[发明专利]一种桐油基聚氨酯-氧化石墨烯杂化膜、其制备方法及应用

说明书

一种桐油基聚氨酯‑氧化石墨烯杂化膜、其制备方法及应用，包括如下步骤：将桐油基多元醇与聚丙三醇加入反应瓶中，搅匀后，调pH为酸性，再110~130℃抽真空1.5~3h；结束后，将反应瓶中充满保护气，在保护气氛下降温到70±5℃加入二苯基甲烷二异氰酸酯，升温至80±5℃搅拌1.5~3h后，加入无水甲苯使反应物的粘度降低40%后，降温至60±5℃，加入扩链剂，70±5℃反应0.5~1h后再在80±5℃反应2‑2.5h，然后升温至90±5℃反应至有拔丝现象即可停止反应，得到桐油基聚氨酯；将氧化石墨烯溶解到DMF中，再加入桐油基聚氨酯，搅拌12h以上，得到铸膜液；将铸膜液倾倒在聚四氟乙烯盘中，成膜即得。

技术领域

本发明属于石墨烯领域，具体涉及一种桐油基聚氨酯-氧化石墨烯杂化膜、其制备方法及应用。

背景技术

氧化石墨烯是石墨烯的重要衍生物，也是一种良好有机-无机杂化膜的良好的无机添加材料。对CO₂气体有着良好的捕捉和选择功能，且由于热稳定性和化学稳定性良好，其拉伸强度大但容易脆断等特点。将GO与PU杂化后其不仅保留了GO强度大、化学稳定性好和电、热导性较高的优良性质，还可以遮盖它易脆断的缺点，同时PU膜捕捉CO₂的效果也会改善。

聚氨酯与氧化石墨烯杂化膜制备的难点在于，氧化石墨烯的亲水性和热塑性聚氨酯的疏水性决定两者相容性差的特点。很难找到一种对二者溶解性都良好的溶剂。所以，一般都先将氧化石墨烯改性后，使得氧化石墨烯在有机溶剂的溶解度增大，从而解决二者相容性问题。GO/PU杂化膜材料的制备一般有几种方法：

（1）溶液共混法:先将氧化石墨烯表面含氧官能团用异氰酸酯等化学改性，分散到有机溶剂，再将聚氨酯溶解到溶剂中进行共混，溶剂挥发后成膜。

（2）原位聚合法；先将氧化石墨烯与合成聚氨酯的单体多异氰酸酯混合溶解于精制的极性有机溶剂中，加入引发剂使氧化石墨烯表面羟基与异氰酸酯反应，再加入多元醇或者扩链剂与多异氰酸酯继续发生聚合反应，制备复合材料

（3）熔融共混法：热剥离氧化石墨烯后，在高温熔融条件下聚氨酯与GO混合，制备成膜。

Hyunwoo Kim等人通过加工不同形态和性质的脱落石墨增强热塑性聚氨酯（TPU），首次比较不同的方法从氧化石墨烯（GO）中剥离的碳片：化学改性（异氰酸酯处理的GO，iGO）和热剥离（热还原GO，TRG）和三种不同的分散方法：溶剂共混，原位聚合和熔融配混。结果发现基于溶剂的方法对获得分布良好的TRG比熔体共混方法更为有效。在加入了低于0.5wt％的TRG可产生导电TPU，而且只有含量3wt%iGO的TPU可以实现高达10倍的抗张强度并观察到TPU的氮渗透降低90%。

赵丽等利用改进的Hummer法，通过改变氧化剂KMnO₄的量制备了一系列不同氧化程度氧化石墨烯（GO），并通过原位聚合制备不同氧化程度不同氧化石墨烯含量的聚氨酯（PU）复合材料，且通过GO形态学表征和用CO₂/N₂体积比1:9的混合气研究GO/PU膜对于CO₂和N₂的渗透性能。结果表明，随着氧化剂的增加，石墨烯表面中引入含氧官能团的含量增大，氧化石墨烯的层间距增大且层数减少，这使得它在DMAc的溶解度增大，且在聚氨酯杂化膜中分散性变好，氧化石墨烯在聚氨酯中的团聚问题减少。含有分布均匀的GO的混合膜显示出较高的CO₂渗透率和渗透率选择性。但加入过多的氧化剂使得 GO片上的表面缺陷增加，且在高含量的GO下混合膜中GO聚集体的形成抑制膜的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桐油基聚氨酯-氧化石墨烯杂化膜、其制备方法及应用。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种桐油基聚氨酯-氧化石墨烯杂化膜的制备方法，包括如下步骤：