封闭异氰酸酯功能化石墨烯及其聚氨酯复合材料

封闭异氰酸酯功能化石墨烯及其聚氨酯复合材料?

李晓萱１一梁一娟１一伍胜利１，２一王忠娟１

（１．合肥工业大学化学工程学院一合肥２３０００９）（２．安徽省食品药品检验所一合肥２３００５１）

摘一要：将甲乙酮肟（ＭＥＫＯ）与甲苯二异氰酸酯（ＴＤＩ）进行反应，制备了半封闭ＴＤＩ（ｂ?ＴＤＩ）单体，利用该ｂ?ＴＤＩ单体对氧化石墨（ＧＯ）进行处理，最后用水合肼还原得到表面含封闭ＮＣＯ基团的功能化石墨烯（ｂｉ?Ｇ）；将ｂｉ?Ｇ添加到由聚己二酸丁二醇酯（ＰＢＡ２０００）与异佛尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ）等制备的水性聚氨酯（ＷＰＵ）预聚体中，加水分散后得到ｂｉ?Ｇ／ＷＰＵ分散液三并采用红外光谱仪

（ＦＴ?ＩＲ）二Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）二透射电镜（ＴＥＭ）和热重分析（ＴＧ）对产物进行表征三结果表明，石墨成功地被氧化成氧化石墨烯，并且实现了异氰酸酯的改性，同时也表明，改性后的氧化石墨烯被充分地还原；ｂｉ?Ｇ被稳定分散到ＷＰＵ胶束中；ｂｉ?Ｇ的引入明显改善了聚氨酯材料的热稳定性，特别是经过热处理后，ｂｉ?Ｇ／ＷＰＵ复合材料的耐热性进一步提升三

关键词：甲苯二异氰酸酯；半封闭；石墨烯；水性聚氨酯；复合材料

中图分类号：ＴＱ３２３ ８一一一文献标识码：Ａ一一一文章编号：１００５－１９０２（２０１４）０３－００２１－０４

一一石墨烯是一种由碳原子紧密堆积而成的单层二维蜂窝状晶格结构的新型纳米材料［１］，具有优异的载子迁移率［２］二热导率和电导率［３－５］二高强度等性能，在电子二能源二材料和生物医药等方面具有重要的应用价值［６－７］三石墨烯的制备方法大致可分为氧化石墨还原法［８］二机械剥离法［９］二化学气相沉积法［１０］二外延生长法［１１－１２］等，其中氧化石墨还原法是将石墨先经化学氧化得到边缘含有羧基二羰基，中间区域含羟基二环氧基的石墨氧化物，再经过机械剥离，得到单原子层厚度的氧化石墨烯，进一步还原可制备得到石墨烯三氧化石墨还原法是目前制备石墨烯最为广泛的方法三

由于石墨烯表面呈化学惰性，片层之间范德华力强，容易产生聚集三对其进行功能化修饰以提高分散性是目前研究石墨烯的重要课题三异氰酸酯具有非常活泼的反应活性，可以与羟基二羧基二环氧基等发生化学反应，因此被广泛应用于制备含封闭ＮＣＯ基团的功能化石墨烯（ｂｉ?Ｇ）［１３］三

本研究采用甲乙酮肟（ＭＥＫＯ）封闭甲苯二异氰酸酯（ＴＤＩ）其中的一个ＮＣＯ基团，得到半封闭ＴＤＩ（ｂ?ＴＤＩ），然后利用其未封闭的ＮＣＯ基团与氧化石墨（ＧＯ）上的羟基等反应，再经过水合肼还原制备ｂｉ?Ｇ三然后以ｂｉ?Ｇ为填料二水性聚氨酯（ＷＰＵ）为基体制备ｂｉ?Ｇ／ＷＰＵ复合材料，通过红外二ＸＲＤ二透射电镜（ＴＥＭ）等分析表征其材料的性能三

１一实验部分

１ １一主要原料

天然鳞片石墨，上海胶体化工厂；ＮａＮＯ３，分析纯，天津化学试剂批发公司；高锰酸钾，分析纯，广东光华化学有限公司；硫酸（质量分数９８％），分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；双氧水（质量分数３０％）二Ｎ，Ｎ?二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）二乙二胺（ＥＤＡ）二三乙胺（ＴＥＡ），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；甲乙酮肟（ＭＥＫＯ），分析纯，浙江圣安化工有限公司；聚己二酸丁二醇酯（ＰＢＡ，Ｍｎ＝２０００），工业级，台湾永纯化学工业股份有限公司；异佛尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ）二甲苯二异氰酸酯（ＴＤＩ），工业级，拜耳公司；１?甲基?２?吡咯烷酮（ＮＭＰ），工业级，天津博迪化工股份有限公司；１，４?丁二醇（１，４?ＢＧ），分析纯，天津市光复精细化工研究所；二羟甲基丙酸（ＤＭＰＡ），分析纯，瑞士Ｐｅｒｓｔｏｐ公司；丙酮，分析纯，

四１２四

２０１４年第２９卷第３期

２０１４．Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．３聚氨酯工业

ＰＯＬＹＵＲＥＴＨＡＮＥＩＮＤＵＳＴＲＹ?基金项目：安徽省高等学校自然科学研究资助项目（ＫＪ２０１２Ｂ１４１）三