[發明專利]一種石墨烯基雜化阻燃劑/自修復聚氨酯阻燃復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010035833.7
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111187507A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 金勇;楊恒;杜衛寧;王盛華
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L75/08
• 分類號: C08L75/08;C08K3/04;C08K3/22;C08K3/32;C08K5/03;C09D175/08;C09D5/18;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/32
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本發明公開了一種石墨烯基雜化阻燃劑/自修復聚氨酯阻燃復合材料的制備方法。該發明所述復合材料包括兩部分，首先將氧化石墨烯與商用阻燃劑通過水熱法進行雜化，然后將石墨烯基雜化阻燃劑復合到聚氨酯前體中制備而得本發明所述復合材料。通過氧化石墨烯與商用阻燃劑復合，能協同提高復合材料的阻燃性能，另一方面通過與含雙硒鍵的自修復聚氨酯前體復合，在光照下即可對材料表面出現的微裂紋或斷截面進行自修復，延長材料的可靠性與使用壽命。利用該發明所制備的阻燃復合材料成本低廉，性能優良，在智能包裝和涂層等領域均可廣泛應用。

技術領域

本發明涉及智能包裝和涂層領域，特別涉及一種石墨烯基雜化阻燃劑/自修復聚氨酯阻燃復合材料的制備。

背景技術

聚氨酯是一種性能介于塑料與橡膠之間的高分子材料，具有密度低、柔韌性強、耐磨性、高彈性、耐候性等特性（Appl surf sci,2014,320:60-72），因此聚氨酯一直作為出色的功能性高分子材料活躍在材料研究領域。但是聚氨酯材料在使用過程中會受到各種各樣無法避免的外界影響而產生微裂縫，這種微裂縫最終發展成肉眼可見的大裂縫，并最終導致了聚氨酯材料結構的破壞和力學性能的降低。傳統的修復方法局限于材料表面的修復，對材料內部的損傷則無能為力，同時還可能破壞材料表面的形貌。由此具有自診斷、自修復功能的智能復合材料開始被廣泛關注。目前制備聚合物自修復材料的手段可分為兩種：一種是將載有修復劑的微膠囊、液芯纖維或者毛細管網絡埋植于基體材料中，外部損傷導致了微膠囊、液芯纖維和毛細管網絡的破裂，液態修復劑釋放進入裂縫后固化，對裂縫完成修復，這種方式制備的自修復材料修復的次數有限，修復劑的釋放在微膠囊或者中空纖維中又形成了新的空隙，成為材料的新缺陷（Appl Mater Interfaces, 2012, 4(3): 1831-1837.）。另一種是將可逆化學鍵引入聚合物中，包括可逆共價鍵和可逆非共價鍵。這種方式可以實現多次修復，而且可以修復斷裂的材料。可逆非共價鍵可以在室溫下自主修復，而且可以實現瞬間修復，修復速率快，修復率高，但是強度低、熱穩定性和溶劑穩定性差（NatureChemistry, 2012, 4(6): 467-472.）。可逆共價鍵具有比可逆非共價鍵更強的鍵能，穩定性更好，因此，可以用來做穩定性好且強度高的自修復材料。能在一定條件下斷裂和重組的可逆共價鍵也被稱作動態共價鍵，雙硒鍵作為動態共價鍵的一種，具有化學鍵能低和可見光誘導交換的特性，可推知雙硒鍵能夠在的溫和的條件下進行動態交換（Progress inPolymer Science, 2016, 52: 107-135）。有文獻將脂肪族的雙硒小分子單體、長鏈聚四氫呋喃和二異氰酸酯進行嵌段聚合，得到了一種具有自修復功能的聚氨酯彈性體，能夠在可見光下誘導含雙硒鍵的分子鏈進行動態交換從而實現自愈合（Advanced Materials,2015, 27(47): 7740-7745）。

由于聚氨酯材料大多是可燃或易燃的，在人們的日常加工使用當中存在著一定的風險，極大限制了材料的安全性和實用性（Applied Surface Science,2019,471:595-606.）。隨著碳材料研究的逐漸深入，石墨烯因其具有優異的電學、光學、熱學和機械性能，在基礎研究和應用研究領域都吸引了廣泛的關注。石墨烯是由sp²雜化的碳原子排列在單原子層六邊形晶格中，具有高導熱率、高拉伸強度、高楊氏模量等特點（Journal ofMaterials Chemistry, 17(22):2283），近年來在聚合物納米復合材料中廣泛應用。由于石墨烯特殊的層狀結構，在燃燒過程中可以改變聚合物的熱吸收、黏性和滴漏性，一定程度上可以提高聚合物的阻燃性能，但是其存在易氧化和阻燃機理單一的缺點，阻燃性能不強，單獨用于聚合物納米材料中效果不明顯。因此，需要通過增強石墨烯的阻燃性能來解決這一問題。

傳統的商用阻燃劑性能優良，與材料擁有較好的相容性，對材料的物理性能影響較小，復配后制造的阻燃復合材料物理性能變化不大，阻燃性能大大增加，并且常見的商用阻燃劑性價比高，可被市場廣泛接受，因此，將商用阻燃劑與石墨烯進行雜化不僅可以大大提高原材料的阻燃性能，而且擁有較廣闊的市場，在智能包裝和涂層等領域有著廣泛的使用空間。