高性能磁性聚氨酯弹性体复合材料制备方法

摘要

本发明涉及磁性聚氨酯弹性体复合材料，具体为高性能磁性聚氨酯弹性体复合材料制备方法，解决磁性弹性体复合材料机械力学性能与磁性能难以同时优化的问题，方案为：用化学共沉淀法制备Fe₃O₄水基磁性液体，通过吸附作用制备石墨烯@Fe₃O₄复合磁性粒子；将石墨烯@Fe₃O₄复合磁性粒子提纯后分散在有机溶剂中制得石墨烯@Fe₃O₄复合有机磁性液体；以石墨烯@Fe₃O₄复合有机磁性液体为主要原料之一，采用磁控原位聚合法制备石墨烯@Fe₃O₄聚氨酯弹性体复合材料。优点为：解决了复合材料制备成型过程中功能填料易团聚的问题，改善并控制功能粒子在高分子基体中的分散与分布，引入了石墨烯，磁性弹性体复合材料的力学与磁性能同时得到提高，磁性功能复合材料具有优异的力学与磁性能。

主权项

一种高性能磁性聚氨酯弹性体复合材料制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）、制备稳定的石墨烯@Fe₃O₄有机磁性液体；a、在冰浴条件下，将2g天然鳞片石墨和2g硝酸钠加入到46ml的浓硫酸中，以600r/min的速度强烈搅拌30min；进一步将6g高锰酸钾以0.5g/min的速度加入到上述三种物质的混合溶液中，然后以600r/min的速度强烈搅拌60min；将上述四种物质的混合液转移到45℃水浴中，以400r/min的速度搅拌4h后，将80ml去离子水加入到上述四种物质混合液中，然后将其转移到95℃的油浴中；待反应溶液的温度达到95℃是，点连成线地加入200ml去离子水，再逐滴加入16ml浓度为30%的双氧水，溶液由棕黄色逐渐生成金黄色沉淀物；依次用浓度为2mol/L的HCl溶液、去离子水和无水乙醇多次离心洗涤，直到溶液的pH值呈中性后，过滤，将金黄色沉淀物置于烘箱内60℃烘干，即得自制氧化石墨；b、将3.58g FeCl₂·4H₂O和6.08g FeCl₃·6H₂O溶解于90mL去离子水中，置于50℃恒温水浴中，搅拌均匀后，在搅拌速度为500r/min的剧烈机械搅拌下，以1滴/秒的速度缓慢滴加90mL浓度为1.34mol/L 的NaOH溶液，滴加完毕之后继续反应90min后停止，冷却至室温，将所得溶液进行磁分离得到黑色沉淀，即Fe₃O₄磁性粒子，除去上层清液，再用去离子水超声分散、磁分离，重复洗涤6~8次，直至上清液的pH呈中性；然后将Fe₃O₄磁性粒子以200r/min的速度机械搅拌10min，并于120mL去离子水中超声分散20min，形成稳定的浓度为0.025g/mL的Fe₃O₄水基磁性液体；c、称取一定质量的所述自制氧化石墨加入到120ml去离子水中，超声分散1~3h形成氧化石墨烯均匀分散液后，置于80℃水浴中，向其中加入一定体积的的所述浓度为0.025g/ml的Fe₃O₄水基磁性液体，其中自制氧化石墨与Fe₃O₄的质量比为0.05~1.5:1，在N₂保护下，以300r/min的速度机械搅拌30min后，滴加1.5~3倍所述自制氧化石墨质量的抗坏血酸或者水合肼或者氢碘酸作为还原剂，继续反应1h后得到石墨烯@Fe₃O₄复合水基磁性液体；磁分离除去上层清液，再将剩余溶液超声分散、磁分离，反复洗涤5次，得到石墨烯@Fe₃O₄复合磁性粒子；d、将0.4g所述石墨烯@Fe₃O₄复合磁性粒子加入到40ml易挥发、与水和聚四氢呋喃醚二醇互溶，且与水和聚四氢呋喃醚二醇不发生化学反应的有机溶剂中，以100r/min的速度搅拌，并同时超声分散20min，随后磁分离去除上层液，再用所述有机溶剂超声分散、磁分离，反复洗涤7次；最后将磁分离提纯后得到的石墨烯@Fe₃O₄复合磁性粒子超声分散于一定体积的所述有机溶剂中，形成浓度为0.005~0.08g/mL稳定的石墨烯@Fe₃O₄有机磁性液体；2）、磁控原位聚合法制备石墨烯@Fe₃O₄聚氨酯弹性体复合材料；a、将一定体积的所述石墨烯@Fe₃O₄有机磁性液体与一定量的液体状的聚四氢呋喃醚二醇混合，以400r/min的速度搅拌并同时超声1.5h后，升温至60~90℃，以400r/min的速度搅拌30min后升温至100~120℃，在真空度为0.08kPa的条件下保持3~5h；b、然后，冷却至25~40℃，将一定量的甲苯二异氰酸酯加入到反应体系中，以400r/min的速度搅拌，保持在40~60℃温度下反应50min后，将温度升高至80~95℃反应1.5~3h，得到石墨烯@Fe₃O₄聚氨酯预聚体；c、最后将一定量的扩链剂亚甲基双邻氯苯胺加入到所述石墨烯@Fe₃O₄聚氨酯预聚体中，所述聚四氢呋喃醚二醇、甲苯二异氰酸酯与亚甲基双邻氯苯胺的质量比为40~220:12~68:7~39；以600r/min的速度快速搅拌1min，在室温和真空度为0.08kPa的条件下抽真空脱泡3~6min，倒入已预热到100~120℃的铁模具中，在温度100~120℃、压力10MPa和外加0.1~2.0T磁场条件下硫化25~35min，再置于100℃烘箱中后硫化24h，得到石墨烯@Fe₃O₄聚氨酯弹性体复合材料，所述石墨烯@Fe₃O₄聚氨酯弹性体复合材料中石墨烯@Fe₃O₄复合磁性粒子的掺杂量大于0且小于等于20wt%。