/氧化石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)磁等功能的復(fù)合材料領(lǐng)域，具體是一種Fe3O4/氧化石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯薄膜是以熱塑性環(huán)保型TPU加工成型的，具有高彈性、高強(qiáng)度、高韌性、耐水解、耐老化、防霉、高耐磨性，其耐磨性能優(yōu)于橡膠，透明度相同于PVC，可用塑膠、橡膠的所有加工方法處理加工，更具有塑料、橡膠不具有的超低溫柔韌性，廣泛應(yīng)用在醫(yī)療、衛(wèi)生等相關(guān)產(chǎn)品以及運(yùn)動(dòng)、保護(hù)器材上。但聚氨酯薄膜具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和磁性能差的缺點(diǎn)，限制了其在特定場(chǎng)合如電磁屏蔽方面的應(yīng)用，因此開(kāi)發(fā)導(dǎo)電性能和磁性能優(yōu)異的聚氨酯薄膜具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了擴(kuò)展聚氨酯薄膜的應(yīng)用，提供了一種Fe3O4/氧化石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種Fe3O4/氧化石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合材料的制備方法，其步驟為:
首先將氧化石墨烯懸濁液與Fe3O4納米粉體混合，超聲攪拌l~2h，制備Fe 304/氧化石墨烯復(fù)合膠體；然后將上述Fe3O4/氧化石墨烯復(fù)合膠體加入到的24~36%wt的水性聚氨酯乳液中，加入N，N-二甲基二甲酰胺，混合均勻后在室溫中超聲分散0.9~1.3h，倒入聚四氟乙烯膜上在室溫中固化48~50h，再置于75~83°C的烘箱中干燥12~14h，得到Fe3O4/氧化石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合材料。
[0005]進(jìn)一步，優(yōu)選的所述氧化石墨烯懸濁液的固含量為2.4%wt，水性聚氨酯乳液的固含量為24~36%wt。所述氧化石墨烯懸濁液的用量為5~10質(zhì)量份，F(xiàn)e3O4納米粉體的用量為5-10質(zhì)量份，水性聚氨酯乳液的用量為1000~2000質(zhì)量份。采用上述用量及固含量的原料所制備獲得的Fe3O4/氧化石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.35-0.5ff/m.K，電導(dǎo)率為10 5~10 3S/m，電磁屏蔽效能為30~40dB。
[0006]采用本領(lǐng)域常規(guī)使用的方法也能夠獲得氧化石墨烯懸濁液以及水性聚氨酯乳液，但是本發(fā)明提供了另外一種氧化石墨烯懸濁液的制備方法，20~30質(zhì)量份濃硫酸中加入1~3質(zhì)量份的石墨，超聲0.8-1.2h ;然后加入KOH直至反應(yīng)溶液的pH為10~12，再加入3-5質(zhì)量份的K2FeO4進(jìn)行氧化，控制反應(yīng)溫度在5~10°C，停止超聲，攪拌反應(yīng)1~1.5h ;加入30-300質(zhì)量份去離子水，保溫并持續(xù)攪拌反應(yīng)20~30min，低速離心洗滌去除過(guò)量副產(chǎn)物，然后將紅褐色沉淀Fe (OH)3過(guò)濾；氧化石墨烯洗滌至中性后分散于水中，超聲震蕩剝離40min，后在2500r/min轉(zhuǎn)速下離心30min，上層液即為氧化石墨稀懸池液。該氧化石墨稀懸濁液的制備方法能夠在水相進(jìn)行，減少環(huán)境污染，降低對(duì)工作人員身體的傷害；而且流程簡(jiǎn)單，安全，無(wú)污染，克服了石墨烯必須在強(qiáng)酸堿和有毒有機(jī)溶劑中制備，以及不能在水中分散的缺點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明所述Fe3O4/氧化石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合材料的制備方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，簡(jiǎn)單易行，具有低成本和良好分散性的特點(diǎn)，F(xiàn)e3O4和氧化石墨烯作為填充相能夠共同改性水性聚氨酯，制得具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和磁性能等多種功能的功能性聚氨酯薄膜，在特定場(chǎng)合如電磁屏蔽方面具有良好的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例1 (每質(zhì)量份為Ig)
步驟一:氧化石墨稀的制備
首先量取20g濃硫酸倒入燒杯中，燒杯放入冰浴中冷卻至4°C，稱取3g的石墨加入燒杯中，開(kāi)啟超聲1.0h ;然后在燒杯中添加KOH直至反應(yīng)環(huán)境的pH為10，加入4g的1(2?604進(jìn)行氧化，控制反應(yīng)溫度在10°C，改超聲為攪拌，反應(yīng)1.2h ;在所得混合液中緩慢加入30g去離子水，保持混合液溫度10°C反應(yīng)30min，期間保持適度攪拌，再低速離心洗滌去除過(guò)量副產(chǎn)物，然后將紅褐色Fe(OH)JX淀過(guò)濾；將洗滌后呈中性的氧化石墨分散于水中，超聲震蕩剝離40min，超聲結(jié)束后在2500r/min轉(zhuǎn)速下離心30min，取上層液，制得2.4wt%的氧化石墨烯懸濁液。
[0009]步驟二:水性聚氨酯的制備
將SOg分子量為1000的聚已內(nèi)酯二醇進(jìn)行真空脫水后，加入28gTDI (甲苯二異氰酸酯)混合均勻，蒸汽加熱65°C下反應(yīng)2h得到預(yù)聚體；在超聲波作用下，引入3.5g的三乙胺作為中和劑得到離子化的預(yù)聚物；加入3.Sg的DMPA (2，2- 二羥甲基丁酸)引入親水基，反應(yīng)4h，降溫至48°C ;混合后的離子型預(yù)聚物動(dòng)態(tài)地加入到有4g的乙二胺的去離子水中，劇烈攪拌促進(jìn)擴(kuò)鏈反應(yīng)進(jìn)行，乳化3h，制得固含量24%的水性聚氨酯乳液。
[0010]步驟三=Fe3O4的制備
利用制備氧化石墨烯中所產(chǎn)生的的還原產(chǎn)物Fe(OH)3，將其稱量后放入四口瓶中，向其中加入過(guò)量鹽酸使溶液呈現(xiàn)黃色，再加入Ig的FeCl2.4Η20，攪拌使藥品混合均勻，加入30g蒸饋水，攪拌混合均勾；向容器中加入1mL的Gemini季錢(qián)鹽，通入氮?dú)獠⒓訜岬?0°C，在超聲環(huán)境下，將上步溶液進(jìn)行超聲分散；然后向容器中逐滴加入0.4mol/L的NH3.Η20溶液，攪拌至過(guò)量，當(dāng)生成大量黑色顆粒時(shí)，停止加入，此時(shí)調(diào)節(jié)體系ρΗ=9; —段時(shí)間后取出，用無(wú)水乙醇清洗，抽濾，干燥，得到Fe3O4納米粉體。
[0011]步驟四=Fe3O4/氧化石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合材料的制備
首先將1g的氧化石墨稀池液與5g的Fe3O4納米粉體混合，超聲攪拌lh，制備Fe 304/氧化石墨烯復(fù)合膠體；然后將上述配比的Fe3O4/氧化石墨烯復(fù)合膠體加入到1500g的水性聚氨酯乳液中，加入N，N-二甲基二甲酰胺(DMF)，混合均勻后在室溫中超聲分散1.3h，倒入聚四氟乙烯膜上在室溫中固化49h，再置于75°C的烘箱中干燥13h，即得復(fù)合材料薄膜。
[0012]步驟五:對(duì)制得的復(fù)合材料薄膜進(jìn)行表征，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.43ff/m.K，電導(dǎo)率為
4.54X 10 4S/m，電磁屏蔽效能為34dB。
[0013]實(shí)施例2 (每質(zhì)量份為Ig)
步驟一:氧化石墨稀的制備
首先量取25g濃硫酸倒入燒杯中，燒杯放入冰浴中冷卻至5°C，稱取2g的石墨加入燒杯中，開(kāi)啟超聲0.8h ;然后在燒杯中添加KOH直至反應(yīng)環(huán)境的pH為11，加入5g的1(2?604進(jìn)行氧化，控制反應(yīng)溫度在8°C，改超聲為攪拌，反應(yīng)Ih ;在所得混合液中緩慢加入200g去離子水，保持混合液溫度8°C反應(yīng)25min，期間保持適度攪拌，再低速離心洗滌去除過(guò)量副產(chǎn)物，然后將紅褐色Fe(OH)JX淀過(guò)濾；將洗滌后呈中性的氧化石墨分散于水中，超聲震蕩剝離40min，超聲結(jié)束后在2500r/min轉(zhuǎn)速下離心30min，取上層液，制得2.4wt%的氧化石墨烯懸濁液。
[0014]步驟二:水性聚氨酯的制備
將90g分子量為1000的聚已內(nèi)酯二醇進(jìn)行真空脫水后，加入25gTDI (甲苯二異氰酸酯)混合均勻，蒸汽加熱50°C下反應(yīng)2.5h得到預(yù)聚體；在超聲波作用下，引入3.8g的三乙胺作為中和劑得到離子化的預(yù)聚物；加入4g的DMPA (2，2-