[发明专利]一种石墨烯改性聚氨酯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性聚氨酯复合材料及其制备方法，由以下重量份原料组成：聚醚多元醇55‑65份、多异氰酸酯35‑45份、改性石墨烯2‑5份、催化剂0.5‑1份、发泡剂3‑5份、偶联剂0.5‑3份、改性无机纤维5‑15份。本发明通过对石墨烯和无机纤维进行改性，提高了石墨烯在聚氨酯中的分散性及相容性，制得的石墨烯/聚氨酯复合材料的耐腐蚀性高、硬度高、耐寒性耐热性优异；同时加入的改性无机纤维提高了聚氨酯复合材料发泡后的力学性能。本发明提供的方法操作简单、成本低、应用广泛且制备得到的复合材料热稳定性及力学性能等综合性能较好。

技术领域

本发明属于聚氨酯复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯是一种同时兼有塑性与弹性的嵌段共聚物，分子链中含有酯基、醚基、氨基甲酸酯基、脲基等基团，具有较高的力学强度、弹性和良好的低温柔顺性。被广泛用于制造微孔泡沫、密封垫圈、绝缘板、轮胎、硬塑料零件、合成革及等众多领域。由于聚氨酯是由软硬段的交替序列组成的高分子聚合物，在导电、导热等方面性能不足导致其应用受到一定限制，因此需要对聚氨酯材料进行改性。

随着纳米材料的发展，通过纳米材料来制备聚合物复合材料成为目前的一个研究热点。而石墨烯从被发现以来具有优异的力学、导热和导电等性能，可以作为填料与聚合物进行复合，在添加极少量的情况下，聚合物的性能有显著的提高。石墨烯是由碳元素六元环构成、表面惰性、稳定的层状化合物，单层石墨烯的厚度不足1nm，面积尺寸在几到几十μm之间，石墨烯片层之间的π-π堆叠组作用和较强的范德华力作用，使石墨烯片层之间堆叠在一起，很难均匀分散在水溶液、常用溶剂或其它聚合物基体中。尤其在水溶液中，因石墨烯的表面化学惰性和疏水性、较大的毕表面积使得石墨烯极易团聚、难均匀分散，使其应用受到极大的限制。且石墨烯表面具有较大的范德华力，从而会产生团聚现象，与聚合物的相容性差，很难分散均匀，因此需要对石墨烯的表面进行功能化修饰，提高其在聚合物中的分散性和两者之间的界面相容性。

目前石墨烯与高分子材料复合的主要方法有原位聚合的化学法和溶液机械共混的物理法，但是在这些方法中，石墨烯的有效分散和微结构的连续性都是制约其发展的技术瓶颈，获得的复合材料的性能很难达到产业化应用的标准。如何获得分散均匀且拥有连续的微结构导电网络的石墨烯高分子复合材料是目前亟需解决的石墨烯复合材料的关键技术。CN 103319999 A采用水合肼还原氧化石墨烯后分散于水性聚氨酯中，再加入3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，制备出石墨烯/聚氨酯防电磁辐射材料，此方法中使用水合肼作为还原剂，水合肼有毒有刺激性气味，并不是绿色环保的还原剂。

大量研究表明，石墨烯与聚氨酯的复合，能够改善聚氨酯材料的力学性能，抗静电性等。但由于石墨烯片层间强的范德华力(π-π堆积)，容易吸附团聚在一起，从而在许多有机溶剂和高分子中分散性很差，影响其在聚合物中的相容性和分散性，对复合材料的性能产生不利影响，如何改善石墨烯在聚氨酯复合材料中的分散性以及其与材料的相容性，从而提高聚氨酯复合材料的综合性能，成为本领域研究的热点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯改性聚氨酯复合材料及其制备方法，该方法操作简单、成本低、应用广泛且制备得到的复合材料热稳定性及力学性能等综合性能较好。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种石墨烯改性聚氨酯复合材料，由以下重量份原料组成：

优选的，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇中的一种或几种；所述多异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种；所述催化剂为辛酸亚锡、二辛酸二丁基锡、三乙烯二胺中的一种或几种；所述发泡剂为水、环戊烷和甲酸甲酯中的一种或几种；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种。