一种石墨烯/水性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种石墨烯/水性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。所述石墨烯/水性聚氨酯复合材料的制备原料包括如下重量份数的组分：聚醚二醇30～40份、聚碳酸酯二醇8～12份、二异氰酸酯10～20份、扩链剂10～20份、三乙胺6～10份、有机磷阻燃剂1～5份、石墨烯1～5份和还原剂10～20份；聚醚二醇包括聚四氢呋喃醚二醇和四氢呋喃

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/水性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于聚氨酯材料
，具体涉及一种石墨烯/水性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚氨酯具有耐磨损、耐化学品、硬度高、附着力强、可室温固化等诸多优点，因而被广泛应用于涂料、胶黏剂、皮革等领域。但是传统的溶剂型聚氨酯在制备过程中需用到大量有机溶剂，导致挥发性有机化合物(VOC)的排放量较大，对环境和人体健康非常不利。并且随着人们环保意识的增强，普通聚氨酯材料已不能满足人们日益增长的需求，因此，水性聚氨酯(WPU)应运而生。水性聚氨酯以水为分散介质，不仅无毒、无污染、成本低而且制备方便、易于清理，是一种绿色环保材料，在建筑装饰、皮革涂层、塑料化工、纺织整理和汽车涂料等众多领域广泛应用。然而水性聚氨酯的使用领域都存在易燃的风险，如果不对水性聚氨酯进行阻燃处理，将会存在引发火灾的隐患，从而对人身和财产安全造成威胁。因此，对聚氨酯进行阻燃化处理已成为目前亟待解决的技术问题。
[0003]目前阻燃WPU多为添加型，但是这些添加剂通常添加量很大才能获得较好的阻燃性能，而且共混加入的阻燃成分极易造成聚氨酯乳液的不稳定导致破乳或在WPU中产生沉淀。目前水性聚氨酯阻燃存在的关键性问题是：阻燃剂难以均匀稳定的分散于聚氨酯基体中，而且阻燃效果不明显，其原因在于：(1)WPU本身的特点使得共混加入的阻燃成分极易造成聚氨酯乳液的不稳定导致破乳，甚至阻燃剂难于稳定分散而在WPU中产生沉淀，导致乳液具有成膜性差等缺点；(2)阻燃剂通常添加量很大才能获得较好的阻燃性能。
[0004]CN109161322A公开了一种用于建筑家具涂层的水性聚氨酯阻燃涂料及制备方法。该方法通过制备微孔内网络谷朊粉、三聚氰胺的二氧化硅气凝胶作为成碳阻燃剂，进一步与云母粉、高岭土粉、钛酸酯偶联剂、水性聚氨酯、增稠剂、消泡剂、抗菌剂及适量水混合均匀，制得水性聚氨酯阻燃涂料。所述水性聚氨酯阻燃涂料中，成碳阻燃剂4～8重量份、云母粉4～8重量份、高岭土粉7～10重量份、钛酸酯偶联剂1～2重量份、水性聚氨酯48～68重量份、增稠剂2～4重量份、消泡剂1～2重量份、抗菌剂1～3重量份、水40～60重量份，该技术方案中成碳阻燃剂及无机填料的用量较多，制备得到的水性聚氨酯阻燃涂料的稳定性较差。
[0005]而石墨烯作为一种新型的纳米填料，已经在许多方面显示了其优异的性能，包括在聚合物中的阻燃改性中，仅极少量的添加就可以得到出色的阻燃效果。这源于其独特的层状结构，属于凝聚相阻燃，即在石墨烯复合材料燃烧过程中，可在聚合物表面生成多孔保护炭层，这层炭层起到了屏障作用，隔氧、隔热并抑制烟气的释放以及阻止可燃性气体进入燃烧气相等作用，从而起到阻燃作用，但是石墨烯在聚氨酯中的分散性较差，因此，如何使石墨烯均匀分散于聚氨酯中，并制备得到具有较好阻燃性能的水性聚氨酯已成为目前研究的重点。
[0006]CN104277198A公开了一种石墨烯基导电阻燃型水性聚氨酯涂料和胶黏剂的制备方法。所述制备方法的具体步骤为：首先对石墨烯纳米片材进行酸化处理，在其表面上修饰
一定比例的羧基基团，然后通过与丙烯酰胺缩合反应，制备酰胺化石墨烯中间体，最后利用原位聚合法将酰胺化的石墨烯与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)聚合，提高石墨烯在聚氨酯乳液中的分散性和增强与聚氨酯基体间的界面结合力，最终制备出一种新型石墨烯基导电阻燃型水性聚氨酯涂料乳液。CN106366896A公开了石墨烯改性阻燃、耐光性水性聚氨酯涂料的制备方法。该制备方法公开了使用羧基化石墨烯片材制备得到水性聚氨酯涂料的技术方案。
[0007]由上述内容可知，现有技术中，通常是将石墨烯进行改性处理，使石墨烯易分散于聚氨酯材料中，从而制备得到石墨烯/水性聚氨酯复合材料，以提高其阻燃效果，这种方法制备过程较繁琐，不适于实际生产。因此，如何提供制备方法简单，且阻燃效果较好的石墨烯/水性聚氨酯复合材料，已成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯/水性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。本专利技术通过对石墨烯/水性聚氨酯复合材料组分的设计，进一步通过聚四氢呋喃醚二醇和四氢呋喃
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氧化丙烯共聚二醇的配合使用以及有机磷阻燃剂和石墨烯的配合使用，制备得到的石墨烯/水性聚氨酯复合材料具有较好的力学性能和较好的阻燃性。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种石墨烯/水性聚氨酯复合材料，所述石墨烯/水性聚氨酯复合材料的制备原料包括如下重量份数的组分：聚醚二醇30～40份、聚碳酸酯二醇8～12份、二异氰酸酯10～20份、扩链剂10～20份、三乙胺6～10份、有机磷阻燃剂1～5份、石墨烯1～5份和还原剂10～20份；
[0011]所述聚醚二醇包括聚四氢呋喃醚二醇和四氢呋喃
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氧化丙烯共聚二醇。
[0012]本专利技术中，通过对石墨烯/水性聚氨酯复合材料组分的设计，进一步通过聚四氢呋喃醚二醇和四氢呋喃
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氧化丙烯共聚二醇的配合使用以及通过有机磷阻燃剂和石墨烯的配合使用，制备得到的石墨烯/水性聚氨酯复合材料具有较好的力学性能和较好的阻燃性。
[0013]有机磷阻燃剂在材料燃烧时，与空气中的氧气反应生成磷酸，然后磷酸聚合生成聚磷酸距离氨酸的强酸性会使材料脱水碳化，形成致密碳层，从而起到阻止燃烧的目的；而石墨烯在材料然后时，会形成紧凑、致密、均匀的碳层，形成层层自组装结构，该结构的形成有利于降低聚氨酯分子的热降解，使得复合材料的阻燃效果明显增强。有机磷阻燃剂单独作为阻燃剂使用时，需要加入比较多的有机磷阻燃剂才能达到较好的阻燃效果，而较多阻燃剂的使用，会破坏水性聚氨酯乳液的稳定性，不利于实际应用。本专利技术中，通过有机磷阻燃剂和石墨烯的配合使用，通过石墨烯对有机磷阻燃剂的吸附作用，使有机磷阻燃剂和石墨烯均匀分散于复合材料中，提高了复合材料的阻燃性能。
[0014]本专利技术中，所述聚醚二醇的重量份数可以是30份、31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份或40份等。
[0015]所述聚碳酸酯二醇的重量份数可以是8份、8.5份、9份、9.5份、10份、10.5份、11份、11.5份或12份等。
[0016]所述二异氰酸酯的重量份数可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17
份、18份、19份或20份等。
[0017]所述扩链剂的重量份数可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。
[0018]所述三乙胺的重量份数可以是6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等。
[0019]所述有机磷阻燃剂的重量份数可以是1份、2份、3份、4份或5份等。
[0020]所述石墨烯的重量份数可以是1份、2份、3份、4份或5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/水性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述石墨烯/水性聚氨酯复合材料的制备原料包括如下重量份数的组分：聚醚二醇30～40份、聚碳酸酯二醇8～12份、二异氰酸酯10～20份、扩链剂10～20份、三乙胺6～10份、有机磷阻燃剂1～5份、石墨烯1～5份和还原剂10～20份；所述聚醚二醇包括聚四氢呋喃醚二醇和四氢呋喃
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氧化丙烯共聚二醇。2.根据权利要求1所述的石墨烯/水性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述聚醚二醇的数均分子量为1000～2000；优选地，所述聚四氢呋喃醚二醇和四氢呋喃
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氧化丙烯共聚二醇的质量比为1:(2～5)；优选地，所述聚碳酸酯二醇的重均分子量为1000～2000。3.根据权利要求1或2所述的石墨烯/水性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯和/或六亚甲基二异氰酸酯；优选地，所述扩链剂选自二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷或1,6
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己二醇中的任意一种或至少两种的组合，优选为二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷和1,6
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己二醇的组合。4.根据权利要求1
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3任一项所述的石墨烯/水性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述有机磷阻燃剂选自磷酸三(2,3
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二溴丙基)酯和/或磷酸三(一氯丙)酯；优选地，所述还原剂选自水合肼和/或抗坏血酸；优选地，所述石墨烯/水性聚氨酯复合材料的制备原料中还包括催化剂0.1～2份；优选地，所述石墨烯/水性聚氨酯复合材料的制备原料中还包括有机溶剂80～150份；优选地，所述有机溶剂选自N
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甲基
‑2‑
吡咯烷酮和/或丙酮。5.一种如权利要求1
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4中任一项所述的石墨烯/水性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)通过改进Hummers法制备得到氧化石墨烯分散液；(2)将聚醚二醇、聚碳酸酯二醇和二异氰酸酯进行预聚反应后，将其与扩链剂、催化剂混合并进行聚合反应，然后向其中加入三乙胺，搅拌后，得到水性聚氨酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子睿，姜亚，
申请(专利权)人：昆山华阳新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：