[發明專利]一種制備高散熱、高導電和高強度石墨烯聚氨酯硬質閉孔泡沫材料的方法

在審

• 申請號: 202110079078.7
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112812256A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 鄧超然;肖少崗
• 申請（專利權）人: 西安安聚德納米科技有限公司
• 主分類號: C08G18/48
• 分類號: C08G18/48;C08K9/04;C08K9/02;C08K7/00;C08K3/04;C08J9/12;C09K5/14;C08L75/08
• 代理公司: 北京中財易清專利代理有限公司 11518
• 代理人: 陳桂蘭

本發明涉及一種高散熱、高導電和高強度石墨烯聚氨酯硬質閉孔泡沫材料的制備方法，采用表面化學反應工藝降低石墨烯表面張力，使用高速攪拌壓縮空氣發泡機頭將石墨烯聚氨酯原料快速分散均勻并發泡，得到聚氨酯硬質閉孔泡沫材料。本發明原料易得，成本低；制備方法，工藝步驟簡單，可操作性強。通過在聚氨酯硬質泡沫中加入改性石墨烯納米片，有效提高了泡沫的壓縮強度、剪切強度和剪切模量，表現出優異的力學性能，同時大幅度提高泡沫的導熱系數及導電率，其有望使用在夾心復合材料、抗靜電泡沫，電磁屏蔽泡沫等技術領域。

技術領域

本發明涉及聚氨酯夾心泡沫材料技術領域，尤其涉及一種制備高散熱、高導電和高強度石墨烯聚氨酯硬質閉孔泡沫材料的方法。

背景技術

石墨烯作為一種二維的納米材料，具有超高的強度、模量、導熱率和導電率，自發現以來，其在超級電容器、電池、柔性屏幕、透明電極、吸波材料等領域已蓬勃發展，在高分子復合材料領域，借助于石墨烯的優異的特性，添加了石墨烯的高分子材料已表現出各種各樣的功能。

聚氨酯作為一種優異的橡膠材料，與石墨烯復合后，目前已在聚氨酯泡沫塑料中得到廣泛應用。其中聚氨酯夾心泡沫復合材料因為重量輕，比強度高，成型簡單，特別對多剖面，多曲度，小間隙的夾層更為適用。使用了聚氨酯夾心泡沫的復合材料克服了鉚接工藝的一些弊病，其已在飛機的機頭，減速板，輔助進氣門上得到了應用。

聚氨酯泡沫的剛度完全來自于泡沫中的孔棱，而泡沫的強度主要與泡沫密度有關，尤其是與孔棱邊材料占泡沫材料的比例有關，石墨烯具有超高的強度和模量，添加到聚氨酯中發泡后，能夠極大增強泡沫孔棱的強度和模量，進而提高了泡沫材料的壓縮強度和剪切強度，其次石墨烯具有高導電、高導熱的特性，在泡沫材料中較低的添加量就可以形成導電通路以提高泡沫的導電率或導熱系數。由于石墨烯表面張力較大45dyn/cm左右，介于有機溶劑和水之間，氣體的表面張力基本為零，發泡過程中氣泡穩定性差，容易發生塌泡，增加開孔率，降低泡沫強度。

發明內容

本發明提供了一種制備高散熱、高導電和高強度石墨烯聚氨酯硬質閉孔泡沫材料的方法，同時該方法工藝步驟簡單，成本低，易于實現大規模生產。

為了實現上述目的，本發明采用表面疏水改性石墨烯實現親油性和穩定氣泡的方法，以下為具體技術方案：

本申請提供了一種制備高散熱、高導電和高強度石墨烯聚氨酯硬質閉孔泡沫材料的方法，其特征在于：在泡沫材料中化學表面疏水改性石墨烯納米片的重量含量超過第一預設比例，所述預設比例為1％～5％中的任一比例。

可選地，所述化學表面疏水改性石墨烯納米片的制備過程中將石墨烯納米粉經過2次化學改性，在石墨烯表面形成一層低表面張力的官能團，臭氧氧化在其片狀形狀的邊緣形成環氧、羧基、羥基中的至少一種官能團。

可選地，所述化學表面疏水改性石墨烯納米片的低張力官能團為烷基，所述烷基的鏈長超過6個碳；

所述化學表面疏水改性石墨烯納米片的表面張力不超過22dyn/cm，比表面積范圍為50～300m2/g,橫向尺寸范圍為2～100微米，厚度范圍為2～20nm。

可選地，所述化學表面疏水改性石墨烯納米片的低張力官能團為非直鏈的烷基以增大石墨烯表面烷基官能團覆蓋率；

或者所述化學表面疏水改性石墨烯納米片的低張力官能團為帶有氟官能團的烷基。

可選地，所述化學表面疏水改性石墨烯納米片的制備過程中，將表面氧化石墨烯經過酯化、醚化、胺化的化學反應將烷基接枝到表面氧化石墨烯的表面，表面氧化石墨烯的氧含量的重量百分比超過第二預設比例，所述第二預設比例范圍為5％～8％中的任一比例。

可選地，所述化學表面疏水改性石墨烯的化學改性官能團由全氟烷烴乙基碘在堿性環境下進行表面氧化石墨烯的醚化改性制成，其中，制成過程中的溶劑為四氫呋喃(THF)，反應配比為如下：