一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料及其制法制造技术

本发明专利技术涉及聚氨酯技术领域，且公开了一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料，包括以下配方原料及组分：功能化石墨烯、异氰酸酯单体、聚酯多元醇、二月桂酸二丁基锡、小分子扩链剂、苯胺、过硫酸铵。该一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料，通苯胺与聚氨酯链端的异氰酸酯基团反应，生成活性较高的芳酰胺基，过硫酸钾作为引发剂，与苯胺进行自由基聚合过程形成聚苯胺‑聚氨酯共聚物，聚苯胺中的链端氨基与功能化石墨烯的环氧基团反应，使聚苯胺‑聚氨酯在石墨烯表面原位共聚，改善了石墨烯与聚氨酯的相容性，导电性能优异的聚苯胺分子和石墨烯纳米粒子，形成连续的三维导电通路，提高了聚氨酯材料的电导率和导电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料及其制法
本专利技术涉及聚氨酯
，具体为一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料及其制法。
技术介绍
导电材料具有输送和传导电流的特性，可以分为良导体材料和高电阻材料，如导电塑料和导电橡胶等、可以将导电介质玻璃镀银、铝镀银、石墨烯等分布在材料基体中，通过压力使导电颗粒接触，起到良好的导电效果，导电材料在航天航空、建筑材料、电子电器扥各方面具有重要的作用。聚氨酯分为聚酯型和聚醚型，聚氨酯具有良好的化学稳定性和力学性能，可以制成聚氨酯塑料、聚氨酯纤维、聚氨酯弹性体等材料，广泛应用于家居领域、建筑领域、日用品领域、交通领域、家电领域等，但是聚氨酯的电阻率较高，导电性能较差，限制了聚氨酯材料的实际应用，可以将导电介质如纳米银、石墨烯等纳米材料与聚氨酯相结合，来增强聚氨酯的导电性能，但是石墨烯的比表面积很大，石墨烯粒子之间具有很强的范德华力，导致石墨烯与聚氨酯的分散性很差，在聚氨酯基体中很容易团聚和结块，不仅不能形成均匀地导电通路，同时还有影响材料的机械性能。(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料及其制法，解决了聚氨酯材料的导电性能不高的问题，同时解决了石墨烯在聚氨酯中的分散性很差的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料，包括以下原料及组分：功能化石墨烯、异氰酸酯单体、聚酯多元醇、二月桂酸二丁基锡、小分子扩链剂、苯胺、过硫酸铵，其中异氰酸酯单体为异佛尔酮二异氰酸酯或二甲基联苯二异氰酸酯中的任意一种、小分子扩链剂为1,4-丁二醇或1,6-己二醇的任意一种。优选的，所述高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入去离子水和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入浓盐酸调节溶液pH至2-3，置于恒温油浴反应器中加热至30-40℃，搅拌均匀后加入氯化亚铁，匀速搅拌反应5-10min，再缓慢滴加质量分数为20-30％的过氧化氢水溶液，匀速搅拌反应1-2h，将溶液离心分离除去溶剂，依次使用稀盐酸和去离子水洗涤固体产物并干燥，制备得到羟基化石墨烯。(2)向反应瓶中加入甲苯溶剂和羟基化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂，置于恒温油浴反应器中加热至100-120℃，匀速搅拌反应5-10h，将溶液减压蒸馏除去溶剂，使用去离子水和乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到功能化石墨烯。(3)向反应瓶中加入聚酯多元醇，在恒温油浴反应器中加热至65-75℃，加入异氰酸酯单体和催化剂二月桂酸二丁基锡，匀速搅拌反应2-3h，再加入丙酮溶剂进行稀释，将温度降至50-60℃，加入小分子扩链剂，匀速搅拌反应2-3h，再加入苯胺组分1，匀速搅拌反应2-3h，将反应瓶置于冰水浴中，在0-5℃下加入缓慢滴加浓盐酸调节溶液pH至1-2，再加入苯胺组分2和功能化石墨烯，搅拌均匀后缓慢滴加过硫酸铵的水溶液，匀速搅拌反应2-4h，将溶液倒入成膜模具中，进行热固化成膜，制备得到高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料。优选的，所述恒温油浴反应器包括保温层、保温层内部设置有油浴槽、保温层内部下方固定连接有恒温加热圈、保温层内部两侧固定连接有支撑杆、支撑杆固定连接有卡环、卡环内部设置有反应瓶、支撑杆设置有卡块、卡块活动连接有调节杆、调节杆固定连接有限位块。优选的，所述步骤(1)中的氧化石墨烯、氯化亚铁和过氧化氢的质量比为1:8-15:120-180。优选的，所述步骤(2)中的硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚基氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的任意一种，与羟基化石墨烯的质量比1:2-6。优选的，所述步骤(3)中的聚酯多元醇、异氰酸酯单体、二月桂酸二丁基锡、小分子扩链剂、苯胺组分1、苯胺组分2、功能化石墨烯和过硫酸铵的质量比为100:40-60:4-8:0.5-1:8-15:0.5-5:20-38。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：该一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料，通过在氯化亚铁和过氧化氢体系下，产生的羟基自由基与氧化石墨烯表面的碳原子发生化学键合，得到高羟基含量的氧化石墨烯，大量羟基基团很容易与环氧化硅烷偶联剂反应，得到高环氧基团含量的功能化石墨烯，在合成聚氨酯过程中加入的苯胺，在催化剂作用下，与聚氨酯链端的异氰酸酯基团反应，生成活性较高的芳酰胺基，在盐酸的作用下酰胺基形成N自由基正离子，过硫酸钾作为引发剂，进一步与苯胺进行自由基聚合过程形成聚苯胺-聚氨酯共聚物，同时聚苯胺中的链端氨基与功能化石墨烯的环氧基团反应，使聚苯胺-聚氨酯在石墨烯表面原位共聚，通过化学共价接枝的方法使石墨烯与聚氨酯通过聚苯胺分子有机结合，显著改善了石墨烯与聚氨酯的相容性，导电性能优异的聚苯胺分子和石墨烯纳米粒子，在聚氨酯基团中形成连续的三维导电通路，使石墨烯原位接枝聚氨酯材料表现出较高的电导率和优异的导电性能。附图说明图1是恒温油浴反应器正面示意图；图2是卡环俯视示意图；图3是调节杆调节示意图；图4是功能化石墨烯的扫描电子显微镜SEM图；图5是功能化石墨烯的傅里叶变换红外光谱仪FT-IR图。1、恒温油浴反应器；2、保温层；3、油浴槽；4、恒温加热圈；5、支撑杆；6、卡环；7、反应瓶；8、卡块；9、调节杆；10限位块。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下具体实施方式和实施例：一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料，包括以下原料及组分：功能化石墨烯、异氰酸酯单体、聚酯多元醇、二月桂酸二丁基锡、小分子扩链剂、苯胺、过硫酸铵，其中异氰酸酯单体为异佛尔酮二异氰酸酯或二甲基联苯二异氰酸酯中的任意一种、小分子扩链剂为1,4-丁二醇或1,6-己二醇的任意一种。高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入去离子水和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入浓盐酸调节溶液pH至2-3，置于恒温油浴反应器中，恒温油浴反应器包括保温层、保温层内部设置有油浴槽、保温层内部下方固定连接有恒温加热圈、保温层内部两侧固定连接有支撑杆、支撑杆固定连接有卡环、卡环内部设置有反应瓶、支撑杆设置有卡块、卡块活动连接有调节杆、调节杆固定连接有限位块，加热至30-40℃，搅拌均匀后加入氯化亚铁，匀速搅拌反应5-10min，再缓慢滴加质量分数为20-30％的过氧化氢水溶液，控制氧化石墨烯、氯化亚铁和过氧化氢的质量比为1:8-15:120-180，匀速搅拌反应1-2h，将溶液离心分离除去溶剂，依次使用稀盐酸和去离子水洗涤固体产物并干燥，制备得到羟基化石墨烯。(2)向反应瓶中加入甲苯溶剂和羟基化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚基氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料，包括以下原料及组分，其特征在于：功能化石墨烯、异氰酸酯单体、聚酯多元醇、二月桂酸二丁基锡、小分子扩链剂、苯胺、过硫酸铵，其中异氰酸酯单体为异佛尔酮二异氰酸酯或二甲基联苯二异氰酸酯中的任意一种、小分子扩链剂为1,4-丁二醇或1,6-己二醇的任意一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料，包括以下原料及组分，其特征在于：功能化石墨烯、异氰酸酯单体、聚酯多元醇、二月桂酸二丁基锡、小分子扩链剂、苯胺、过硫酸铵，其中异氰酸酯单体为异佛尔酮二异氰酸酯或二甲基联苯二异氰酸酯中的任意一种、小分子扩链剂为1,4-丁二醇或1,6-己二醇的任意一种。


2.根据权利要求1所述的一种高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料，其特征在于：所述高导电的石墨烯原位接枝聚氨酯材料制备方法包括以下步骤：
(1)向去离子水中加入和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入浓盐酸调节溶液pH至2-3，置于恒温油浴反应器中加热至30-40℃，加入氯化亚铁，反应5-10min，缓慢滴加质量分数为20-30％的过氧化氢水溶液，反应1-2h，离心分离、洗涤并干燥，制备得到羟基化石墨烯；
(2)向甲苯溶剂中加入羟基化石墨烯，超声分散均匀后加入硅烷偶联剂，置于恒温油浴反应器中加热至100-120℃，反应5-10h，减压蒸馏、洗涤并干燥，制备得到功能化石墨烯；
(3)向聚酯多元醇中加入异氰酸酯单体和催化剂二月桂酸二丁基锡，在恒温油浴反应器中加热至65-75℃反应2-3h，加入丙酮溶剂进行稀释，温度降至50-60℃，加入小分子扩链剂，反应2-3h，再加入苯胺组分1，反应2-3h，在0-5℃下加入缓慢滴加浓盐酸调节溶液pH至1-2，再加入苯胺组分2和功能化石墨烯，缓慢滴加过硫酸铵的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许廷海，
申请(专利权)人：许廷海，
类型：发明
国别省市：山东;37