CN107573676A - 一种石墨烯‑聚氨酯弹性体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯‑聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：石墨烯粉体制备；将聚酯多元醇、异氰酸酯和丁二醇三种原料混合，得到混合物A；将催化剂、抗氧化剂、润滑剂、紫外吸收剂及耐水解剂混合均匀，得到混合物B；将混合物A和混合物B混合后固化成板片，随后将板片切粒与石墨烯粉体和偶联剂共混反应的到墨烯‑聚氨酯弹性体。本发明在利用偶联剂分别与聚氨酯和石墨烯表面活性基团的反应，将石墨烯掺杂在聚氨酯弹性体内，因为石墨烯本身具有超轻、高强度、高耐磨等性能，进而提高了石墨烯‑聚氨酯弹性体材料的强度和耐磨性。

Description

一种石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米石墨烯材料掺杂聚氨酯弹性体领域，具体涉及一种石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)不仅具有交联性聚氨酯的高强度、高耐磨等橡胶特性，而且具备线性高分子材料的热塑性能，从而使其应用得以扩展到塑料领域。尤其是近几十年，TPU已经成为发展最快的高分子材料之一。
热塑性聚氨酯分子链中包含氨酯基(-NH-COO-)或异氰酸酯基(-NCO)的大分子化合物。聚氨酯胶膜具有较好的耐低温性、柔韧性和粘附性，但是耐水性和耐高温性较差。聚氨酯胶膜具有环保、安全、无毒、耐寒、耐屈挠、涂层耐酸碱、成膜性好，粘结牢，透气性好等优点，广泛应用于皮革领域。但是，相对真皮材质，聚氨酯材料耐磨性较差，比较容易磨破，影响产品美观。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法，用以解决现有技术中的聚氨酯用于皮革领域耐磨性较差的问题。
本发明提供了一种石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然石墨与酸性溶液混合搅拌，先后加入催化剂和膨胀插层剂，搅拌5～10min后，室温静置反应5min～1h，得到石墨烯前驱体；将石墨烯前驱体用水多次冲洗，然后置于超声波中超声剥离5min～1h，得到石墨烯分散液；将石墨烯分散液离心处理，得到初级石墨烯，将初级石墨烯水洗多次，随后进行原位冷冻干燥，出去水分后得到石墨烯粉体；
(2)将聚酯多元醇、异氰酸酯和丁二醇三种原料混合，得到混合物A；
(3)将催化剂、抗氧化剂、润滑剂、紫外吸收剂及耐水解剂混合均匀，得到混合物B；
(4)分别将一定量的混合物A和混合物B打入混合头，高速旋转的转子将其混合均匀后注在输送带上，物料通过烘道固化成板片；
(5)将步骤(4)多的板片切粒后和步骤(1)所得石墨烯粉体按一定比例加入混炼机，随后加入一定量的偶联剂，进行混合反应，得到石墨烯-聚氨酯弹性体。
进一步的，所述催化剂为钛酸甲酯、钛酸乙酯、钛酸丙酯、钛酸丁酯中的一种或几种的混合物。
进一步的，所述抗氧化剂选自下述物质中的一种或几种：2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、四[β-(3，5–二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯。
进一步的，所述润滑剂为硬脂酸酰胺和/或油酸酰胺。
进一步的，所述偶联剂包括有机络合物、硅烷类、钛酸酯类、铝酸化合物中的一种或几种。
采用上述本发明技术方案的有益效果是：
本发明在利用偶联剂分别与聚氨酯和石墨烯表面活性基团的反应，将石墨烯掺杂在聚氨酯弹性体内，因为石墨烯本身具有超轻、高强度、高耐磨等性能，进而提高了石墨烯-聚氨酯弹性体材料的强度和耐磨性，同时复合材料具有抗静电、抗菌和防臭等优良特性，本发明方法操作简便，可大规模生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然石墨与酸性溶液混合搅拌，先后加入催化剂和膨胀插层剂，搅拌5～10min后，室温静置反应1h，得到石墨烯前驱体；将石墨烯前驱体用水多次冲洗，然后置于超声波中超声剥离1h，得到石墨烯分散液；将石墨烯分散液离心处理，得到初级石墨烯，将初级石墨烯水洗多次，随后进行原位冷冻干燥，出去水分后得到石墨烯粉体；
(2)将聚酯多元醇、异氰酸酯和丁二醇三种原料混合，得到混合物A；
(3)将钛酸甲酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、硬脂酸酰胺、紫外吸收剂及耐水解剂混合均匀，得到混合物B；
(4)分别将一定量的混合物A和混合物B打入混合头，高速旋转的转子将其混合均匀后注在输送带上，物料通过烘道固化成板片；
(5)将步骤(4)多的板片切粒后和步骤(1)所得石墨烯粉体按一定比例加入混炼机，随后加入一定量的有机络合物偶联剂，进行混合反应，得到石墨烯-聚氨酯弹性体。
实施例2
石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然石墨与酸性溶液混合搅拌，先后加入催化剂和膨胀插层剂，搅拌5～10min后，室温静置反应1h，得到石墨烯前驱体；将石墨烯前驱体用水多次冲洗，然后置于超声波中超声剥离1h，得到石墨烯分散液；将石墨烯分散液离心处理，得到初级石墨烯，将初级石墨烯水洗多次，随后进行原位冷冻干燥，出去水分后得到石墨烯粉体；
(2)将聚酯多元醇、异氰酸酯和丁二醇三种原料混合，得到混合物A；
(3)将钛酸丁酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、硬脂酸酰胺和油酸酰胺的混合物、紫外吸收剂及耐水解剂混合均匀，得到混合物B；
(4)分别将一定量的混合物A和混合物B打入混合头，高速旋转的转子将其混合均匀后注在输送带上，物料通过烘道固化成板片；
(5)将步骤(4)多的板片切粒后和步骤(1)所得石墨烯粉体按一定比例加入混炼机，随后加入一定量的硅烷类偶联剂，进行混合反应，得到石墨烯-聚氨酯弹性体。
实施例3
石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然石墨与酸性溶液混合搅拌，先后加入催化剂和膨胀插层剂，搅拌5～10min后，室温静置反应1h，得到石墨烯前驱体；将石墨烯前驱体用水多次冲洗，然后置于超声波中超声剥离1h，得到石墨烯分散液；将石墨烯分散液离心处理，得到初级石墨烯，将初级石墨烯水洗多次，随后进行原位冷冻干燥，出去水分后得到石墨烯粉体；
(2)将聚酯多元醇、异氰酸酯和丁二醇三种原料混合，得到混合物A；
(3)将钛酸丁酯、四[β-(3，5–二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、油酸酰胺的混合物、紫外吸收剂及耐水解剂混合均匀，得到混合物B；
(4)分别将一定量的混合物A和混合物B打入混合头，高速旋转的转子将其混合均匀后注在输送带上，物料通过烘道固化成板片；
(5)将步骤(4)多的板片切粒后和步骤(1)所得石墨烯粉体按一定比例加入混炼机，随后加入一定量的钛酸酯类偶联剂，进行混合反应，得到石墨烯-聚氨酯弹性体。
实施例1-3的性能测试结果如下，以下据根据GB21148-2007中方法检测得到：
磨耗量(mm3) 表面电阻率(Ω·cm)
实施例1 16.87 1.38×108
实施例2 15.46 1.23×108
实施例3 17.35 1.47×108
综上，本发明在利用偶联剂分别与聚氨酯和石墨烯表面活性基团的反应，将石墨烯掺杂在聚氨酯弹性体内，因为石墨烯本身具有超轻、高强度、高耐磨等性能，进而提高了石墨烯-聚氨酯弹性体材料的强度和耐磨性，同时复合材料具有抗静电、抗菌和防臭等优良特性，本发明方法操作简便，可大规模生产。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将天然石墨与酸性溶液混合搅拌，先后加入催化剂和膨胀插层剂，搅拌5～10min后，室温静置反应5min～1h，得到石墨烯前驱体；将石墨烯前驱体用水多次冲洗，然后置于超声波中超声剥离5min～1h，得到石墨烯分散液；将石墨烯分散液离心处理，得到初级石墨烯，将初级石墨烯水洗多次，随后进行原位冷冻干燥，出去水分后得到石墨烯粉体；
(2)将聚酯多元醇、异氰酸酯和丁二醇三种原料混合，得到混合物A；
(3)将催化剂、抗氧化剂、润滑剂、紫外吸收剂及耐水解剂混合均匀，得到混合物B；
(4)分别将一定量的混合物A和混合物B打入混合头，高速旋转的转子将其混合均匀后注在输送带上，物料通过烘道固化成板片；
(5)将步骤(4)多的板片切粒后和步骤(1)所得石墨烯粉体按一定比例加入混炼机，随后加入一定量的偶联剂，进行混合反应，得到石墨烯-聚氨酯弹性体。
2.根据权利要求1所述的石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述催化剂为钛酸甲酯、钛酸乙酯、钛酸丙酯、钛酸丁酯中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述抗氧化剂选自下述物质中的一种或几种：2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、四[β-(3，5–二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯。
4.根据权利要求1所述的石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸酰胺和/或油酸酰胺。
5.根据权利要求1所述的石墨烯-聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述偶联剂包括有机络合物、硅烷类、钛酸酯类、铝酸化合物中的一种或几种。
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