有机纤维，进一步提高泡沫材料强度，获得综合性能优异的石墨烯/有机纤维原位增强UF泡沫体。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料分数除特殊说明外，均为重量份数。

一种石墨烯/有机纤维原位增强脲醛泡沫材料的起始原料配方组分为：