CN103382244A - 一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法 - Google Patents

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董巍
张文生
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一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法，涉及一种泡沫复合材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有的石墨烯/聚氨酯复合材料的制备方法中使用石墨烯作为原材料而导致成本高，并且工艺复杂，不适合大规模工业化生产的技术问题。本发明的制备方法如下：一、称量；二、干燥；三、原料混合；四、静止发泡。本发明制备的石墨烯/聚氨酯复合材料可以应用于塑料产品中。

Description

一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法
技术领域
本发明涉及一种泡沫复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯作为一种新兴的重要的碳材料，其二维平面材料能在室温下稳定存在，且具有优异的电学特性、力学特性、热学特性和光学特性，而被广泛深入研究，其本身也蕴藏着巨大的应用价值。
聚氨酯为聚氨基甲酸酯的简称，由醇和异氰酸酯反应而成，由于不同反应原料及工艺因素对聚氨酯材料形态有很大影响，因此聚氨酯类聚合物可以制成塑料、香蕉、纤维、涂料、粘合剂等，聚氨酯已成为塑料中应用最广的品种之一。
但是聚氨酯属于高分子材料，有大量因发泡反应产生的气体充斥在其中，导致其具有很薄的内壁，本征耐热性不高，大大限制了聚氨酯的实际应用。石墨烯具有很好的耐热性，其热分解温度能够达到1000℃以上。通过将石墨与聚氨酯插层混合，在发泡膨胀的过程产生石墨烯，使得其与聚氨酯产生物理掺杂及少量的化学掺杂，可以提高聚氨酯的耐热性。
现有的石墨烯/聚氨酯复合材料的制备方法中使用石墨烯作为原材料而导致成本高，并且工艺复杂，不适合大规模工业化生产。
发明内容
本发明的目的是要解决现有的石墨烯/聚氨酯复合材料的制备方法中使用石墨烯作为原材料而导致成本高，并且工艺复杂，不适合大规模工业化生产的技术问题，从而提供一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法。
本发明的一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法按以下步骤进行：
一、按重量份数称取18240份～49530份的聚醚多元醇、15份～30份的二月桂酸二丁基锡、15份～3000份的三乙醇胺、15份～5830份的二甲基硅油、15份～5830份的蒸馏水、3份～30000份的石墨和48980份～77070份的异氰酸酯；
二、将步骤一称取的18240份～49530份的聚醚多元醇置于烘箱中在80℃～110℃的条件下烘干1h～3h得到干燥的聚醚多元醇；
三、将步骤一称取的15份～30份的二月桂酸二丁基锡、15份～3000份的三乙醇胺、15份～5830份的二甲基硅油、15份～5830份的蒸馏水、3份～30000份的石墨和步骤二中得到的干燥的聚醚多元醇混合，经过超声振荡2h～12h后得到均匀混合物；
四、将步骤一称取的48980份～77070份的异氰酸酯与步骤三得到的均匀混合物混合均匀，在常温下静止放置1min～5min，即得到石墨烯/聚氨酯复合材料。
本发明有如下优点：
1、本方法与传统制备石墨烯/聚氨酯复合材料的方法相比，本方法不需要使用价格昂贵的石墨烯为反应原料，而是利用插层导入的方法将聚醚多元醇导入石墨片层间，从而使石墨片层间距加大，转变为石墨烯，即只需石墨及聚氨酯进行常温原位反应发泡，节省了50％成本，且适合大规模工业化生产；
2、本方法步骤三中的发泡过程可在低温、室温或高温和常压或高压下进行，可以灵活的适应不同的反应环境；
3、通过控制异氰酸酯的重量份数可以调控石墨烯/聚氨酯复合材料的体积；通过控制二月桂酸二丁基锡和三乙醇胺的重量份数可以调控石墨烯/聚氨酯复合材料的泡孔尺寸。
附图说明
图1是试验一所制备的聚氨酯材料的DTG曲线；
图2是试验一所制备的聚氨酯材料的TG曲线；
图3是试验二所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料的DTG曲线；
图4是试验二所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料的TG曲线；
图5是试验二所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料的DTG曲线；
图6是试验二所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料的TG曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法是按以下步骤进行的：
一、按重量份数称取18240份～49530份的聚醚多元醇、15份～30份的二月桂酸二丁基锡、15份～3000份的三乙醇胺、15份～5830份的二甲基硅油、15份～5830份的蒸馏水、3份～30000份的石墨和48980份～77070份的异氰酸酯；
二、将步骤一称取的18240份～49530份的聚醚多元醇置于烘箱中在80℃～110℃的条件下烘干1h～3h得到干燥的聚醚多元醇；
三、将步骤一称取的15份～30份的二月桂酸二丁基锡、15份～3000份的三乙醇胺、15份～5830份的二甲基硅油、15份～5830份的蒸馏水、3份～30000份的石墨和步骤二中得到的干燥的聚醚多元醇混合，经过超声振荡2h～12h后得到均匀混合物；
四、将步骤一称取的48980份～77070份的异氰酸酯与步骤三得到的均匀混合物混合均匀，在常温下静止放置1min～5min，即得到石墨烯/聚氨酯复合材料。
本实施方式有如下优点：
1、本方法与传统制备石墨烯/聚氨酯复合材料的方法相比，本方法不需要使用价格昂贵的石墨烯为反应原料，而是利用插层导入的方法将聚醚多元醇导入石墨片层间，从而使石墨片层间距加大，转变为石墨烯，即只需石墨及聚氨酯进行常温原位反应发泡，节省了50％成本，且适合大规模工业化生产；
2、本方法步骤三中的发泡过程可在低温、室温或高温和常压或高压下进行，可以灵活的适应不同的反应环境；
3、通过控制异氰酸酯的重量份数可以调控石墨烯/聚氨酯复合材料的体积；通过控制二月桂酸二丁基锡和三乙醇胺的重量份数可以调控石墨烯/聚氨酯复合材料的泡孔尺寸。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中按重量份数称取20000份～40000份的聚醚多元醇、20份～25份的二月桂酸二丁基锡、1000份～2000份的三乙醇胺、2000份～4000份的二甲基硅油、2000份～4000份的蒸馏水、5000份～10000份的石墨和50000份～60000份份的异氰酸酯。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤二中在90℃～100℃的条件下烘干1.5h～2.5h。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中经过超声振荡5h～7h后得到均匀混合物。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中在常温下静止放置2min～4min，即得到石墨烯/聚氨酯复合材料。其它与具体实施方式一至四之一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验作为对比试验，在步骤二中不加入石墨，制备聚氨酯材料，制备方法是按以下方法实现：
一、将10g的聚醚多元醇置于烘箱中在110℃的条件下烘干2h得到干燥的聚醚多元醇；
二、将0.015g的二月桂酸二丁基锡、0.100g份的三乙醇胺、0.1g份的二甲基硅油、0.1g的蒸馏水和步骤一中得到的干燥的聚醚多元醇均匀混合后得到均匀混合物；
三、将10g的异氰酸酯与步骤二得到的均匀混合物混合均匀，在常温下静止放置2min，即得到聚氨酯材料。
图1是试验一所制备的聚氨酯材料的DTG曲线，图2是试验一所制备的聚氨酯材料的TG曲线，从图2中可以看出，本试验所制备的聚氨酯的质量从282.2℃左右开始降低，直到592℃左右质量不再变化；从图1可以看出在310℃左右时，本试验所制备的聚氨酯质量损失最大、最快。
试验二：本试验的一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法是按以下步骤进行的：
一、将10g的聚醚多元醇置于烘箱中在100℃的条件下烘干2h得到干燥的聚醚多元醇；
二、将0.015g的二月桂酸二丁基锡、0.2g的三乙醇胺、0.1g份的二甲基硅油、0.1g的蒸馏水、12g的石墨和步骤一中得到的干燥的聚醚多元醇混合，经过超声振荡7h后得到均匀混合物；
三、将14g的异氰酸酯与步骤二得到的均匀混合物混合均匀，在常温下静止放置3min，即得到石墨烯/聚氨酯复合材料。
图3是试验二所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料的DTG曲线，图4是试验二所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料的TG曲线，从图4中可以看出，本试验所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料在299℃左右时开始发生质量损失，直到617℃左右才停止质量损失；从图3可以看出本试验所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料质量损失最快时的温度为327℃，相比较于试验一的聚氨酯材料，本试验所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料耐热性提高了17℃左右。
试验三：本试验的一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法是按以下步骤进行的：
一、将12g的聚醚多元醇置于烘箱中在100℃的条件下烘干3h得到干燥的聚醚多元醇；
二、将0.02g的二月桂酸二丁基锡、0.4g的三乙醇胺、0.2g的二甲基硅油、0.1g的蒸馏水、8g的石墨和步骤一中得到的干燥的聚醚多元醇混合，经过超声振荡5h后得到均匀混合物；
三、将22g的异氰酸酯与步骤二得到的均匀混合物混合均匀，在常温下静止放置4min，即得到石墨烯/聚氨酯复合材料。
图5是试验三所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料的DTG曲线，图6是试验三所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料的TG曲线，从图6中可以看出，本试验所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料从293℃左右开始发生质量损失，直到630℃左右停止质量损失，从图5可以看出本试验所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料发生质量损失速率最快的温度为328℃，相比较于试验一制备的聚氨酯材料，本试验所制备的石墨烯/聚氨酯复合材料耐热性提高了11℃左右。

Claims (5)

1.一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法，其特征在于石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法是按以下步骤进行的：
一、按重量份数称取18240份～49530份的聚醚多元醇、15份～30份的二月桂酸二丁基锡、15份～3000份的三乙醇胺、15份～5830份的二甲基硅油、15份～5830份的蒸馏水、3份～30000份的石墨和48980份～77070份的异氰酸酯；
二、将步骤一称取的18240份～49530份的聚醚多元醇置于烘箱中在80℃～110℃的条件下烘干1h～3h得到干燥的聚醚多元醇；
三、将步骤一称取的15份～30份的二月桂酸二丁基锡、15份～3000份的三乙醇胺、15份～5830份的二甲基硅油、15份～5830份的蒸馏水、3份～30000份的石墨和步骤二中得到的干燥的聚醚多元醇混合，经过超声振荡2h～12h后得到均匀混合物；
四、将步骤一称取的48980份～77070份的异氰酸酯与步骤三得到的均匀混合物混合均匀，在常温下静止放置1min～5min，即得到石墨烯/聚氨酯复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法，其特征在于步骤一中按重量份数称取20000份～40000份的聚醚多元醇、20份～25份的二月桂酸二丁基锡、1000份～2000份的三乙醇胺、2000份～4000份的二甲基硅油、2000份～4000份的蒸馏水、5000份～10000份的石墨和50000份～60000份份的异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法，其特征在于步骤二中在90℃～100℃的条件下烘干1.5h～2.5h。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法，其特征在于步骤三中经过超声振荡5h～7h后得到均匀混合物。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚氨酯复合材料的原位制备方法，其特征在于步骤四中在常温下静止放置2min～4min，即得到石墨烯/聚氨酯复合材料。
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