CN106832189A - 一种石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将石墨烯加入多元醇中混合均匀；向石墨烯和多元醇的混合物中加入助剂；再加入异氰酸酯，与多元醇反应制得石墨烯聚氨酯复合材料。本发明通过石墨烯更为均匀地分散在聚氨酯中，从而获得导热性能良好的聚氨酯复合材料。

Description

一种石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备领域，更具体涉及一种石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯具有较大的比表面积、较高的热导率和电导率以及优异的力学性能，将石墨烯作为功能填料或添加剂加入到高聚物中，可以提高聚合物的导热导电性能。但在石墨烯的应用过程中发现，石墨烯极易发生团聚而在复合材料中难以分散均匀。常用的将石墨烯、树脂以及助剂经过机械熔融混合法制备的复合材料中，石墨烯无法达到良好的分散，其结果造成石墨烯优异的物理性能不能充分的发挥，同时复合材料的机械性能受到影响。另外有一些常见的化学接枝的方法对石墨烯材料表面进行改性，意在提高石墨烯在高分子聚合物中的分散性，但这种方法往往会破坏石墨烯的晶体结构，从而影响了复合材料的整体性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种既可以提高石墨烯在高聚物中的分散性能又不会破坏石墨烯的晶体结构的石墨烯聚氨酯复合材料的制备工艺。
根据本发明的一个方面，提供了了一种石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将石墨烯加入多元醇中混合均匀；
向石墨烯和多元醇的混合物中加入助剂；
再加入异氰酸酯，与多元醇反应制得石墨烯聚氨酯复合材料。
根据本发明的另一个方面，提供了一种石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
对石墨烯进行预处理，所述预处理包括浸润、插层、预混和超声；
将预处理过的石墨烯加入到多元醇中，并加入助剂，混合均匀制得混合液；
对所述混合液进行再处理，所述再处理包括搅拌、超声和过滤；
对经过再处理的混合液进行高压均值处理；
向经过高压均值处理的混合液中加入异氰酸酯，与多元醇反应制得石墨烯聚氨酯复合材料。
在一些实施方式中，所述多元醇选自聚酯多元醇、聚醚多元醇和接枝多元醇中的一种或是几种。
在一些实施方式中，所述多元醇是羟值为26-37。
在一些实施方式中，所述助剂与石墨烯的质量百分比为0.1％-10％，所述助剂包括催化剂、发泡剂、扩链剂、交联剂和表面活性剂，所述发泡剂选自一氟二氯乙烷、环戊烷、水、二氯乙烷和氟利昂中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述异氰酸酯选自二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯的一种或几种。
在一些实施方式中，所述多元醇和异氰酸酯的质量比为100:40-50。
在一些实施方式中，所述多元醇与异氰酸酯的异氰酸酯指数为1.05-1.25。
在一些实施方式中，所述高压均质处理的压力为500-2000Bar，所述高压均质处理的时间为10-30分钟。
在一些实施方式中，所述石墨烯聚氨酯复合材料包括质量百分比为5％-30％的石墨烯。
其有益效果为：本发明的聚醚多元醇使得石墨烯、助剂能更易制成混合液。
本发明对石墨烯进行预处理，可以减小石墨烯分散的阻力，增加石墨烯的分散效果。对混合物A再处理，确保浆体中无气泡，使得聚醚多元醇、石墨烯和助剂在溶剂分散的更均匀，浆体更细化。
质量比为100:40-50的聚醚多元醇与异氰酸酯利于石墨烯的分散。
基于石墨烯材料堆积密度小和比表面积大特点，将石墨烯占石墨烯聚氨酯复合材料的质量百分比控制在1％-30％之内，既能保证石墨烯的性能得到发挥，又可防止聚氨酯不具有机械性能价值。
0.1％-10％的助剂的加入可使石墨烯在有机介质中的分散更为均匀，并增加了复合材料中石墨烯和聚合物间的相容性和结合力。
本发明通过高压均质的分散方法使团聚的石墨烯解聚并分散到聚醚多元醇中，在高压的外力作用下，石墨烯层间作用力被消弱，同时借助石墨烯的六边形结构与含苯环的树脂间的范德华作用力，使得原本处于团聚状态的石墨烯逐渐实现解聚，达到良好的分散状态，再加入异氰酸酯与聚醚多元醇进行反应，继而形成均匀稳定的热传递网络，使制得的复合材料导热均匀，耐热性增加。
本发明通过石墨烯更为均匀地分散在聚氨酯中，从而获得导热性能良好的聚氨酯复合材料。
具体实施方式
实施例一
对石墨烯进行浸润、插层、预混和超声的预处理，取8.7g经过预处理过的石墨烯加入100g羟值为36.5、分子量为4800的330N的聚醚多元醇中，超声搅拌上述混合物2h，至石墨烯完全分散在聚醚多元醇中。继续加入0.1g的水、0.2g33％的三乙烯二胺溶液(A33)、0.3g二甲基乙醇胺(DMEA)、6g乙二醇、10g环戊烷后进行搅拌和超声处理，再进行高压均质处理至浆体中无大颗粒后过滤。高压均质处理的压力为500-2000Bar，所述高压均质处理的时间为10-30分钟。向滤液中加入44g异氰酸酯为1.05二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，迅速搅拌倒入模具中得到石墨烯含量为5％的石墨烯聚氨酯复合材料。
本实施例制得的石墨烯聚氨酯复合材料导热系数为0.0553W/m K，大于聚氨酯材料的0.022-0.025W/m K的导热系数，导热性能显著提高。因此，石墨烯聚氨酯复合材料的导热性能比聚氨酯材料显著增加。表明本石墨烯聚氨酯复合材料中的石墨烯较为均匀地分散在聚氨酯中，并具有较好的导热性能。
实施例二
对石墨烯进行浸润、插层、预混和超声的预处理，将15g经过预处理过的石墨烯加入100g羟值为36.5、分子量为4800的330N聚醚多元醇中，超声搅拌上述混合物2h，至石墨烯完全分散中聚醚多元醇中。加入0.2g的水，0.2g质量分数为70％的双(二甲氨基乙基)醚和30％的一缩二丙二醇配成的溶液(A1)、0.85g二甲基乙醇胺(DMEA)、6g乙二醇、16g二氯乙烷后进行搅拌和超声处理，再进行高压均质处理至浆体中无大颗粒后过滤。高压均质处理的压力为500-2000Bar，所述高压均质处理的时间为10-30分钟。向滤液中加入44g异氰酸酯指数为1.05的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，并迅速搅拌倒入模具中得到石墨烯含量为10％的石墨烯聚氨酯复合材料。
本实施例制得的石墨烯聚氨酯复合材料导热系数为0.2026W/m K，大于聚氨酯材料的0.022-0.025W/m K的导热系数，导热性能显著提高。因此，石墨烯聚氨酯复合材料的导热性能比聚氨酯材料显著增加。表明本石墨烯聚氨酯复合材料中的石墨烯较为均匀地分散在聚氨酯中，并具有较好的导热性能。
实施例三
对石墨烯进行浸润、插层、预混和超声的预处理，将8.8g石墨烯加入80g羟值为36.5、分子量为4800的330N聚醚多元醇和20g羟值为27.5的接枝聚醚多元醇(POP)混合物中，聚醚多元醇的分子量为4800，超声搅拌上述混合物2h，至石墨烯完全分散。加入0.2g的水，0.2gA1、0.85g二甲基乙醇胺(DMEA)、6g乙二醇、16g二氯乙烷后进行搅拌和超声处理，再进行高压均质处理至浆体中无大颗粒后过滤。高压均质处理的压力为500-2000Bar，所述高压均质处理的时间为10-30分钟。向滤液中加入50g异氰酸酯指数为1.25的异佛尔酮二异氰酸酯，并迅速搅拌倒入模具中得到石墨烯含量为5％的石墨烯聚氨酯复合材料。
本本实施例制得的石墨烯聚氨酯复合材料导热系数为0.1682W/m K，大于聚氨酯材料的0.022-0.025W/m K的导热系数，导热性能显著提高。因此，石墨烯聚氨酯复合材料的导热性能比聚氨酯材料显著增加。表明本石墨烯聚氨酯复合材料中的石墨烯较为均匀地分散在聚氨酯中，并具有较好的导热性能。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将石墨烯加入多元醇中混合均匀；
向石墨烯和多元醇的混合物中加入助剂；
再加入异氰酸酯，与多元醇反应制得石墨烯聚氨酯复合材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
对石墨烯进行预处理，所述预处理包括浸润、插层、预混和超声；
将预处理过的石墨烯加入到多元醇中，并加入助剂，混合均匀制得混合液；
对所述混合液进行再处理，所述再处理包括搅拌、超声和过滤；
对经过再处理的混合液进行高压均值处理；
向经过高压均值处理的混合液中加入异氰酸酯，与多元醇反应制得石墨烯聚氨酯复合材料。
3.根据权利要求1所述的石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述多元醇选自聚酯多元醇、聚醚多元醇和接枝多元醇中的一种或是几种。
4.根据权利要求2所述的石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述多元醇是羟值为26-37。
5.根据权利要求1所述的石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述助剂与石墨烯的质量百分比为0.1％-10％，所述助剂包括催化剂、发泡剂、扩链剂、交联剂和表面活性剂，所述发泡剂选自一氟二氯乙烷、环戊烷、水、二氯乙烷和氟利昂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯选自二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述多元醇和异氰酸酯的质量比为100:40-50。
8.根据权利要求6所述的石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述多元醇与异氰酸酯的异氰酸酯指数为1.05-1.25。
9.根据权利要求2所述的石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述高压均质处理的压力为500-2000Bar，所述高压均质处理的时间为10-30分钟。
10.根据权利要求1所述的石墨烯聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯聚氨酯复合材料包括质量百分比为5％-30％的石墨烯。
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