[发明专利]一种聚氨酯/氧化石墨键合型复合热光材料的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子纳米复合材料合成技术领域，涉及手性偶氮聚氨酯及氧化石墨系列化合物的制备，特别涉及一种聚氨酯/氧化石墨键合型复合热光材料的制备方法与应用。

背景技术

自1969年，Rau发现偶氮化合物具有光电导性后，偶氮类材料以其具有的优异性能得到迅猛发展。由于偶氮类光电材料分子内电荷分布的偏衡程度对材料的光生电荷效率和光电稳定性有很大影响，因此不对称偶氮和手性偶氮类材料的光学性能优于相似的传统偶氮类材料。除了提高分子内电荷的转移外，分子间电荷的转移也会显著改善材料的光学特性，并且分子内电荷转移作用可以促进分子间电荷转移。又由于光学材料对光和热在一定程度上较高的要求，因此材料的热稳定性和光学性能成为研究的主要内容。在聚合物分子中引入刚性基团(苯环)、引入分子量较大的侧基时或者聚合物产生交联时，会提高材料的热稳定性；而将分子中引入光学活性基团(偶氮)、吸/供电子取代基或分子结构不对称时会提高光致变色材料的光学性能。因此手性偶氮聚合物以其优异的光学和热力学性能在光信息存储材料、液晶材料、热光开关和表面起伏光栅装置方面有广泛应用。

氧化石墨(GO)为石墨的氧化物，它是一种由碳、氢、氧三种元素以不定的物质的量之比构成的化合物。氧化石墨(GO)的结构和性质取决于合成它的方法，经过氧化的石墨在其片层表面引进了许多氧基官能团，比如羟基，羧基，环氧基团，羰基等亲水活性基团，这些基团使得氧化石墨能较容易地在水溶液中形成比较稳定的单层氧化石墨薄片，使得其比表面积大幅度增大，并且可以容易被修饰以增加与聚合物基质的相容性。而且氧化石墨为层间可膨胀的二维平面层状无机物，聚合物分子可较容易的嵌入到氧化石墨片层间。氧化石墨和聚合物间的界面是介观的，甚至是分子水平的，且界面面积非常大，可增强主客体界面间存在的化学结合和相互作用力形成良好的主客体协同效应。因此，氧化石墨聚合物复合材料在当今社会电子、信息、材料和生物医药等方面都有广阔的应用前景。

聚苯胺嵌入氧化石墨复合物的合成及表征，高分子学报，第4期，2000年8月，报道了一种聚苯胺嵌入到氧化石墨的复合物，并对该复合物的性能进行了研究。结果表明由于聚苯胺与GO的嵌入复合而引起的协同作用，其导电性有很大提高，常温下达1145×10^–3S/cm；特别是当该复合物与盐酸肼水溶液作用后，由于GO的被还原所引起的导电性的急剧变化，复合物的导电率提高到3173×10^–2S/cm，较还原前增大了26倍。

In Situ Polymerization and Characterization of Graphene Oxide-co-Poly(phenylene benzobisoxazole)Copolymer Fibers Derived from Composite Inner Salts，Journal of Polymer Science A:Polymer Chemistry,2013,51:1831–1842，报道了一种以聚酰亚胺(PI)为基体，然后将含氧化石墨(GO)质量分数分别为0.03％,0.05％,0.07％,0.10％和0.12％的聚合物制成功能纳米复合材料PI/GO。研究发现，聚合物材料中加入少量的氧化石墨(GO)并不会影响材料的透明性，当复合材料中含氧化石墨(GO)的质量分数为0.12％时，材料在500nm-800nm的波长照射下透明度可保持在80％以上；此外，对该含量的复合材料进行力学性能测定发现，PI/GO纳米复合膜的应力强度和杨氏模量分别提高了29％和25％。

显然，氧化石墨聚合物纳米复合材料的整体性能优于主客体单独具有的性能，研制具有一定特殊性能的氧化石墨聚合物纳米复合材料成为近年来的热点。

发明内容

本发明公开了一种具有良好热光性能的聚氨酯/氧化石墨键合型复合热光材料的制备方法。

本发明先用含有羟基的偶氮苯4,4'-双(2,4-二羟基–偶氮基)-苯(BDPB)和(R)-3-氯-1,2-丙二醇反应制备具旋光性羟基的双偶氮苯预聚体，再将预聚体和氧化石墨与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)在二月桂酸二丁基锡催化作用下制备得到聚氨酯/氧化石墨键合型复合热光材料。