[发明专利]基于反应型石墨烯阻燃剂的阻燃水基聚氨酯的制备方法

摘要

本发明涉及一种基于反应型石墨烯阻燃剂的阻燃水基聚氨酯的制备方法。所述反应型石墨烯是由膨胀石墨制成的还原氧化石墨烯通过氯化剂与含磷氮二元醇实现化学接枝而得。在石墨烯表面及边界面上引入羟基，可与异氰酸酯反应，将石墨烯共价接枝于聚氨酯链中；同时，引入的亲水性叔氮原子可提高功能化石墨烯在聚氨酯乳液中的分散性和稳定性，防止石墨烯在聚氨酯乳液中发生聚集沉降现象。所得的石墨烯基水性聚氨酯可充分发挥磷氮化合物与石墨烯的协效阻燃作用，阻燃效率高，且石墨烯有效提高了聚氨酯的导电、耐水、耐溶剂、耐磨、耐刮、耐老化和耐高温等性能。本发明制备的水性聚氨酯在皮革、合成革涂饰、纺织涂层、涂料、木器漆等领域具有广阔的应用前景。

主权项

1.一种基于反应型石墨烯阻燃剂的阻燃水基聚氨酯的制备方法，其特征在于制备步骤如下：（1）氧化石墨烯的制备将50 mL浓硫酸置于四口烧瓶中，冰浴条件下加入2.0 g石墨粉和1.0 g硝酸钠，持续搅拌15 min；缓慢加入6.0 g高锰酸钾粉末，并控制体系温度在0‑10 ℃，搅拌15 min；移去冰浴，将体系升温至35 ℃并持续30 min，缓慢滴加100 mL去离子水，待滴加完毕后升温至98 ℃，保持30 min；再向体系中加入300 mL温水稀释，然后加入质量分数30%的双氧水溶液去除过量的高锰酸钾至反应液变为金黄色，趁热过滤，并用5%盐酸溶液和去离子水充分洗涤滤饼，直至滤液中检测不出硫酸根为止；最后将滤饼于真空干燥箱中烘干，得到氧化石墨烯；（2）还原氧化石墨烯的制备将0.5 g氧化石墨烯和500 mL去离子水加入到圆底烧瓶中，超声分散l h，用5%碳酸钠溶液调节体系pH至8‑10，然后在剧烈搅拌下加入3‑6 g还原剂，于70‑90 ℃条件下回流反应1‑2 h，冷却后过滤，用去离子水洗涤滤饼，真空干燥即得还原氧化石墨烯粉末；（3）磷氮化合物修饰的反应型石墨烯的制备将0.5 g还原氧化石墨烯和一定量的有机溶剂加入到装有氮气保护装置、机械搅拌和恒压滴液漏斗的500 mL圆底烧瓶中，超声分散0.5‑1.0 h；加入0.5‑2.0 g缚酸剂，并将用有机溶剂稀释的0.5‑2.0 g氯化剂滴加到反应液中，室温下反应1‑2 h；再向体系中滴加有机溶剂分散的0.9‑3.3 g含磷氮二元醇，待滴加完毕，于60‑90 ℃继续反应4‑8 h，冷却、减压过滤、用无水乙醇洗涤、真空干燥，得到磷氮化合物修饰的反应型石墨烯；（4）反应型石墨烯基阻燃水性聚氨酯的制备将步骤（3）制得的反应型石墨烯加入到聚合物二元醇中，超声分散；再将二异氰酸酯、小分子二元醇扩链剂和催化剂加入反应容器，在持续搅拌和氮气气氛保护下，升温至65‑85 ℃反应2‑3 h制得预聚体；加入溶剂溶解的亲水扩链剂，维持在65‑85 ℃继续反应2‑3 h；加入三乙胺中和预聚体，在高剪切力作用下，加入去离子水，即得反应型石墨烯基阻燃水性聚氨酯；其中，所述组分的用量比为以下重量份：反应型石墨烯1‑10份、聚合物二元醇60‑100份、二异氰酸酯30‑50份、小分子二元醇扩链剂2‑5份、催化剂0.01‑0.2份、溶剂5‑20份、亲水扩链剂5‑7份、三乙胺4‑5份。