[发明专利]一种具有高导电性和高拉伸-电阻敏感性的改性石墨烯/聚氨酯复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高导电性以及高拉伸‑电阻敏感性的改性石墨烯/聚氨酯复合材料的制备方法。该发明是将十八烷基胺（ODA）作为修饰剂对氧化石墨烯的表面进行功能化修饰，得到导电性能良好的功能化石墨烯（GO‑ODA），接着与热塑性聚氨酯进行聚合反应制备出一种导电性良好同时具有高拉伸‑电阻敏感性的改性石墨烯/聚氨酯复合材料。该复合材料有效提高了聚氨酯复合材料的导电性和拉伸‑电阻敏感性，导电性能够提高7个数量级，拉升性能能够提高2个数量级，在拉‑电传感器和智能结构材料方面有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及聚氨酯复合材料技术领域，具体涉及一种具有高导电性和高拉伸-电阻敏感性的改性石墨烯/聚氨酯复合材料的制备方法。

背景技术

随着社会的发展和科技水平的提高，人们开始越来越注重传统材料的功能化。比如，在塑料母粒中添加部分抗菌剂，以满足塑料的抗菌除霉要求；在高分子材料中添加压电或者光电助剂，可以满足复合材料的智能化要求。石墨烯（Graphene）具有独特的二维结构，是已知的电导率最高的材料，其作为导电组分可广泛用于聚合物基导电复合材料。热塑性聚氨酯（Thermoplastic polyurethane, TPU）是一种极性较强的热塑性弹性体，可以通过其结构与组成设计，实现其性能的变化，且它与碳系材料具有良好的亲和力，能够制备三维网状结构和较优力学性能的复合材料，聚氨酯基导电复合材料的研究和应用愈加受到人们的关注。

石墨烯与TPU等极性聚合物的相容性不良，因此在复合时易团聚。由于氧化石墨烯（GO）是石墨烯的前驱体，其表面性质决定了它与TPU的相容性较好，但其导电性不良，使得TPU基石墨烯导电性复合材料的制备和应用面临极大的困难。现阶段，如何控制GO与TPU相容性，同时提高石墨烯/TPU复合材料的导电性，研究人员做了大量的研究。据《橡胶工业》（2011, 60, 453）报道，溶液共混浇筑可以得到GO与TPU较好的相容，TPU和GO间的界面结合能够极大地提高复合材料的物理性能。中国发明专利CN201310262841.5公开了一种石墨烯和聚氨酯复合材料的原位制备的方法，可制备出塑料产品。纵观这些报道，取得的成绩主要是在复合材料的物理性能方面，包括耐热耐压、强度模量等，但是在提高复合材料的导电性方面，始终是一个难题。因此，开发一种导电性良好的改性石墨烯/聚氨酯复合材料的制备新方法势在必行，该方法的突破必将取得可观的经济收益，而且也会带来一定的社会效益。

十八烷基胺（Octadecyl amine, ODA）又称为硬酯胺，表现为蜡状固体结晶，是一种可以制备表面活性剂的原料。本发明将ODA作为一种修饰剂对氧化石墨烯进行功能化修饰，制备出导电性能好的功能化石墨烯（GO-ODA），最终与聚氨酯发生聚合反应得到一种导电性良好同时具有高拉伸-电阻敏感性的改性石墨烯/聚氨酯复合材料。

发明内容

为了将热塑性聚氨酯材料功能化，克服石墨烯/聚氨酯复合材料导电性低以及通电状态下难以发生拉伸等形态改变的缺点，本发明目的在于提供一种具有高导电性和高拉伸-电阻敏感性的改性石墨烯/聚氨酯复合材料的制备方法。

本发明目的通过以下方案实现：一种具有高导电性和高拉伸-电阻敏感性的改性石墨烯/聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，将十八烷基胺ODA作为修饰剂对氧化石墨烯的表面进行功能化修饰，得到导电性能良好的功能化石墨烯GO-ODA，接着，与热塑性聚氨酯进行聚合反应制备出一种导电性良好同时具有高拉伸-电阻敏感性的改性石墨烯/聚氨酯复合材料，包括如下步骤：

a、氧化石墨烯GO的制备：以市售的石墨粉为原料，采用改性的Hummers法制备氧化石墨烯，即将定量的NaNO₃加入到浓硫酸中，待完全溶解后按比例加入定量的石墨粉和高锰酸钾溶液，进一步反应得到含有一定浓度的亮黄色体系溶液，过滤干燥后获得氧化石墨烯GO；