一种石墨烯-发泡聚氨酯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯‑发泡聚氨酯复合材料及其制备方法，通过将预混的发泡剂和氧化石墨烯微球加入聚氨酯中混合均匀，经过第一步低温发泡后，聚氨酯内部形成孔洞，氧化石墨烯微球分布于孔洞内部，再经第二步发泡后，发泡剂进一步分解使得孔洞得以继续生长，而孔洞内的氧化石墨烯微球发生膨胀并还原，逐渐充满孔洞，最终得到多孔石墨烯填充的发泡聚氨酯材料。石墨烯填充于聚氨酯孔洞中，起到支撑和能量吸收的作用，大大增强发泡材料的强度和弹性，并且具备一定的吸声、吸波、电磁屏蔽等性能，得到差异化发泡材料。本方法简单易行，氧化石墨烯的加入对原有制备工艺无影响，在提升材料基础性能之余可赋予材料新的功能，具有广阔应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯-发泡聚氨酯复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，尤其涉及一种石墨烯-发泡聚氨酯复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯是氯乙烯单体在过氧化物、偶氮化合物等引发剂或在光、热作用下按自由基聚合反应机理聚合而成的聚合物。聚氨酯是无定型结构的白色粉末，支化度小，相对密度为1.4左右，玻璃化温度为77-90℃，170℃左右开始分解，对光、热的稳定性较差，在100℃以上或经长时间阳光暴晒，就会分解产生氯化氢，并进一步自动催化分解，引起变色，其物理机械性能也迅速下降，在实际应用中必须加入稳定剂提高对光、热的稳定性。聚氨酯是世界上产量最大的通用塑料，广泛应用于建筑材料、工业制品、日用品、地板革、地板砖、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶、发泡材料、密封材料、纤维等方面。石墨烯是一种具有单原子层厚度的二维碳材料，具有低密度、极高的力学强度、热导率和电导率和优良的耐腐蚀性，并且与高分子材料的亲和性好，可作为高分子材料的增强体使用。在极低的添加量下(低于1％)就能显著提升材料的各项性能指标，具有广阔的市场前景。本专利技术利用氧化石墨烯微球的热不稳定性，将氧化石墨烯微球和发泡剂预先共混，再加入聚氨酯和其它助剂的混合体系中。在第一段发泡时，发泡剂先分解出气体在聚氨酯中形成孔洞，而氧化石墨烯微球则留在这些孔洞中。在温度进一步提升后，一方面发泡剂完全分解，促使孔洞生长扩大，另一方面氧化石墨烯片表面的含氧集团分解，使得氧化石墨烯微球发生体积膨胀，从而逐渐填充进聚氨酯的孔洞中，形成支撑网络结构。最终使得复合材料的力学性能显著提升，并且由于石墨烯的存在，使得复合泡沫对光、热的稳定性得到一定程度的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术不足，提供一种石墨烯-发泡聚氨酯复合材料及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯-发泡聚氨酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)通过雾化干燥法将尺寸为1～50微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球，其碳氧比为3～6。(2)将步骤(1)得到的1～10质量份氧化石墨烯微球与2～4质量份发泡剂混合均匀。(3)将100质量份聚氨酯和0.2～0.6份硬脂酸，0.3～1份过氧化二异丙苯，0.6～1份氧化锌加入密炼机中进行密炼，温度为85～100℃。(4)将步骤(3)的产物与步骤(2)的产物一起加入密炼机，在100～110℃密炼。(5)将步骤(4)得到的产物加入模具，在120～135℃下发泡3～12分钟，升温至136～165℃发泡5～20分钟。进一步地，所述步骤(1)的雾化干燥温度为130～200℃。进一步地，所述步骤(2)的发泡剂为AC发泡剂，分解温度为130～140℃。本专利技术的有益效果在于：(1)采用两步发泡的工艺，石墨烯片搭接成多孔网络填充于发泡聚氨酯的孔洞之中。其中，在第一发泡阶段形成初级孔洞结构，氧化石墨烯微球选择性存在于这些孔洞之中。在第二发泡阶段氧化石墨烯表面的含氧官能团快速脱除使氧化石墨烯还原为石墨烯，氧化石墨烯微球发生体积膨胀并充满孔洞，同时发泡剂进一步分解，形成多孔结构。(2)石墨烯片在孔洞中互相搭接形成网络结构，由于石墨烯片在面内方向具有高强高模性能，在法向具有优异柔性，因而在形成网络后，不仅能提升发泡聚氨酯的拉伸强度和硬度，同时能提升其对光、热的稳定性。(3)还原的氧化石墨烯片具有一定导电性，可对电磁波产生吸收作用；并且石墨烯片具有良好的杀菌性，添加进发泡聚氨酯中还可有效提升整体抗菌性。综上，利用本方法得到的发泡聚氨酯不仅在力学性能上具有优异表现，在光热稳定性、吸波，抗菌等多功能性上也有广阔应用前景，适用于现代多功能、大生产、简单易行的要求。具体实施方式制备石墨烯-发泡聚氨酯复合材料的方法包括如下步骤：(1)通过雾化干燥法将尺寸为1～50微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球，其碳氧比为3～6。所述雾化干燥温度为130～200℃。(2)将步骤(1)得到的0.05～5质量份氧化石墨烯微球与2～4质量份发泡剂混合均匀。所述发泡剂为AC发泡剂，分解温度为130～140℃。(3)将100质量份聚氨酯和0.2～0.6份硬脂酸，0.3～1份过氧化二异丙苯，0.6～1份氧化锌加入密炼机中进行密炼，温度为85～100℃。(4)将步骤(3)的产物与步骤(2)的产物一起加入密炼机，在100～110℃密炼。(5)将步骤(4)得到的产物加入模具，在120～135℃下发泡3～12分钟，升温至136～165℃发泡5～20分钟。下面通过实施例对本专利技术进行具体描述，本实施例只用于对本专利技术做进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述专利技术的内容做出一些非本质的改变和调整均属本专利技术的保护范围。实施例1：(1)通过雾化干燥法将尺寸为1～10微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球，其碳氧比为3。雾化干燥温度为130℃。(2)将步骤(1)得到的1质量份氧化石墨烯微球与2质量份AC发泡剂混合均匀。(3)将100质量份聚氨酯和0.2份硬脂酸，0.3份过氧化二异丙苯，0.6份氧化锌加入密炼机中进行密炼，温度为85℃。(4)将步骤(3)的产物与步骤(2)的产物一起加入密炼机，在100℃密炼。(5)将步骤(4)得到的产物加入模具，在120℃下发泡12分钟，升温至136℃发泡20分钟。经以上步骤，得到石墨烯-发泡聚氨酯复合材料，具体性能如表1所示。实施例2：(1)通过雾化干燥法将尺寸为10～20微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球，其碳氧比为4。雾化干燥温度为135℃。(2)将步骤(1)得到的3质量份氧化石墨烯微球与3质量份AC发泡剂混合均匀。(3)将100质量份聚氨酯和0.3份硬脂酸，0.5份过氧化二异丙苯，0.7份氧化锌加入密炼机中进行密炼，温度为90℃。(4)将步骤(3)的产物与步骤(2)的产物一起加入密炼机，在100℃密炼。(5)将步骤(4)得到的产物加入模具，在125℃下发泡9分钟，升温至140℃发泡18分钟。经以上步骤，得到石墨烯-发泡聚氨酯复合材料，具体性能如表1所示。实施例3：(1)通过雾化干燥法将尺寸为20～30微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球，其碳氧比为5。雾化干燥温度为140℃。(2)将步骤(1)得到的5质量份氧化石墨烯微球与4质量份AC发泡剂混合均匀。(3)将100质量份聚氨酯和0.6份硬脂酸，1.0份过氧化二异丙苯，1.0份氧化锌加入密炼机中进行密炼，温度为100℃。(4)将步骤(3)的产物与步骤(2)的产物一起加入密炼机，在110℃密炼。(5)将步骤(4)得到的产物加入模具，在135℃下发泡3分钟，升温至150℃发泡10分钟。经以上步骤，得到石墨烯-发泡聚氨酯复合材料，具体性能如表1所示。实施例4：(1)通过雾化干燥法将尺寸为40～50微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球，其碳氧比为6。雾化干燥温度为180℃。(2)将步骤(1)得到的1质量份氧化石墨烯微球与2质量份AC发泡剂混合均匀。(3)将100质量份聚氨酯和0.3份硬脂酸，0.6份过氧化二异丙苯，1份氧化锌加入密炼机中进行密炼，温度为98℃。(4)将步骤(3)的产物与步骤(2)的产物一起加入密炼机，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯‑发泡聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过雾化干燥法将单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球，其碳氧比为3～6。(2)将步骤(1)得到的1～10质量份氧化石墨烯微球与2～4质量份发泡剂混合均匀。(3)将100质量份聚氨酯和0.2～0.6份硬脂酸，0.3～1份过氧化二异丙苯，0.6～1份氧化锌加入密炼机中进行密炼，温度为85～100℃。(4)将步骤(3)的产物与步骤(2)的产物一起加入密炼机，在100～110℃密炼。(5)将步骤(4)得到的产物加入模具，在120～135℃下发泡3～12分钟，升温至136～165℃发泡5～20分钟。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-发泡聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过雾化干燥法将单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球，其碳氧比为3～6。(2)将步骤(1)得到的1～10质量份氧化石墨烯微球与2～4质量份发泡剂混合均匀。(3)将100质量份聚氨酯和0.2～0.6份硬脂酸，0.3～1份过氧化二异丙苯，0.6～1份氧化锌加入密炼机中进行密炼，温度为85～100℃。(4)将步骤(3)的产物与步骤(2)的产物一起加入密炼机，在100～110℃密炼。(5)将步骤(4)得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超，江腾腾，陈琛，孙海燕，
申请(专利权)人：杭州高烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33