一种含有石墨烯的复合聚氨酯泡沫、制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种含有石墨烯的复合聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫中含有石墨烯；所述石墨烯是通过碳纳米结构复合物的形式引入；所述碳纳米结构复合物中包括石墨烯，以及SP3杂化结构的碳。本发明专利技术通过选用特定的碳纳米结构复合物，实现了只需要将其与聚醚多元醇简单混合，然后与多异氰酸酯聚合即可实现对聚氨酯的复合的目的，省略了对碳纳米结构复合物进行复合的步骤，工艺简单，与现有设备无缝连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种含有石墨烯的复合聚氨酯泡沫、制备方法和用途，所述含有石墨烯的复合聚氨酯泡沫具有远红外功能，能够用于制作枕头、床垫、坐垫、靠垫、沙发、护腰、鞋垫、乳罩、汽车座椅、马桶坐垫或暖手宝，发射远红外线，起到保健功能。
技术介绍
聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称，它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。CN104892886A公开了一种低烟气释放的硬质氨酯泡沫及其制备方法和用途。该聚氨酯泡沫通过包含多异氰酸酯、聚合物多元醇、扩链剂、催化剂、阻燃剂、发泡剂的组合物制得，其中，上述聚合物多元醇包含与石墨烯化学键连接的聚醚多元醇，上述阻燃剂是有机磷类阻燃剂和无机阻燃剂的复配组合物。该硬质聚氨酯泡沫既优异的阻燃性能，还具备更低的烟气释放速率，可以大大提高火灾受困人员的存活几率。但其需要将石墨烯与多元醇进行化学键连接，工艺条件苛刻，前处理复杂，且其制备得到的材料没有明显的远红外功能。CN202088605U公开了一种“具有远红外保健功能的记忆聚氨酯”，包括一制冷聚氨酯层、一保暖聚氨酯层、一远红外保健层，远红外保健层固定在制冷聚氨酯层上，保暖聚氨酯层固定在远红外保健层上。远红外保健层采用竹炭纤维制成的远红外保健层。保暖聚氨酯层为一太空记忆棉。可以通过发出远红外线以促进人体血液循环，起到保健作用，有利于人们的身体健康。CN104804204A公开了“一种石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用”，本专利技术公开了一种石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，分散于DMF中，超声处理，倒入溶胀于DMF中的TPU，采用溶液涂覆成膜工艺制得GO/TPU复合材料薄膜，再经200℃原位热还原处理2h，制得石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料，制得的石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料电性能优异，填料分散均匀，可用于制备TPU医疗床垫、TPU沼气储存袋、TPU涉水类产品、TPU储水储油袋等对材料的阻隔及抗静电性能有较高要求的领域。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于提供一种含有石墨烯的复合聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫中含有石墨烯；所述石墨烯是通过碳纳米结构复合物的形式引入；所述碳纳米结构复合物中包括石墨烯，以及SP3杂化结构的碳。本专利技术选用特定的碳纳米结构的复合物作为复合原料，与聚醚多元醇混合后，可以采用传统的聚氨酯制备方法继续与多异氰酸酯聚合，无需提前将碳纳米结构的复合物进行改性，只需要简单混合聚醚多元醇和碳纳米结构的复合物即可。层数多于10层，厚度在100nm以内碳的六元环蜂窝状片层结构，称为石墨烯纳米片层；以生物质为碳源制备的层数多于10层，厚度在100nm以内碳的六元环蜂窝状片层结构，称为生物质石墨烯纳米片层；层数为1～10层碳的六元环蜂窝状片层结构，称为石墨烯；以生物质为碳源制备的层数为1～10层碳的六元环蜂窝状片层结构，称为生物质石墨烯。所述碳纳米结构的复合物的远红外检测法向发射率大于0.85，例如0.87、0.89、0.91、0.92、0.93等，优选大于0.88。所述碳纳米结构的复合物中，还包括石墨烯纳米片。优选地，所述碳纳米结构的复合物中，所述碳元素的含量≥80wt％，例如82wt％、86wt％、89wt％、91wt％、94wt％、97wt％、99wt％等，优选85～97wt％，进一步优选90～95wt％。所述碳纳米结构的复合物在拉曼光谱下碳元素G峰与D峰峰高比值为1～20，例如2、5、7、8、10、12、13、16、18等，优选3～20。拉曼光谱下碳元素G峰体现了sp2杂化程度；D峰体现了晶格缺陷，例如sp3的碳结构。所述碳纳米结构的复合物含有0.5～4wt％的第一非碳非氧元素物质，所述第一非碳非氧元素物质为第一非碳非氧元素的单质、化合物中的任意1种或至少2种的组合；所述第一非碳非氧元素为P、Si、Ca、Al和Na；所述化合物典型但非限制性的包括碳化物、氧化物等。本专利技术所述碳纳米结构的复合物是一种以碳元素为主的含有杂质元素的复合物，其中碳元素主要以sp2杂化的形式存在。若碳纳米结构的复合物中，各元素与碳原子紧密堆积或者吸附结合紧密，则有利于其在合成聚氨酯过程中的分散效果，使得远红外效果和抗菌效果更加优异；若碳纳米结构复合物中，各元素与碳原子吸附力度不好，例如石墨烯结构碳材料和金属元素的化合物通过物理混合得到，那么会对远红外效果和抗菌效果带来不利影响。优选地，所述复合聚氨酯泡沫中，碳纳米结构的复合物的含量为0.1～10wt％，例如0.2wt％、1wt％、3wt％、4wt％、6wt％、8wt％、9wt％等，优选3～5wt％；所述碳纳米结构的复合物在拉曼光谱下碳元素G峰与D峰峰高比值为2～20，优选3～20。优选地，所述碳纳米结构的复合物中还含有第二非碳非氧元素，所述第二非碳非氧元素以单质、化合物中的任意1种或至少2种的组合的形式存在；所述第二非碳非氧元素选自Fe、Ni、Mn、K、Mg、Cr、S或Co中的任意1种或至少2种的组合。所述化合物典型但非限制性的包括碳化物、氧化物等。本专利技术提供的碳纳米结构中，第二碳元素的组合的典型实例可以是Fe和Co的组合，Cr和Ni的组合，Mn、K和Mg的组合，Ni、Mn、K和Co的组合等。优选地，碳纳米结构的复合物具有厚度在100nm以下的碳的六元环蜂窝状片层结构，优选具有厚度在20nm以下的碳的六元环蜂窝状片层结构，进一步优选具有层数为1～10层碳的六元环蜂窝状片层结构中的任意1种或至少2种的组合，优选单层、双层或3～10层结构的中的任意1种或至少2种的组合。优选地，所述复合物中碳的六元环蜂窝状片层结构微观上呈现翘曲、卷曲、折叠构象中的任意1种或至少2种的组合。关于复合物中的片层结构的微观形貌典型的可以通过电子显微镜观察获得，可以是透射电镜或扫描电镜。优选地，所述碳纳米结构的复合物中，第一非碳非氧元素以单质、氧化物或碳化物中的任意1种或至少2种的组合的形式吸附在碳纳米结构的表面或内部。优选地，所述碳纳米结构的复合物中，第一非碳非氧元素通过碳源引入；所述碳源优选生物质碳源，生物质资源选自植物和/或农林废弃物中的任意1种或至少2种的组合；优选针叶木、阔叶木、林叶木、农林废弃物中的任意1种或至少2种的组合；所述农林废弃物优选自玉米杆、玉米芯、高粱杆、甜菜渣、甘蔗渣、糠醛渣、木糖渣、木屑、棉秆、果壳、和芦苇中的任意1种或至少2种的组合，优选玉米芯。本专利技术目的之二是提供一种如目的之一所述复合聚氨酯泡沫的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)向聚醚多元醇中加入碳纳米结构的复合物，和乳化剂、第一催化剂、发泡剂，搅拌混合均匀，得到聚醚多元醇单体组合物；(2)向步骤(1)的聚醚多元醇单体组合物中加入多异氰酸酯，混合均匀；(3)将步骤(2)的混合物倒入模具进行发泡、固化，得到碳纳米结构复合聚氨酯泡沫；可选地，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有石墨烯的复合聚氨酯泡沫，其特征在于，所述聚氨酯泡沫中含有石墨烯；所述石墨烯是通过碳纳米结构复合物的形式引入；所述碳纳米结构复合物中包括石墨烯，以及SP3杂化结构的碳。

【技术特征摘要】
1.一种含有石墨烯的复合聚氨酯泡沫，其特征在于，所述聚氨酯泡沫中含
有石墨烯；
所述石墨烯是通过碳纳米结构复合物的形式引入；所述碳纳米结构复合物
中包括石墨烯，以及SP3杂化结构的碳。
2.如权利要求1所述的复合聚氨酯泡沫，其特征在于，所述碳纳米结构的
复合物的远红外检测法向发射率大于0.85，优选大于0.88；
优选地，所述碳纳米结构的复合物中，所述碳元素的含量≥80wt％，优选
85～97wt％，进一步优选90～95wt％；
优选地，所述碳纳米结构的复合物中，还包括石墨烯纳米片；
优选地，所述复合聚氨酯泡沫中，碳纳米结构的复合物的含量占复合聚氨
酯泡沫的聚醚多元醇原料的0.1～10wt％，优选3～5wt％；所述碳纳米结构的复合
物在拉曼光谱下碳元素G峰与D峰峰高比值为1～20，优选3～20。
3.如权利要求1或2所述的复合聚氨酯泡沫，其特征在于，所述碳纳米结
构的复合物含有0.5～4wt％的第一非碳非氧元素物质，所述第一非碳非氧元素物
质为第一非碳非氧元素的单质、化合物中的任意1种或至少2种的组合；所述
第一非碳非氧元素为P、Si、Ca、Al和Na；
优选的，所述碳纳米结构的复合物中还含有第二非碳非氧元素，所述第二
非碳非氧元素以单质、化合物中的任意1种或至少2种的组合的形式存在；所
述第二非碳非氧元素选自Fe、Ni、Mn、K、Mg、Cr、S或Co中的任意1种或
至少2种的组合。
4.如权利要求1～3之一所述的复合聚氨酯泡沫，其特征在于，碳纳米结构
的复合物具有厚度在100nm以下的碳的六元环蜂窝状片层结构，优选具有厚度
在20nm以下的碳的六元环蜂窝状片层结构，进一步优选具有层数为1～10层碳

\t的六元环蜂窝状片层结构中的任意1种或至少2种的组合，优选单层、双层或
3～10层结构的中的任意1种或至少2种的组合；
优选地，所述复合物中碳的六元环蜂窝状片层结构微观上呈现翘曲、卷曲、
折叠构象中的任意1种或至少2种的组合。
5.如权利要求1～3之一所述的复合聚氨酯泡沫，其特征在于，所述碳纳米
结构的复合物中，第一非碳非氧元素以单质、氧化物或碳化物中的任意1种或
至少2种的组合的形式吸附在碳纳米结构的表面或内部；
优选地，所述碳纳米结构的复合物中，第一非碳非氧元素通过碳源引入；
所述碳源优选生物质碳源，生物质资源选自植物和/或农林废弃物中的任意1种
或至少2种的组合；优选针叶木、阔叶木、林叶木、农林废弃物中的任意1种
或至少2种的组合；所述农林废弃物优选自玉米杆、玉米芯、高粱杆、甜菜渣、
甘蔗渣、糠醛渣、木糖渣、木屑、棉秆、果壳、和芦苇中的任意1种或至少2
种的组合，优选玉米芯。
6.一种如权利要求1～5之一所述复合聚氨酯泡沫的制备方法，所述方法包
括如下步骤：
(1)向聚醚多元醇中加入碳纳米结构的复合物，和乳化剂、第一催化剂、
发泡剂，搅拌混合均匀，得到聚醚多元醇单体组合物；
(2)向步骤(1)的聚醚多元醇单体组合物中加入多异氰酸酯，混合均匀；
(3)将步骤(2)的混合物倒入模具进行发泡、固化，得到碳纳米结构复
合聚氨酯泡沫；
可选地，步骤(1)在得到聚醚多元醇单体组合物前，还加入功能性助剂，
优选加入开孔剂、扩链剂、阻燃剂、增香剂或植物提取物的任意1种或至少2
种的组合。
7.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳纳米结
构的复合物的加入量为0.1～10重量份，优选1～6重量份，1.5～4重量份；
优选地，所述碳纳米结构的复合物通过如下方法获得：
(i)混合生物质碳源和第二催化剂，搅拌进行催化处理后，干燥得到前驱
体；
(ii)保护性气氛中，将前驱体在280～350℃保温1.5～2.5h，之后程序升温
至950～1200℃，保温3～4h得到粗品；所述程序升温的升温速率为15～20℃/min；
(iii)将粗品洗涤后，得到碳纳米结构的复合物；
优选地，所述生物质碳源和第二催化剂的质量比为1:0.1～10，优选1:0.5～5，
进一步优选1:1～3；
优选地，所述第二催化剂选自锰的化合物、含铁化合物、含钴化合物和含
镍化合物中的任意1种或至少2种的组合；所述含铁化合物选自铁的卤素化合
物、铁的氰化物和含铁酸盐中的任意1种或至少2种的组合；所述含钴化合物
选自钴的卤素化合物和含钴酸盐中的任意1种或至少2种的组合；所述含镍化
合物选自镍的氯化盐和含镍酸盐中的任意1种或至少2种的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐一林，张金柱，王双成，彭文杰，刘顶，
申请(专利权)人：营口圣泉高科材料有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21