[发明专利]一种高强度的石墨烯改性聚氨酯导电材料及其制法

说明书

本发明涉及聚氨酯技术领域，且公开了一种高强度的石墨烯改性聚氨酯导电材料，包括以下配方原料及组分：功能化石墨烯、二苯甲烷二异氰酸酯、聚酯二元醇、二月桂酸二丁基锡、2,2‑二羟甲基丙酸、1,4‑己二醇。该一种高强度的石墨烯改性聚氨酯导电材料，聚多巴胺的氨基与环氧化石墨烯的环氧基发生开环反应，聚多巴胺的羟基再与3‑氨基丙基三乙氧基硅烷反应，得到功能化石墨烯，功能化石墨烯大量的氨基与聚氨酯链端的异氰酸酯基团反应，实现石墨烯化学共价接枝聚氨酯，并且功能化石墨烯中聚多巴胺与聚氨酯具有很强的氢键缔合作用，提高了石墨烯与聚氨酯的相容性，增强了聚氨酯材料的拉伸强度，并且赋予了聚氨酯优异的导电性能。

技术领域

本发明涉及聚氨酯技术领域，具体为一种高强度的石墨烯改性聚氨酯导电材料及其制法。

背景技术

聚氨酯可以分为软质聚氨酯和硬质聚氨酯，软质聚氨酯具有热塑性的线性结构，耐化学性、回弹性和力学性能优异，隔热、隔音和抗震性能良好，广泛应用与隔音、包装和过滤材料等，硬质聚氨酯质地轻、隔音效果和绝热性能优越、电性能良好并且易于加工，它主要用于建筑、航空工业、保温隔热的结构材料。

但是传统的聚氨酯材料拉伸强度和断裂强度等机械性能不高，并且聚氨酯的电阻率较大，导电性能不高，限制了聚氨酯材料的使用和实际应用，石墨烯是一种二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学等特性，可以将石墨烯与聚氨酯复合，来增强聚氨酯材料的机械性能和导电性，但是石墨烯纳米粒子之间的范德华力较大，并且石墨烯与聚氨酯的相容性不好，导致石墨烯与在聚氨酯中分散不具有，很容易发生团聚的现象，很难有效地提高聚氨酯材料的拉伸强度和导电性能。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度的石墨烯改性聚氨酯导电材料及其制法，解决了聚氨酯的拉伸强度和导电性能较差的问题，同时解决了石墨烯与聚氨酯相容性不好的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度的石墨烯改性聚氨酯导电材料，包括以下原料及组分：功能化石墨烯、二苯甲烷二异氰酸酯、聚酯二元醇、二月桂酸二丁基锡、2,2-二羟甲基丙酸、1,4-己二醇，质量比为0.1-0.8:10:13-18:0.001-0.01:0.2-0.6:0.4-1。

优选的，所述功能化石墨烯制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入质量分数≥95％的浓硫酸作为溶剂，在0-5℃下加入石墨粉和硝酸钠，缓慢加入高锰酸钾，匀速搅拌进行活化过程，将反应瓶置于恒温油浴锅中，加热至30-40℃，匀速搅拌进行反应过程，向反应瓶中加入蒸馏水将浓硫酸质量分数稀释至30-40％，将温度升至90-100℃，匀速搅拌进行高温氧化过程，将溶液加入蒸馏水进行稀释并冷却至室温，加入双氧水中和高锰酸钾，过滤除去溶剂，使用蒸馏水离心洗涤固体产物，并进行透析除杂和冷冻干燥过程，制备得到高环氧基含量的环氧化石墨烯。

(2)向反应瓶中蒸馏水和Tris-HCl缓冲液，调节溶液pH为8-9，加入环氧化石墨烯，超声分散均匀后加入盐酸多巴胺，在20-40℃匀速搅拌反应10-20h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和丙酮洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到聚多巴胺接枝石墨烯。

(3)向反应瓶中加入乙醇溶剂和聚多巴胺接枝石墨烯，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，匀速搅拌反应5-10h，将溶液过滤除去溶剂使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到功能化石墨烯。

优选的，所述步骤(1)中的石墨粉、硝酸钠和高锰酸钾的质量比为1:0.4-0.6:1.2-1.8。

优选的，所述步骤(1)中的活化过程时间为3-8min，反应过程时间为10-15min，高温氧化过程时间为2-5min。