一种石墨烯改性硬质聚氨酯及其制备方法技术

本申请涉及建筑保温技术领域，具体公开了一种石墨烯改性硬质聚氨酯及其制备方法。一种石墨烯改性硬质聚氨酯，包括以下原料；聚醚多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、水、改性氧化石墨烯、石墨粉、阻燃剂、多异氰酸酯；所述改性氧化石墨烯经过改性剂处理的氧化石墨烯，所述改性剂包括三聚氯氰与多异氰酸酯；其制备方法为：先将除多异氰酸酯外的原料混合均匀，然后加入多异氰酸酯混合10

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯改性硬质聚氨酯及其制备方法


[0001]本申请涉及建筑保温
，更具体地说，它涉及一种石墨烯改性硬质聚氨酯及其制备方法。

技术介绍

[0002]硬质聚氨酯泡沫是在发泡剂、催化剂和泡沫稳定剂等存在的情况下，由多元醇和多异氰酸酯反应制得。由于硬质聚氨酯泡沫重量轻、绝热性好等特点，所以广泛用于城市供热管道、冷藏设备等领域。近年来，随着建筑业节能材料在我国的渗入发展，硬质聚氨酯泡沫各种优良的性能被建筑行业的人士看好，该材料逐渐用于建筑屋面、墙体等建筑领域。随着对建筑材料的要求的提高，对硬质聚氨酯也提出了更高的要求。
[0003]石墨烯是单层碳原子以六元环的形式紧密堆积在一起，形成蜂窝状结构的特殊二维片状纳米结构，石墨烯具有的特殊二维结构赋予了石墨烯优异的力学、热学、电学等性能，被广泛应用于各个领域。利用聚氨酯分子基团性能的差异性和石墨烯良好的功能性，制备的石墨烯改性聚氨酯合材料在发泡、接枝、掺杂等方面表现优良，因此在电磁屏蔽、导电、阻燃、耐腐蚀及生物抗菌等领域中具有潜在的应用价值。
[0004]针对上述相关技术，申请人发现，石墨烯改性硬质聚氨酯虽然可以改善聚氨酯泡沫的阻燃、保温性能，但是聚氨酯泡沫的力学性能却有所下降。

技术实现思路

[0005]为了在提高异氰酸酯保温性能的同时，提高其力学性能，本申请提供一种石墨烯改性硬质聚氨酯及其制备方法。
[0006]第一方面，本申请提供一种石墨烯改性硬质聚氨酯，采用如下的技术方案：一种石墨烯改性硬质聚氨酯，包括以下重量份原料；聚醚多元醇100
‑
125份、催化剂1
‑
2.2份、发泡剂5
‑
9份、泡沫稳定剂1.5
‑
3份、水0
‑
0.1份、改性氧化石墨烯0.2
‑
0.6份、石墨粉0.3
‑
1份、阻燃剂1
‑
10份、多异氰酸酯120
‑
140份；所述改性氧化石墨烯经过改性剂处理的氧化石墨烯，所述改性剂包括三聚氯氰与多异氰酸酯。
[0007]通过采用上述技术方案，氧化石墨烯与石墨粉复配作为无机填料加入到聚醚多元醇中制备硬质聚氨酯，可以提高硬质聚氨酯保温性能与阻燃性能，但是氧化石墨烯具有很强的亲水性，在聚氨酯泡沫材料中的分散性很差，与聚氨酯泡沫材料相容性差，使得聚氨酯泡沫的力学强度变差。
[0008]氧化石墨烯是羧基化、羟基化、环氧基化石墨烯衍生物，片层中间含有羟基、环氧基，片层边缘则是羧基和羟基。用三聚氯氰与多异氰酸酯对氧化石墨烯进行复合改性，三聚氯氰上的氯与氧化石墨烯上的羟基反应，使得三聚氯氰接枝到氧化石墨烯上，接枝在石墨烯片层上的有机物会破坏石墨烯的片层结构，改性产物的粒度降低，粒径减小，比表面积越大，表面能越高，表面积的增大有利于提升无机材料与高分子材料的相容性；同时，多异氰
酸酯分子中的异氰酸酯基团与氧化石墨烯表面的羟基进行反应，形成酰胺键，将氧化石墨烯以化学键合的方式连接到多异氰酸酯分子中。复合改性后的氧化石墨烯能够均匀、稳定地分散在聚醚多元醇材料中，并且改性后的反应产物无须分离，可直接与其他组分混合进行发泡，有利于提高硬质聚氨酯的力学性能。
[0009]优选的，所述改性剂与氧化石墨烯的重量比为(3
‑
6)：1。
[0010]优选的，所述改性石墨烯的制备过程中三聚氯氰与多异氰酸酯的重量比为(1.5
‑
3)：1。
[0011]通过采用上述技术方案，通过调节改性剂与氧化石墨烯的配比，来调整氧化石墨烯上接枝的有机物的数量；调节三聚氯氰与多异氰酸酯的配比，来调整氧化石墨烯表面接枝的三聚氯氰与多异氰酸酯的比例，在本申请限定的配比范围中，制得的聚氨酯泡沫的力学性能更优。
[0012]优选的，所述改性氧化石墨烯的制备方法为：1)将氧化石墨烯分散于四氢呋喃中，得到氧化石墨烯分散液；2)将三聚氯氰、多异氰酸酯、缚酸剂加入氧化石墨烯分散液中，进行反应，反应结束后除去四氢呋喃，加入盐酸，混合后过滤、洗涤、干燥得到改性氧化石墨烯。
[0013]通过采用上述技术方案，在接枝反应中加入缚酸剂，三聚氯氰与羟基的反应中，三聚氯氰的Cl
‑
先离去形成碳正离子，而后碳正离子与羟基反应，释放出游离的H+，游离的H+则被缚酸剂吸收，以促进反应的进行。
[0014]优选的，所述三聚氯氰与缚酸剂的重量比为1：(1.5
‑
2)。
[0015]通过采用上述技术方案，本申请限定的三聚氯氰与缚酸剂的配比，可以更好的促进反应的进行。缚酸剂过量会降低三聚氯氰碳正离子与石墨烯片层羟基的碰撞几率，在相同的反应时间内，接枝率降低；缚酸剂用量较少时，不能及时地与佯盐的H+发生结合，也会阻碍反应的正向进行。
[0016]优选的，所述步骤2)中反应条件为：初始反应温度为0
‑
5℃，反应8
‑
10h后，以0.5
‑
1℃/min的速度升温至30
‑
40℃，然后保温反应1
‑
2h。
[0017]通过采用上述技术方案，通过调控反应温度，控制反应的进行，先在低温下进行三聚氯氰与氧化石墨烯的接枝反应，使得氧化石墨烯粒径减小，且三聚氯氰接枝在氧化石墨烯边缘的羟基上，然后再与多异氰酸酯进行接枝反应，多异氰酸酯接枝在氧化石墨烯中间的羟基上，调整改性氧化石墨烯的结构，有利于提高改性氧化石墨烯与聚醚多元醇的结合性能，进一步提高聚氨酯力学性能。
[0018]优选的，还包括2
‑
3份乙二醇丁醚醋酸酯。
[0019]通过采用上述技术方案，乙二醇丁醚醋酸酯含有羟基，可以与异氰酸酯的NCO基团反应，利用其自身结构中的醚键进行增韧；且乙二醇丁醚醋酸酯表面张力低，可起到类似表面活性剂的降低表面张力作用，可以促进无机填料与聚醚多元醇的结合，有利于提高力学性能。
[0020]第二方面，本申请提供一种石墨烯改性硬质聚氨酯的制备方法的制备方法，采用如下的技术方案：一种石墨烯改性硬质聚氨酯的制备方法的制备方法，包括以下步骤：先将除多异氰酸酯外的原料混合均匀，然后加入多异氰酸酯混合10
‑
15s，然后进
行自由发泡，得到石墨烯改性硬质聚氨酯。
[0021]通过采用上述技术方案，制备方法简单易操作，对生产设备没有特殊需求，适合工业化生产。
[0022]综上所述，本申请具有以下有益效果：1、由于本申请采用三聚氯氰与多异氰酸酯对氧化石墨烯进行复合改性得到的改性氧化石墨烯制备硬质聚氨酯，三聚氯氰上的氯与氧化石墨烯上的羟基反应，使得三聚氯氰接枝到氧化石墨烯上，改性产物的粒度降低，粒径减小，比表面积越大，表面能升高；同时，多异氰酸酯分子中的异氰酸酯基团与氧化石墨烯表面的羟基进行反应，形成酰胺键，将氧化石墨烯以化学键合的方式连接到多异氰酸酯分子中。复合改性后的氧化石墨烯能够均匀、稳定地分散在聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性硬质聚氨酯，其特征在于：包括以下重量份原料；聚醚多元醇100
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125份、催化剂1
‑
2.2份、发泡剂5
‑
9份、泡沫稳定剂1.5
‑
3份、水0
‑
0.1份、改性氧化石墨烯0.2
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0.6份、石墨粉0.3
‑
1份、阻燃剂1
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10份、多异氰酸酯120
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140份；所述改性氧化石墨烯经过改性剂处理的氧化石墨烯，所述改性剂包括三聚氯氰与多异氰酸酯。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性硬质聚氨酯，其特征在于：所述改性剂与氧化石墨烯的重量比为（3
‑
6）：1。3.根据权利要求2所述的一种石墨烯改性硬质聚氨酯，其特征在于：所述改性石墨烯的制备过程中三聚氯氰与多异氰酸酯的重量比为（1.5
‑
3）：1。4.根据权利要求3所述的一种石墨烯改性硬质聚氨酯，其特征在于：所述改性氧化石墨烯的制备方法为：1）将氧化石墨烯分散于四氢呋喃中，得到氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永信，梁芬，张红彦，王颖浩，
申请(专利权)人：北京盛信鑫源新型建材有限公司，
类型：发明
国别省市：