[发明专利]一种高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体及其制法

说明书

本发明涉及聚氨酯技术领域，且公开了一种高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体，氯丙基化石墨烯的氯原子与叠氮化钠反应，得到叠氮化石墨烯，以二炔基二醇衍生物作为二醇小分子扩链剂，成功引入到聚氨酯的支链中，得到侧链含炔基的聚氨酯，以抗坏血酸钠作为点击反应催化剂，使叠氮化石墨烯得叠氮基团与聚氨酯侧链的炔基进行点击化反应，生成三氮唑基团，使石墨烯通过三氮唑基团的侨联作用，有机结合到聚氨酯的侧链中，改善了石墨烯与聚氨酯的界面相容性，分散均匀的石墨烯在聚氨酯中形成三维导热网络，提高了其导热系数和导热性能，石墨烯作为侧链交联位点，提高了聚氨酯弹性体的交联度和拉伸强度等机械性能。

技术领域

本发明涉及聚氨酯技术领域，具体为一种高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体及其制法。

背景技术

聚氨酯是一种常见的聚氨基甲酸酯类高分子材料，具有优异的力学性能和耐化学性能，硬度高、回弹性好，产品主要有聚氨酯塑料、聚氨酯涂料、聚氨酯橡胶弹性体等，其中聚氨酯弹性体由于其结构具有软、硬两个链段，因此可以通过对分子链进行设计，提高材料强度、韧性、耐磨性等综合性能性能，同时具备橡胶的高弹性和塑料的刚性，在建筑业、汽车制造业、航空航天工业等领域具有重要的应用，因此进一步提升聚氨酯弹性体的综合性能成为研究热点。

石墨烯是一种六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有特殊的光学、电学、力学等特性，热导率高，导电性好，力学性能优异，可以作为无机纳米填料，与环氧树脂、聚氨酯等有机高分子材料结合，提升材料的热学、力学等整体性能，但是石墨烯与聚氨酯的界面相容性较差，并且石墨烯纳米粒子之间具有较强的范德华力，导致石墨烯纳米粒子容易在聚氨酯中发生团聚和堆积，从而影响材料的综合性能和使用性能，因此对石墨烯进行表面改性成为研究热点。

(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导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体及其制法，使聚氨酯弹性体具有良好的导热性能和机械强度。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体，所述高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体制备方法如下：

(1)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氧化石墨烯，置于超声处理仪中，超声分散均匀后，加热至100-120℃，加入3-氯丙基三甲氧基硅烷，反应20-30h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到氯丙基化石墨烯。

(2)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氯丙基化石墨烯，超声分散均匀后加入叠氮化钠、催化剂和助催化剂，加热至90-120℃，反应24-36h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到叠氮化石墨烯。

(3)在氮气氛围中，向反应瓶中加入甲苯二异氰酸酯和聚酯二元醇，加热至75-85℃，反应2-3h，将温度降至40-50℃，加入1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡，反应30-60min，加入丙酮调节溶液粘度，再加入二炔基二醇衍生物，升温至70-80℃，反应2-4h，制备得到侧链含炔基聚氨酯。

(4)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和叠氮化石墨烯，超声分散均匀后加入侧链含炔基聚氨酯、点击反应催化剂和促进剂，匀速搅拌反应10-20h，将溶液真空干燥除去溶剂，固体产物使用蒸馏水离心洗涤并干燥，产物倒入模具中，在平板硫化机中进行加压熟化和高温熟化过程，制备得到高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体。

优选的，所述步骤(1)中的超声处理仪包括超声器，超声处理仪内部设置有水浴槽，水浴槽内部下方设置有加热片，水浴槽上方活动连接有顶盖，顶盖下方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶。

优选的，所述步骤(1)中的氧化石墨烯和3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为10:10-30。