一种含有石墨烯的复合聚氨酯泡沫、制备方法和用图
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种含有石墨烯的复合聚氨酯泡沫、制备 方法和用途，所述含有石墨烯的复合聚氨酯泡沫具有远红外功能，能够用于制作枕头、床 垫、坐垫、靠垫、沙发、护腰、鞋垫、乳罩、汽车座椅、马桶坐垫或暖手宝，发射远红外线，起到 保健功能。
【背景技术】
[0002] 聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物 的统称，它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。
[0003] CN104892886A公开了一种低烟气释放的硬质氨酯泡沫及其制备方法和用途。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、发泡剂的组合物制 得，其中，上述聚合物多元醇包含与石墨烯化学键连接的聚醚多元醇，上述阻燃剂是有机磷 类阻燃剂和无机阻燃剂的复配组合物。该硬质聚氨酯泡沫既优异的阻燃性能，还具备更低 的烟气释放速率，可以大大提高火灾受困人员的存活几率。但其需要将石墨烯与多元醇进 行化学键连接，工艺条件苛刻，前处理复杂，且其制备得到的材料没有明显的远红外功能。
[0004] CN202088605U公开了一种"具有远红外保健功能的记忆聚氨酯"，包括一制冷聚氨 酯层、一保暖聚氨酯层、一远红外保健层，远红外保健层固定在制冷聚氨酯层上，保暖聚氨 酯层固定在远红外保健层上。远红外保健层采用竹炭纤维制成的远红外保健层。保暖聚氨 酯层为一太空记忆棉。可以通过发出远红外线以促进人体血液循环，起到保健作用，有利于 人们的身体健康。
[0005] CN104804204A公开了 "一种石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法和应 用"，本发明公开了一种石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用，采用改进 Hummers法制备氧化石墨烯，分散于DMF中，超声处理，倒入溶胀于DMF中的TPU，采用溶液 涂覆成膜工艺制得G0/TPU复合材料薄膜，再经200°C原位热还原处理2h，制得石墨烯/热 塑性聚氨酯复合材料，制得的石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料电性能优异，填料分散均匀， 可用于制备TPU医疗床垫、TPU沼气储存袋、TPU涉水类产品、TPU储水储油袋等对材料的阻 隔及抗静电性能有较高要求的领域。
[0006] 聚氨酯泡沫常用于制备枕头、床垫、坐垫、靠垫、沙发、护腰、鞋垫、乳罩、汽车座椅、 马桶坐垫或暖手宝等，这些产品长时间使用便会滋生细菌和尘螨，而枕头用上三年便含有 10%的霉菌、螨虫粪便和遍布累累的螨虫尸骸。根据医学上的资料，有12%~16%的人有 过敏症，而这些患者中有25%是由于家中尘蹒所引起的过敏；另外气喘症患者中高达90% 以上是起因于家中尘蹒，由此可知尘蹒对人的危害程度了。
[0007] 因而，如何开发一种具有多功能性的聚氨酯泡沫及其制品，也成为了目前本领域 内所广泛关注的焦点和亟待解决的问题。
【发明内容】
[0008] 基于以上问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种含有石墨烯结构的聚氨酯 泡沫及其制备工艺和应用，本发明提供的聚氨酯泡沫及其制品，不仅具有较好的远红外性 能，而且还能够产生较高的抗菌抑菌性能。
[0009] -种含有石墨烯结构的聚氨酯泡沫，其特征在于，所述聚氨酯泡沫中含有石墨烯 结构以及非碳非氧非氢元素；
[0010] 所述非碳非氧非氢元素包括Fe、Si和Al元素；
[0011] 所述Fe、Si和Al元素占所述聚氨酯泡沫的0. 0018wt %~0. 4wt %。
[0012] 进一步的，所述石墨稀结构厚度为小于等于100纳米。
[0013] 进一步的，所述石墨烯结构为具有层数为1~10层碳的六元环蜂窝状片层结构中 的一种或多种的组合。
[0014] 进一步的，所述复合聚氨酯泡沫中非碳非氧非氢元素还包括P、Ca、Na、Ni、Μη、K、 Mg、Cr、S和Co中的一种或多种；
[0015] 除Fe、Si和Al元素以外的非碳非氧非氢元素占所述聚氨酯泡沫的0. 5wt%以下；
[0016] 所述Fe、Si和Al元素占所述聚氨酯泡沫的0.0 lwt %~0. 4wt %。
[0017] 进一步的，所述石墨烯结构和含有非碳非氧非氢元素的物质通过含有碳纳米结构 的复合物的形式引入。
[0018] 进一步的，所述碳纳米结构的复合物的质量占所述复合聚氨酯泡沫质量的 0.1 wt % ~IOwt % D
[0019] 进一步的，所述含有碳纳米结构的复合物中，所述含有碳元素的物质的含量大于 等于80wt%。
[0020] 进一步的，所述含有碳纳米结构的复合物中，所述Fe、Si和Al元素的含量为 0· 3wt % ~5wt % 〇
[0021] 进一步的，含有碳纳米结构的复合物中含有石墨稀结构和无定形碳；
[0022] 所述非碳非氧非氢元素以单质、氧化物和碳化物中的任意一种或几种的组合的形 式吸附在碳纳米结构的表面或内部。
[0023] 进一步的，所述石墨烯结构为以生物质为原料制备得到的生物质石墨烯形式引 入。
[0024] 进一步的，所述生物质为以树木、秸杆以及其农林废弃物制备得到的木质素、纤维 素及其混合物中的一种或多种。
[0025] 所述含有碳纳米结构的复合物按以下方法进行制备，具体步骤包括：
[0026] (1)在催化剂的作用下，将生物质碳源进行催化处理，得到前驱体；
[0027] (2)在保护性气体的条件下，将所述前驱体在140°C~180°C保温I. 5h~2. 5h，得 到第一中间体；
[0028] (3)在保护性气体的条件下，将所述第一中间体升温至350°C~450°C保温3h~ 4h，得到第二中间体；
[0029] (4)在保护性气体的条件下，将所述第二中间体升温至IKKTC~1300°C保温2h~ 4h，得到第三中间体；
[0030] (5)将所述第三中间体依次碱洗、酸洗、水洗，得到复合物；
[0031] 上述方法制备得到的复合物也属于含有生物质石墨烯的一种情况。
[0032] 所述步骤⑶和（4)中的升温速率为14°C /min~18°C /min。
[0033] 上述方法制备得到的复合物也属于含有生物质石墨烯的一种情况。
[0034] 本发明还提供了一种上述聚氨酯泡沫的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
[0035] 在聚醚多元醇中引入含有石墨烯结构以及非碳非氧非氢元素的物质，制备含碳纳 米结构的聚氨酯泡沫。
[0036] 本发明另外还公开了一种聚氨酯泡沫制品，其特征在于，含有本发明的聚氨酯泡 沫，所述制品包括枕头、床垫、坐垫、靠垫、沙发、护腰、鞋垫、乳罩、汽车座椅、马桶坐垫或暖 手宝。
[0037] 本发明提供了一种含有石墨烯结构的聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫中含有石墨烯 结构以及非碳非氧非氢元素；所述非碳非氧非氢元素包括Fe、Si和Al元素；所述Fe、Si和 Al元素占所述聚氨酯泡沫的0. 0018wt%~0. 4wt%。
[0038] 与现有技术相比，（1)本发明通过选用特定的含有石墨烯的碳纳米结构复合物，实 现了只需要将其与聚醚多元醇简单混合，然后与多异氰酸酯聚合即可实现对聚氨酯的复合 的目的，无须将碳纳米结构复合物中存在的石墨烯进行改性处理，省略了改性的步骤，工艺 简单，与现有设备无缝连接；(2)本发明制备得到的含有石墨烯的聚氨酯泡沫，具有明显的 远红外性能和抑菌性能，远红外性能优异，最高能达到0. 93 ;抑菌率最高可达99%。能够用 于制作诸如枕头、床垫、坐垫、靠垫、沙发、护腰、鞋垫、乳罩、汽车座椅、马桶坐垫或暖手宝， 获得保健功能。
【附图说明】
[0039] 图1为实施例1和对比例6-8的不同种类石墨烯枕头温度-时间曲线。
【具体实施方式】
[0040] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的 限制。
[0041] 本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人 员熟知的常规方法制备的即可。
[0042] 本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。
[0043] 本发明提供了一种含有石墨烯结构的聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫中含有石墨烯 结构以及非碳非氧非氢元素；所述非碳非氧非氢元素包括Fe、Si和Al元素；所述Fe、Si和 Al元素占所述聚氨酯泡沫的0. 0018wt%~0. 4wt%。
[0044] 本发明所述Fe、Si和Al元素进一步占所述聚氨酯泡沫的0.0 lwt %~0. 4wt %， 更进一步为0· 02wt %~0· 4wt %，更进一步为0· 02wt %