[发明专利]包含石墨烯纳米结构的聚氨酯

说明书

一种聚氨酯包含异氰酸酯组分、多元醇组分和石墨烯纳米片的反应产物。石墨烯纳米片以约0.1至约20重量％的量反应，基于聚氨酯的总重量计。所述石墨烯纳米片的平均横向尺寸(x,y)为约1至约100μm，平均面间距尺寸(z)为约5至约100nm，并且氧含量为约0.01至约10重量％，基于石墨烯纳米片的总重量计。

技术领域

本公开总体上涉及包含石墨烯纳米片的聚氨酯。

背景技术

使用填料来改善聚合物材料的物理性能和流变性能是本领域已知的。例如，向聚合物中添加导电填料可赋予所得聚合物材料导电性，其原本为绝缘体。作为另一个实例，向聚合物中添加增强填料可赋予所得聚合物材料改善的负载、蠕变、疲劳、强度、耐久性和其他性能。

然而，在聚合物材料中使用填料有时会带来缺点。例如，通常需要大量的填料来获得所需的性能，但这可使加工变得困难，例如混合可能困难。作为另一个实例，在聚合物材料中使用填料可降低聚合物材料的伸长率。作为最后一个实例，在聚合物材料中使用填料会导致聚合物材料的脆化。

此外，填料尤其是纳米尺寸的填料可能难以分散在聚合物基体中，因此导致聚合物材料具有不一致的物理性能和流变性能。因此，在聚合物材料中使用填料会积极地影响聚合物材料的某些性能，同时对聚合物材料的其他性能产生负面影响。为了克服这种分散问题，纳米尺寸的填料如石墨烯已经通过超声处理、剥离和嵌入进行预处理，并通过复杂的、基于溶剂的方法分散在聚合物材料中，但成效有限。因此，仍有改进的机会。

发明内容

公开了一种包含异氰酸酯组分、多元醇组分和石墨烯纳米片的反应产物的聚氨酯。所述石墨烯纳米片以约0.1至约20重量％的量反应，基于聚氨酯的总重量计。石墨烯纳米片的平均横向尺寸(x,y)为约1至约100μm，平均面间距(through-plane)尺寸(z)为约5至约100nm，并且氧含量为约0.01至约10重量％，基于石墨烯纳米片的总重量计。

还公开了一种包含石墨烯纳米片并且异氰酸酯含量为约4至约30重量％的异氰酸酯预聚物。所述异氰酸酯预聚物包含芳族异氰酸酯、多元醇和石墨烯纳米片(“GNP”)的反应产物。GNP以约0.1至约20重量％的量反应，基于异氰酸酯预聚物的总重量计。GNP的平均横向尺寸(x,y)为约1至约100μm，平均面间距尺寸(z)为约5至约100nm，并且氧含量为约0.01至约10重量％，基于GNP的总重量计。还公开了形成含有GNP的异氰酸酯预聚物的方法。

含有GNP的异氰酸酯预聚物使GNP在铸塑聚氨酯、热塑性聚氨酯和聚氨酯泡沫中良好分散。此外，通过包含最少量的GNP，这种聚氨酯表现出优异的物理性能和流变性能。此外，由包含GNP的异氰酸酯预聚物形成的聚氨酯表现出与填充的聚氨酯相关的优异物理性能，而不具有与填充的聚氨酯相关的物理性能的缺点。

附图说明

将容易理解本公开的其他优点，因为参考以下详细描述同时结合附图考虑时，可以更好地理解本公开的其他优点，所述附图中：

图1A为由包含石墨烯纳米片的异氰酸酯预聚物形成的聚氨酯的原子力显微镜(AFM)图像。

图1B为图1A的聚氨酯的第二更高放大率AFM图像。

图1C为不是由包含石墨烯纳米片的异氰酸酯预聚物形成的聚氨酯的AFM图像，用于与图1A的AFM图像进行比较。

图2A为由包含石墨烯纳米片的异氰酸酯预聚物形成的聚氨酯的AFM图像。

图2B为图2A的聚氨酯的第二更高放大率AFM图像。

图2C为不是由包含石墨烯纳米片的异氰酸酯预聚物形成的聚氨酯的AFM图像，用于与图2A的AFM图像进行比较。

图3为表征实施例5-7的损耗模量、储能模量和正切δ(tanδ)的图像。