[发明专利]一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料的制法及应用

说明书

本发明涉及聚氨酯阻燃技术领域，且公开了一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，在二乙烯基三胺和溴化亚铜的催化体系中，使功能化石墨烯的炔基与聚氨酯的叠氮基团发生点击反应，生成1,2,3‑三氮唑基团，使石墨烯与聚氨酯化学共价接枝，提高石墨烯与聚氨酯的界面亲和性和分散性，避免了石墨烯的团聚，有利于增强聚氨酯的拉伸强度和断裂伸长率，表面修饰含氮量高的1,2,3‑三氮唑基团的石墨烯在高温燃烧下，1,2,3‑三氮唑基团，热分解产生大量的不可燃气体，促进聚氨酯材料在燃烧过程中的发泡效果，分散均匀的石墨烯高温炭化形成连续而致密的泡沫碳层，抑制聚氨酯的燃烧过程，使，起到优异的阻燃效果。

技术领域

本发明涉及聚氨酯阻燃技术领域，具体为一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料的制法及应用。

背景技术

阻燃剂主要有氮系阻燃剂、氮磷系阻燃剂、硅系阻燃剂、含卤阻燃剂等，可以分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂，反应型阻燃剂是作为反应单体加入到聚合物分子链中，而添加型阻燃剂是直接与高分子聚合物物理或机械混合，都可以显著提高环氧树脂、酚醛树脂和聚氨酯等高分子材料的阻燃性能，但是添加型阻燃剂一般用量大、阻燃性能不持久、并且如果和高分子材料的相容性不好，会影响材料的强度和韧性等机械性能。

聚氨酯是常见的高分子材料，具有良好的回弹性、韧性和力学性能，并且耐化学性、易加工、成膜性好，可以制成聚氨酯塑料、聚氨酯涂料、聚氨酯薄膜、聚氨酯弹性体等，在家具家电、机械制造、航空航天等方面具有广泛的应用，因此需要提高聚氨酯材料的机械强度、力学性能、阻燃性、热力学稳定性等综合性能，以满足工业发展的需求，而石墨烯具有独特的力学、热学和电学等性质，可以作为纳米填料和助剂，已经广泛应用在聚氨酯等高分子材料中，通常需要使用聚乙烯吡咯烷酮、硅烷偶联剂等分散剂改善石墨烯在聚氨酯材料中的分散性，但是石墨烯团聚现象仍然严重，并且分散剂的引入会影响聚氨酯的综合性能。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料的制法及应用，解决了石墨烯在聚氨酯材料中分散性和界面亲和性较差的问题，同时解决了聚氨酯的阻燃性能较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，所述功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料的制法包括以下步骤：

(1)向反应烧杯中加入甲苯溶剂、氧化石墨烯和4-乙炔基苯胺，置于气氛调节反应装置中，在氮气氛围中，加热反应，冷却、减压蒸馏、洗涤除杂，制得炔基功能化石墨烯。

(2)向反应烧杯中加入丙酮溶剂、聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、2,2-二羟基丁酸和二月桂酸二丁基锡，加热至65-75℃，反应2-4h，减压蒸馏、洗涤除杂，制得含羧基聚氨酯。

(3)向反应烧杯中加入氯化亚砜和聚氨酯预聚体，置于气氛调节反应装置中，在氮气氛围下，加入N,N-二甲基甲酰胺作为催化剂，加热至75-85℃，回流反应3-6h，减压蒸馏、洗涤除杂，制得酰氯化聚氨酯。

(4)向反应烧杯中加入蒸馏水和丙酮溶剂，加入叠氮化钠，搅拌溶解，在0-5℃下加入酰氯化聚氨酯的丙酮溶液，反应3-8h，加入丙酮和蒸馏水进行萃取，取丙酮有机相，减压蒸馏、洗涤干燥，得到叠氮化聚氨酯。

(5)向反应烧杯中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂、叠氮化聚氨酯、炔基功能化石墨烯、促进剂二乙烯基三胺和催化剂溴化亚铜，置于气氛调节反应装置中，在氮气氛围下，反应12-24h，真空干燥、洗涤掺杂，固体产物溶解在丙酮溶剂中，浇筑在聚四氟乙烯板上，真空脱泡并成膜，得到功能化石墨烯接枝改性聚氨酯材料，应用到阻燃性聚氨酯材料中。

优选的，所述步骤(1)中的气氛调节反应装置包括进气管和出气管，进气管和出气管活动连接有进气阀和出气阀，进气管和出气管表面设置有气孔，气氛调节反应装置内部设置有油浴槽，油浴槽下方设置有加热片，油浴槽内部固定连接有载物台，载物台上方设置有反应烧杯。