一种石墨烯化学改性硬质聚氨酯泡沫的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种硬质聚氨酯泡沫，进一步，涉及一种石墨烯化学改性硬质聚氨酯 泡沫。
【背景技术】
[0002] 硬质聚氨酯泡沫是在发泡剂、催化剂和泡沫稳定剂等存在的情况下，由多元醇和 多异氰酸酯反应制得。由于硬质聚氨酯泡沫重量轻、绝热性好等特点，所以广泛用于城市供 热管道、冷藏设备等领域。近年来，随着建筑业节能材料在我国的渗入发展，硬质聚氨酯泡 沫各种优良的性能被建筑行业的人士看好，该材料逐渐用于建筑屋面、墙体等建筑领域。但 是未经阻燃处理的硬质聚氨酯泡沫的阻燃性能不足，还达不到建筑材料的防火阻燃要求。
[0003] 从而人们纷纷需求提高硬质聚氨酯泡沫的阻燃性能的方法。添加阻燃剂是本领 域常见的一种方法。常见的阻燃剂有卤系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷系阻燃剂和无机阻燃剂。 经过近十年的发展，硬质聚氨酯泡沫的阻燃性能已经达到了实际应用的要求，满足UL-94V0 的阻燃标准。根据近几年的火灾现场分析，火灾受困人员被大火直接烧死的只是很少的一 部分，绝大部分遇难人员是因为火灾中释放大量烟气，中毒昏迷和致死。因此，目前急需寻 求在达到所需要的阻燃性能的前提下，能够减少有毒烟气排放的建筑保温材料。
[0004] 发明详述
[0005] 本发明提供一种阻燃性能好且烟气排放小的硬质聚氨酯泡沫。
[0006] 在本发明的一个技术方案中，提供了一种石墨烯化学改性硬质聚氨酯泡沫。该聚 氨酯泡沫通过包含多异氰酸酯、聚合物多元醇、扩链剂、催化剂、阻燃剂、辅助阻燃剂、发泡 剂的组合物制得。
[0007]多异氰酸酯可以是本领域常见的各种多异氰酸酯等，如六亚甲基二异氰酸酯、甲 苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯等，和/或上述二异氰酸酯的 三聚体或多聚体。
[0008] 聚合物多元醇包含与石墨烯化学键连接的聚醚多元醇（下文简称G-PE)。优选，上 述聚合物多元醇是两种或多种聚合物多元醇的混合物，也就是说，除上述与石墨烯化学键 连接的聚醚多元醇之外，优选还包含其他聚合物多元醇。上述其他聚合物多元醇可以是本 领域常见的各种聚合物多元醇，如聚醚多元醇、聚酯多元醇、石油基多元醇、生物基多元醇 等。优选，其他聚合物多元醇具有300-600的羟值和3. 0以上的官能度。
[0009] 上述与石墨烯化学键连接的聚醚多元醇通过包含以下步骤的方法制得；（1)包含 1个伯胺基以及2个以上羟基的化合物进行重氮化，得到产物A;(2)对氧化石墨烯进行还 原，得到产物B ; (3)将产物A和B进行反应将A接在B上，得到产物C ; (4)将产物C在催化 剂存在下和环氧化合物反应制得最终的聚醚多元醇。
[0010] 上述包含1个伯胺基以及2个以上羟基的化合物可以是本领域常见的各种符合上 述要求的化合物，如脂肪族化合物、芳香族化合物等。该化合物的结构式为：H2N-R-(0H)n， 其中，R为脂肪族基团、芳香族基团，n为2-4的自然数。优选R为4-50个碳原子的脂肪族 基团或芳香族基团。进一步优选，R为丙基、丁基、苯基、联苯基、萘基。在不影响本发明的 前提下，R上还可以包含2个羟基和1个伯伯胺基以外的其它取代基。该化合物的例子是 5-氛基_1，3_二羟基甲基苯、5_氛基_1，3_二羟基乙基苯、5_氛基_1，3_二羟基丙基苯、 2-氛基 _1，3_丙二醇、2_氛基_1，4_ 丁二醇、3_氛基_1，5_戊二醇等。
[0011] 在步骤（1)中，重氮化反应在本领域常见的条件下进行，例如在亚硝酸钠和稀酸 的存在下对伯胺基进行重氮化反应。上述反应中，优选稀酸过量，这样可以避免大量副产物 的产生。另外，由于重氮化反应是一个放热反应，所以优选在低温下进行。反应温度优选 0-5。。。
[0012] 在步骤⑵中，氧化石墨稀的制备方法是已知的，例如Modified-Hummers法等。氧 化石墨烯的还原反应可以在还原剂的作用下进行，上述还原剂可以是水合肼、硼氢化钠、氢 化铝锂等。另外，氧化石墨烯的还原反应还可以通过热处理还原、电化学还原等方法进行。
[0013] 在步骤（3)中，利用产物A中的重氮盐，将其化学键连接到石墨烯上。
[0014] 在步骤（4)中，产物C作为起始剂，在催化剂存在下通过环氧化合物开环聚合得到 聚醚多元醇。其中，环氧化合物可以是本领域常见的环氧化合物或环氧化合物的混合物。如 环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或它们的混合物。催化剂是本领域常见的催化剂，如K0H、双 金属催化剂（DMC催化剂）、路易斯酸、路易斯碱等。
[0015] 在本发明中，扩链剂是含有多个异氰酸酯反应性基团的小分子化合物，如乙二醇、 丙二醇、丁二醇、二甘醇等。
[0016] 在本发明中，阻燃剂是本领域常见的非卤素系阻燃剂，如有机磷类阻燃剂、三聚氰 胺、氧化锌、氢氧化铝等。有机磷类阻燃剂可以是磷酸铵、甲基膦酸二甲酯、磷酸三乙酯等。
[0017] 在本发明中，催化剂选自叔胺类催化剂和金属盐类催化剂等本领域技术人员常用 的催化剂。例如，叔胺是三亚乙基二胺、三乙胺、环己胺等；金属盐是乙酸钾、异辛酸钾、油酸 钾、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡等。
[0018] 发泡剂可以是化学发泡剂或物理发泡剂，如C02、水、异丁烷、环戊烷、正戊烷、异戊 烷、二氯甲烷、氟利昂、HFC-134a、HCFC-141b等。
[0019] 在本发明的组合物中，还可以根据需要加入其他常用的添加剂，如泡沫稳定剂、增 韧剂、增强剂、相容剂、抗氧剂、抗紫外剂等。
[0020] 本发明还提供了一种本发明的石墨烯化学改性硬质聚氨酯泡沫的制备方法，包 括：（1)制备与石墨烯化学键连接的聚醚多元醇；（2)将上述组合物中除多异氰酸酯以外的 组分混合均匀；（3)加入多异氰酸酯；(4)将所得混合物倒入模具中进行固化，得到硬质聚 氨酯泡沫。
[0021] 本发明还提供一种将本发明的硬质聚氨酯泡沫用于建筑保温材料等各种保温材 料的用途。
[0022] 本发明还提供一种建筑保温材料，该材料包含本发明的硬质聚氨酯泡沫。 实施例
[0023] 下面通过实施例对本发明进一步详细描述，但并不限制本发明。
[0024] 制备例
[0025] 制备与石墨烯化学键连接