阅读说明：本技术 一种高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体及其制法 (High-thermal-conductivity graphene in-situ grafted polyurethane elastomer and preparation method thereof ) 是由 黄卫兵 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及聚氨酯技术领域,且公开了一种高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体,氯丙基化石墨烯的氯原子与叠氮化钠反应,得到叠氮化石墨烯,以二炔基二醇衍生物作为二醇小分子扩链剂,成功引入到聚氨酯的支链中,得到侧链含炔基的聚氨酯,以抗坏血酸钠作为点击反应催化剂,使叠氮化石墨烯得叠氮基团与聚氨酯侧链的炔基进行点击化反应,生成三氮唑基团,使石墨烯通过三氮唑基团的侨联作用,有机结合到聚氨酯的侧链中,改善了石墨烯与聚氨酯的界面相容性,分散均匀的石墨烯在聚氨酯中形成三维导热网络,提高了其导热系数和导热性能,石墨烯作为侧链交联位点,提高了聚氨酯弹性体的交联度和拉伸强度等机械性能。(The invention relates to the technical field of polyurethane, and discloses a high-thermal-conductivity graphene in-situ grafted polyurethane elastomer, wherein chlorine atoms of chloropropylated graphene react with sodium azide to obtain azido graphene, a dialkynyl diol derivative is used as a diol micromolecule chain extender and successfully introduced into a branched chain of polyurethane to obtain polyurethane with a side chain containing alkynyl, sodium ascorbate is used as a click reaction catalyst to enable azido graphene to obtain an azido group and the alkynyl of a polyurethane side chain to carry out click reaction to generate a triazole group, the graphene is organically combined into the side chain of the polyurethane through the cross-linking effect of the triazole group, the interface compatibility of the graphene and the polyurethane is improved, the uniformly dispersed graphene forms a three-dimensional thermal-conductive network in the polyurethane, the thermal conductivity and the thermal conductivity of the polyurethane are improved, the graphene is used as a side chain cross-linking site, the cross-linking degree, the tensile strength and other mechanical properties of the polyurethane elastomer are improved.)

具体实施方式

为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体，制备方法如下：

(1)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氧化石墨烯，置于超声处理仪中，超声处理仪包括超声器，超声处理仪内部设置有水浴槽，水浴槽内部下方设置有加热片，水浴槽上方活动连接有顶盖，顶盖下方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，加热至100-120℃，加入3-氯丙基三甲氧基硅烷，与氧化石墨烯的质量比为10-30:10，反应20-30h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到氯丙基化石墨烯。

(2)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氯丙基化石墨烯，超声分散均匀后加入叠氮化钠、催化剂碘化钾和助催化剂四丁基溴化铵，四者质量比为100:25-40:6-10:10-20，加热至90-120℃，反应24-36h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到叠氮化石墨烯。

(3)在氮气氛围中，向反应瓶中加入甲苯二异氰酸酯和聚酯二元醇，加热至75-85℃，反应2-3h，将温度降至40-50℃，加入1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡，反应30-60min，加入丙酮调节溶液粘度，再加入分子式为C₉H₁₂O₂的二炔基二醇衍生物，其中甲苯二异氰酸酯、聚酯二元醇、1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡和二炔基二醇衍生物的质量比为60-70:100:4-10:3-5:6-12，升温至70-80℃，反应2-4h，制备得到侧链含炔基聚氨酯。

(4)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和叠氮化石墨烯，超声分散均匀后加入侧链含炔基聚氨酯、点击反应催化剂抗坏血酸钠和促进剂硫酸铜，四者质量比为100:0.5-3:0.15-0.25:0.1-0.15，匀速搅拌反应10-20h，将溶液真空干燥除去溶剂，固体产物使用蒸馏水离心洗涤并干燥，产物倒入模具中，在平板硫化机中在8-12MPa下进行加压熟化过程30-60min，在90-110℃下进行高温熟化过程20-30h，制备得到高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体。

实施例1

(1)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氧化石墨烯，置于超声处理仪中，超声处理仪包括超声器，超声处理仪内部设置有水浴槽，水浴槽内部下方设置有加热片，水浴槽上方活动连接有顶盖，顶盖下方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，加热至100℃，加入3-氯丙基三甲氧基硅烷，与氧化石墨烯的质量比为10:10，反应20h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到氯丙基化石墨烯。

(2)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氯丙基化石墨烯，超声分散均匀后加入叠氮化钠、催化剂碘化钾和助催化剂四丁基溴化铵，四者质量比为100:25:6:10，加热至90℃，反应24h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到叠氮化石墨烯。

(3)在氮气氛围中，向反应瓶中加入甲苯二异氰酸酯和聚酯二元醇，加热至75℃，反应2h，将温度降至40℃，加入1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡，反应30min，加入丙酮调节溶液粘度，再加入分子式为C₉H₁₂O₂的二炔基二醇衍生物，其中甲苯二异氰酸酯、聚酯二元醇、1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡和二炔基二醇衍生物的质量比为60:100:4:3:6，升温至70℃，反应2h，制备得到侧链含炔基聚氨酯。

(4)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和叠氮化石墨烯，超声分散均匀后加入侧链含炔基聚氨酯、点击反应催化剂抗坏血酸钠和促进剂硫酸铜，四者质量比为100:0.5:0.15:0.1，匀速搅拌反应10h，将溶液真空干燥除去溶剂，固体产物使用蒸馏水离心洗涤并干燥，产物倒入模具中，在平板硫化机中在8MPa下进行加压熟化过程30min，在90℃下进行高温熟化过程20h，制备得到高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体1。

实施例2

(1)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氧化石墨烯，置于超声处理仪中，超声处理仪包括超声器，超声处理仪内部设置有水浴槽，水浴槽内部下方设置有加热片，水浴槽上方活动连接有顶盖，顶盖下方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，加热至120℃，加入3-氯丙基三甲氧基硅烷，与氧化石墨烯的质量比为15:10，反应30h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到氯丙基化石墨烯。

(2)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氯丙基化石墨烯，超声分散均匀后加入叠氮化钠、催化剂碘化钾和助催化剂四丁基溴化铵，四者质量比为100:30:7:13，加热至120℃，反应36h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到叠氮化石墨烯。

(3)在氮气氛围中，向反应瓶中加入甲苯二异氰酸酯和聚酯二元醇，加热至85℃，反应3h，将温度降至40℃，加入1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡，反应60min，加入丙酮调节溶液粘度，再加入分子式为C₉H₁₂O₂的二炔基二醇衍生物，其中甲苯二异氰酸酯、聚酯二元醇、1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡和二炔基二醇衍生物的质量比为65:100:6:3.5:8，升温至80℃，反应4h，制备得到侧链含炔基聚氨酯。

(4)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和叠氮化石墨烯，超声分散均匀后加入侧链含炔基聚氨酯、点击反应催化剂抗坏血酸钠和促进剂硫酸铜，四者质量比为100:1:0.18:0.11，匀速搅拌反应20h，将溶液真空干燥除去溶剂，固体产物使用蒸馏水离心洗涤并干燥，产物倒入模具中，在平板硫化机中在10MPa下进行加压熟化过程60min，在90℃下进行高温熟化过程30h，制备得到高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体2。

实施例3

(1)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氧化石墨烯，置于超声处理仪中，超声处理仪包括超声器，超声处理仪内部设置有水浴槽，水浴槽内部下方设置有加热片，水浴槽上方活动连接有顶盖，顶盖下方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，加热至110℃，加入3-氯丙基三甲氧基硅烷，与氧化石墨烯的质量比为22:10，反应24h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到氯丙基化石墨烯。

(2)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氯丙基化石墨烯，超声分散均匀后加入叠氮化钠、催化剂碘化钾和助催化剂四丁基溴化铵，四者质量比为100:35:8:16，加热至110℃，反应30h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到叠氮化石墨烯。

(3)在氮气氛围中，向反应瓶中加入甲苯二异氰酸酯和聚酯二元醇，加热至80℃，反应2.5h，将温度降至45℃，加入1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡，反应45min，加入丙酮调节溶液粘度，再加入分子式为C₉H₁₂O₂的二炔基二醇衍生物，其中甲苯二异氰酸酯、聚酯二元醇、1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡和二炔基二醇衍生物的质量比为68:100:8:4.5:10，升温至75℃，反应3h，制备得到侧链含炔基聚氨酯。

(4)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和叠氮化石墨烯，超声分散均匀后加入侧链含炔基聚氨酯、点击反应催化剂抗坏血酸钠和促进剂硫酸铜，四者质量比为100:2:0.22:0.13，匀速搅拌反应15h，将溶液真空干燥除去溶剂，固体产物使用蒸馏水离心洗涤并干燥，产物倒入模具中，在平板硫化机中在10MPa下进行加压熟化过程45min，在100℃下进行高温熟化过程25h，制备得到高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体3。

实施例4

(1)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氧化石墨烯，置于超声处理仪中，超声处理仪包括超声器，超声处理仪内部设置有水浴槽，水浴槽内部下方设置有加热片，水浴槽上方活动连接有顶盖，顶盖下方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，加热至120℃，加入3-氯丙基三甲氧基硅烷，与氧化石墨烯的质量比为30:10，反应30h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到氯丙基化石墨烯。

(2)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氯丙基化石墨烯，超声分散均匀后加入叠氮化钠、催化剂碘化钾和助催化剂四丁基溴化铵，四者质量比为100:40:10:20，加热至120℃，反应36h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到叠氮化石墨烯。

(3)在氮气氛围中，向反应瓶中加入甲苯二异氰酸酯和聚酯二元醇，加热至85℃，反应3h，将温度降至50℃，加入1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡，反应60min，加入丙酮调节溶液粘度，再加入分子式为C₉H₁₂O₂的二炔基二醇衍生物，其中甲苯二异氰酸酯、聚酯二元醇、1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡和二炔基二醇衍生物的质量比为70:100:10:5:12，升温至80℃，反应4h，制备得到侧链含炔基聚氨酯。

(4)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和叠氮化石墨烯，超声分散均匀后加入侧链含炔基聚氨酯、点击反应催化剂抗坏血酸钠和促进剂硫酸铜，四者质量比为100:3:0.25:0.15，匀速搅拌反应20h，将溶液真空干燥除去溶剂，固体产物使用蒸馏水离心洗涤并干燥，产物倒入模具中，在平板硫化机中在12MPa下进行加压熟化过程60min，在110℃下进行高温熟化过程30h，制备得到高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体4。

对比例1

(1)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氧化石墨烯，置于超声处理仪中，超声处理仪包括超声器，超声处理仪内部设置有水浴槽，水浴槽内部下方设置有加热片，水浴槽上方活动连接有顶盖，顶盖下方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，加热至120℃，加入3-氯丙基三甲氧基硅烷，与氧化石墨烯的质量比为5:10，反应30h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到氯丙基化石墨烯。

(2)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和氯丙基化石墨烯，超声分散均匀后加入叠氮化钠、催化剂碘化钾和助催化剂四丁基溴化铵，四者质量比为100:20:4:8，加热至120℃，反应36h，使用蒸馏水和丙酮离心洗涤并干燥，制备得到叠氮化石墨烯。

(3)在氮气氛围中，向反应瓶中加入甲苯二异氰酸酯和聚酯二元醇，加热至85℃，反应2h，将温度降至50℃，加入1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡，反应60min，加入丙酮调节溶液粘度，再加入分子式为C₉H₁₂O₂的二炔基二醇衍生物，其中甲苯二异氰酸酯、聚酯二元醇、1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡和二炔基二醇衍生物的质量比为55:100:3:2:5，升温至80℃，反应4h，制备得到侧链含炔基聚氨酯。

(4)在氮气氛围中，向反应瓶中加入N,N-二甲基聚酰胺溶剂和叠氮化石墨烯，超声分散均匀后加入侧链含炔基聚氨酯、点击反应催化剂抗坏血酸钠和促进剂硫酸铜，四者质量比为100:0.3:0.12:0.08，匀速搅拌反应20h，将溶液真空干燥除去溶剂，固体产物使用蒸馏水离心洗涤并干燥，产物倒入模具中，在平板硫化机中在12MPa下进行加压熟化过程60min，在90℃下进行高温熟化过程30h，制备得到高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体对比1。

使用TC-1200RH热导率测试仪超声实施例和对比例中高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体的导热系数，测试标准为GB/T 3399-1982。

使用T150 UTM拉伸测量仪测试高导热的石墨烯原位接枝聚氨酯弹性体的拉伸强度，测试标准为GB/T 1040.1-2006。