一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料的制法及应用制造技术

本发明专利技术涉及聚氨酯阻燃技术领域，且公开了一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，在二乙烯基三胺和溴化亚铜的催化体系中，使功能化石墨烯的炔基与聚氨酯的叠氮基团发生点击反应，生成1,2,3

【技术实现步骤摘要】
一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料的制法及应用


[0001]本专利技术涉及聚氨酯阻燃
，具体为一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料的制法及应用。

技术介绍

[0002]阻燃剂主要有氮系阻燃剂、氮磷系阻燃剂、硅系阻燃剂、含卤阻燃剂等，可以分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂，反应型阻燃剂是作为反应单体加入到聚合物分子链中，而添加型阻燃剂是直接与高分子聚合物物理或机械混合，都可以显著提高环氧树脂、酚醛树脂和聚氨酯等高分子材料的阻燃性能，但是添加型阻燃剂一般用量大、阻燃性能不持久、并且如果和高分子材料的相容性不好，会影响材料的强度和韧性等机械性能。
[0003]聚氨酯是常见的高分子材料，具有良好的回弹性、韧性和力学性能，并且耐化学性、易加工、成膜性好，可以制成聚氨酯塑料、聚氨酯涂料、聚氨酯薄膜、聚氨酯弹性体等，在家具家电、机械制造、航空航天等方面具有广泛的应用，因此需要提高聚氨酯材料的机械强度、力学性能、阻燃性、热力学稳定性等综合性能，以满足工业发展的需求，而石墨烯具有独特的力学、热学和电学等性质，可以作为纳米填料和助剂，已经广泛应用在聚氨酯等高分子材料中，通常需要使用聚乙烯吡咯烷酮、硅烷偶联剂等分散剂改善石墨烯在聚氨酯材料中的分散性，但是石墨烯团聚现象仍然严重，并且分散剂的引入会影响聚氨酯的综合性能。
[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料的制法及应用，解决了石墨烯在聚氨酯材料中分散性和界面亲和性较差的问题，同时解决了聚氨酯的阻燃性能较差的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，所述功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料的制法包括以下步骤：
[0008](1)向反应烧杯中加入甲苯溶剂、氧化石墨烯和4
‑
乙炔基苯胺，置于气氛调节反应装置中，在氮气氛围中，加热反应，冷却、减压蒸馏、洗涤除杂，制得炔基功能化石墨烯。
[0009](2)向反应烧杯中加入丙酮溶剂、聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、2,2
‑
二羟基丁酸和二月桂酸二丁基锡，加热至65
‑
75℃，反应2
‑
4h，减压蒸馏、洗涤除杂，制得含羧基聚氨酯。
[0010](3)向反应烧杯中加入氯化亚砜和聚氨酯预聚体，置于气氛调节反应装置中，在氮气氛围下，加入N,N
‑
二甲基甲酰胺作为催化剂，加热至75
‑
85℃，回流反应3
‑
6h，减压蒸馏、洗涤除杂，制得酰氯化聚氨酯。
[0011](4)向反应烧杯中加入蒸馏水和丙酮溶剂，加入叠氮化钠，搅拌溶解，在0
‑
5℃下加入酰氯化聚氨酯的丙酮溶液，反应3
‑
8h，加入丙酮和蒸馏水进行萃取，取丙酮有机相，减压蒸馏、洗涤干燥，得到叠氮化聚氨酯。
[0012](5)向反应烧杯中加入N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂、叠氮化聚氨酯、炔基功能化石墨烯、促进剂二乙烯基三胺和催化剂溴化亚铜，置于气氛调节反应装置中，在氮气氛围下，反
应12
‑
24h，真空干燥、洗涤掺杂，固体产物溶解在丙酮溶剂中，浇筑在聚四氟乙烯板上，真空脱泡并成膜，得到功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，应用到阻燃性聚氨酯材料中。
[0013]优选的，所述步骤(1)中的气氛调节反应装置包括进气管和出气管，进气管和出气管活动连接有进气阀和出气阀，进气管和出气管表面设置有气孔，气氛调节反应装置内部设置有油浴槽，油浴槽下方设置有加热片，油浴槽内部固定连接有载物台，载物台上方设置有反应烧杯。
[0014]优选的，所述步骤(2)中的聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、2,2
‑
二羟基丁酸和二月桂酸二丁基锡的质量比为100:10
‑
20:0.5
‑
2:0.02
‑
0.05。
[0015]优选的，所述步骤(3)中的氯化亚砜、聚氨酯预聚体和N,N
‑
二甲基甲酰胺作为催化剂的质量比为100:5
‑
15:0.1
‑
0.3。
[0016]优选的，所述步骤(4)中的叠氮化钠和酰氯化聚氨酯的质量比为1
‑
4:100。
[0017]优选的，所述步骤(5)中的叠氮化聚氨酯、炔基功能化石墨烯、二乙烯基三胺和溴化亚铜的质量比为100:0.5
‑
3:0.15
‑
0.5:0.1
‑
0.4。
附图说明
[0018]图1是气氛调节反应装置结构示意图；
[0019]图2是进气管结构示意图。
[0020]1‑
气氛调节反应装置；2
‑
进气管；3
‑
出气管；4
‑
进气阀；5
‑
出气阀；6
‑
气孔；7
‑
油浴槽；8
‑
加热片；9
‑
载物台；10
‑
反应烧杯。
[0021](三)有益的技术效果
[0022]与现有技术相比，本专利技术具备以下化学实验原理和有益技术效果：
[0023]该一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，4
‑
乙炔基苯胺的氨基容易和氧化石墨烯的羧基和环氧基反应，得到炔基功能化石墨烯，2,2
‑
二羟基丁酸参与到聚氨酯的聚合过程中，从而在聚氨酯分子链中引入羧基基团，羧基再与氯化亚砜反应，得到酰氯化聚氨酯，进一步酰氯基团与叠氮化钠反应，得到叠氮化聚氨酯，从而在聚氨酯分子链中引入叠氮基团。
[0024]该一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，在二乙烯基三胺和溴化亚铜的催化体系中，使功能化石墨烯的炔基与聚氨酯的叠氮基团发生简单高效的点击反应，通过1,3偶极环加成生成1,2,3
‑
三氮唑基团，从而使石墨烯与聚氨酯化学共价接枝，通过化学共价键的连接将石墨烯与聚氨酯有机结合，显著提高石墨烯与聚氨酯的界面亲和性和分散性，避免了石墨烯的团聚，高度分散的石墨烯对聚氨酯的拉伸强度和断裂伸长率等机械性能。
[0025]该一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，表面修饰1,2,3
‑
三氮唑基团的石墨烯在高温燃烧下，1,2,3
‑
三氮唑基团含氮量很高，热分解产生大量的不可燃气体，促进聚氨酯材料在燃烧过程中的发泡效果，而分散均匀的石墨烯高温炭化形成连续而致密的泡沫碳层，从而抑制聚氨酯的燃烧过程，使1,2,3
‑
三氮唑基团修饰的石墨烯可以作为膨胀阻燃剂，起到优异的阻燃效果。
具体实施方式
[0026]为实现上述目的，本专利技术提供如下具体实施方式和实施例：一种功能化石墨烯接
枝改性聚氨酯材料，制法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，其特征在于：所述功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料的制法包括以下步骤：(1)向反应烧杯中加入甲苯溶剂、氧化石墨烯和4
‑
乙炔基苯胺，置于气氛调节反应装置中，在氮气氛围中加热反应，制得炔基功能化石墨烯；(2)向反应烧杯中加入丙酮溶剂、聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、2,2
‑
二羟基丁酸和二月桂酸二丁基锡，加热至65
‑
75℃，反应2
‑
4h，制得含羧基聚氨酯；(3)向反应烧杯中加入氯化亚砜和聚氨酯预聚体，置于气氛调节反应装置中，在氮气氛围下，加入N,N
‑
二甲基甲酰胺作为催化剂，加热至75
‑
85℃，回流反应3
‑
6h，制得酰氯化聚氨酯；(4)向反应烧杯中加入蒸馏水和丙酮溶剂，加入叠氮化钠，搅拌溶解，在0
‑
5℃下加入酰氯化聚氨酯的丙酮溶液，反应3
‑
8h，得到叠氮化聚氨酯；(5)向反应烧杯中加入N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂、叠氮化聚氨酯、炔基功能化石墨烯、促进剂二乙烯基三胺和催化剂溴化亚铜，置于气氛调节反应装置中，在氮气氛围下，反应12
‑
24h，固体产物溶解在丙酮溶剂中，浇筑在聚四氟乙烯板上，真空脱泡并成膜，得到功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，应用到阻燃性聚氨酯材料中。2.根据权利要求1所述的一种功能化石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚明华，
申请(专利权)人：嘉兴市嘉誉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：