具体实施方式

本发明提供了一种氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料，包括再生聚氨酯泡沫材料和分散在所述再生聚氨酯泡沫材料中的氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物。

在本发明中，所述氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物中氧化石墨烯与粉煤灰的质量比优选为1～30：1～10，更优选为5～20:3～8，更优选为10～15:5。在本发明中，所述再生聚氨酯泡沫材料与氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物的质量比优选为100～300:1～100，更优选为150～250：10～80，进一步优选为200～220:30～60。

本发明提供了上述氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将废旧聚氨酯泡沫与氧化石墨烯/粉煤灰杂化物、小分子醇、助解剂混合，进行降解反应，得到降解产物；

(2)将所述降解产物与发泡助剂、异氰酸酯类化合物混合，进行发泡，得到氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料。

本发明将废旧聚氨酯泡沫与氧化石墨烯/粉煤灰杂化物、小分子醇、助解剂混合，进行降解反应，得到降解产物。在本发明中，所述氧化石墨烯/粉煤灰杂化物的制备方法优选包括以下步骤：

(a)将粉煤灰与酸液混合，进行酸化，得到酸化粉煤灰；

(b)将所述酸化粉煤灰与乙醇、偶联剂超声混合，得到活化粉煤灰；

(c)将所述活化粉煤灰与氧化石墨烯、有机溶剂超声混合，进行偶联反应，得到氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物。

本发明优选将粉煤灰与酸液混合，进行酸化，得到酸化粉煤灰。在本发明中，所述粉煤灰的粒径优选为500～5000目，更优选为1000～3000目。在混合前，本发明优选对粉煤灰进行干燥，所述干燥的温度优选为50～80℃，更优选为60～70℃，时间优选为12～24h，更优选为6～20h。

在本发明中，所述酸液优选为盐酸溶液，所述盐酸溶液的浓度优选为0.1～0.6mol/L，更优选为0.2～0.4mol/L。本发明对所述盐酸溶液的用量没有特殊的要求，能够将粉煤灰完全浸没即可。本发明对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的如搅拌混合。

本发明优选在静置的条件下进行所述酸化，所述酸化的时间优选为10～30min，更优选为20min。

得到所述酸化粉煤灰后，本发明优选将所述酸化粉煤灰与乙醇、偶联剂超声混合，得到活化粉煤灰。在本发明中，所述乙醇的体积浓度优选为95％；所述乙醇的体积与酸化粉煤灰的质量比优选为10～30mL:1g，更优选为15～25mL:1g。

所述偶联剂优选为硅烷类偶联剂和/或钛酸酯类偶联剂。在本发明中，所述硅烷类偶联剂优选为KH550、KH560、KH570、KH792、DL602和DL171中的一种或几种，所述钛酸酯类偶联剂优选为三异硬脂酰基钛酸异丙酯、异丙基三(二辛基焦磷酰)钛酸酯、氧代乙酰氧基钛酸酯、二氧代亚乙基钛酸酯和四异丙基(亚磷酸二月桂酯基)钛酸酯中的一种或几种。在本发明中，所述偶联剂与酸化粉煤灰的质量比优选为1：10～20，更优选为1:15。

在本发明中，所述超声混合的功率优选为100～300W，更优选为200W；所述超声混合的时间优选为1～3h，更优选为2h。

所述超声混合后，本发明优选对所得混合液体依次进行洗涤、过滤和干燥，得到活化粉煤灰固体。在本发明中，所述洗涤用洗涤剂优选为去离子水，所述过滤的方式优选为抽滤；本发明对所述干燥的方式没有特殊的要求，使用本领域熟知的干燥方式即可，所述干燥的时间优选为24～48h，更优选为32～40h。

得到所述活化粉煤灰后，本发明优选将所述活化粉煤灰与氧化石墨烯、有机溶剂超声混合，进行偶联反应，得到氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物。本发明对所述氧化石墨烯的制备方法没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的方法制备氧化石墨烯即可，具体的如Brodie法、Staudenmaier法或Hummers法。在本发明中，所述氧化石墨烯的片层厚度优选为0.3～1nm，更优选为0.5～0.8nm，片层直径优选为0.2～50μm，更优选为1～30μm，进一步优选为2～20μm。在本发明中，所述氧化石墨烯与活化粉煤灰的质量比优选为1～30：1～10，更优选为5～20:3～8，更优选为10～15:5。

在本发明中，所述有机溶剂优选为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲苯、二甲苯和甲醇中的一种或几种。本发明对所述有机溶剂的用量没有特殊的要求，能够保证活化粉煤灰与氧化石墨烯的均匀分散即可。

在本发明中，所述超声混合的功率优选为100～300W，更优选为200W；所述超声混合的时间优选为1～3h，更优选为2h。在本发明中，所述偶联反应优选在搅拌的条件下进行，所述偶联反应的温度优选为80～100℃，更优选为90℃，时间优选为8～30min，更优选为10～20min。

所述偶联反应后，本发明优选对所得偶联反应液依次进行洗涤、过滤和干燥，得到氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物固体。在本发明中，所述洗涤用洗涤剂优选为无水乙醇；本发明对所述过滤的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的过滤方式即可。本发明优选在真空干燥箱中进行所述干燥，所述干燥的温度优选为50～80℃，更优选为60～70℃，时间优选为12～48h，更优选为24～36h。

本发明将废旧聚氨酯泡沫与氧化石墨烯/粉煤灰杂化物、小分子醇、助解剂混合，进行降解反应，得到降解产物。本发明对所述废旧聚氨酯泡沫没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的聚氨酯泡沫即可，如聚氨酯软泡、聚氨酯硬泡、聚氨酯半硬泡。在进行所述混合前，本发明优选对所述聚氨酯泡沫依次进行粉碎、洗涤、过滤和干燥。本发明对所述粉碎的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的粉碎方式即可；所述粉碎后聚氨酯粉碎物的粒径优选≤10mm。本发明对所述洗涤、过滤和干燥的具体操作方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的上述方式即可。

在本发明中，所述小分子醇优选为乙醇胺、丙二醇、丁二醇和二甘油中的一种或几种；所述助解剂优选为氢氧化钾、氢氧化镁、醋酸钠、三乙胺和三乙醇胺中的一种或几种。本发明通过所述小分子醇和助解剂，能够将废旧聚氨酯泡沫醇解成降解产物多元醇。

在本发明中，所述废旧聚氨酯泡沫、氧化石墨烯/粉煤灰杂化物、小分子醇与助解剂的质量比优选为100～300:1～100:50～150:10～50，更优选为150～250:10～80:60～80:20～40，进一步优选为200:40～60:70:30。在本发明中，所述降解反应的温度优选为80～150℃，更优选为100～120℃，时间优选为1～8h，更优选为3～6h。本发明优选在搅拌的条件下进行所述降解反应，所述搅拌的速率优选为80～200r/min，更优选为100～150r/min。

所述降解反应后，本发明优选对所述降解反应液进行超声分散，所述超声分散的功率优选为100～300W，更优选为200W；时间优选为1～3h，更优选为2h。

得到所述降解产物后，本发明将所述降解产物与发泡助剂、异氰酸酯类化合物混合，进行发泡，得到氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料。在本发明中，所述发泡助剂优选包括扩链剂、发泡剂、催化剂和稳泡剂。在本发明中，所述扩链剂优选为1,4-丁二醇、1,6-己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、二甘醇、三甘醇、新戊二醇、山梨醇、二乙氨基乙醇、乙二胺和N,N-二羟基(二异丙基)苯胺中的一种或几种；所述发泡剂优选为戊烷、1,1,1,3,3-五氟丁烷、1,1,1,2-四氟乙烷、N,N-偶氮二异丁腈(AZDN)、双氰胺、正丁烷、1,1-二氯-1-氟代乙烷、丙丁烷、二甲醚、水和偶氮二甲酰胺中的一种或几种；所述催化剂优选为三(二甲氨基丙基)六氢三嗪、辛酸亚锡、二甲基乙醇胺、N,N,N’,N",N"-五甲基二乙烯三胺、三亚乙基二胺、N,N-二甲基哌嗪、三乙烯二胺、二甲氨基乙基醚、五甲基二亚乙基三胺、2,2’-二吗啉二乙醚和N,N-二甲基苄胺中的一种或几种；所述稳泡剂优选为硅油L-600、硅油SE-232、硅油CGY-5、硅油DC-193、硅油SC-154和硅油SC-155中的一种或几种。

在本发明中，所述异氰酸酯类化合物为二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯中的一种或几种。在本发明中，所述二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的型号优选为MDI-100LL、MDI-100HL、MR-200、M200、44V20、M20S和5005中的一种，所述多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)的型号优选为PAPI-27，所述甲苯二异氰酸酯(TDI)优选为2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯。

在本发明中，所述降解产物与扩链剂、发泡剂、催化剂和稳泡剂的质量比优选为20～50:1～8:4～20:1～8:2～10，更优选为30～40:3～5:8～15:3～5:5～8；所述降解产物与异氰酸酯类化合物的质量比优选为30:30～225，更优选为30:50～200，进一步优选为30:80～150。本发明对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的如搅拌混合。在本发明中，所述发泡的温度优选为160～250℃，更优选为180～220℃，时间优选为0.5～2.5h，更优选为1～2h，压力优选为0.1～0.3MPa，更优选为0.2MPa。

下面结合实施例对本发明提供的氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

(1)将1g粉煤灰在60℃下干燥24h，使用0.4mol/L盐酸酸化30min，加入100g体积浓度为95％的乙醇溶液、4gKH-550硅烷偶联剂，在100W下超声2h，使用去离子水洗涤后抽滤，将所得固体干燥24h，得到酸化粉煤灰。

(2)向50g二甲基甲酰胺溶剂中加入上述酸化粉煤灰和1g氧化石墨烯，在100W下超声2h，在100℃水浴锅中搅拌10min，之后使用无水乙醇清洗，过滤后将所得粉末在真空60℃下干燥24小时，得到氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物。

(3)向120g洗净干燥10h后的废旧聚氨酯泡沫中加入50g丙二醇和10g氢氧化钾配制成降解醇解液，然后加入氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物，废旧聚氨酯泡沫与氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物的质量比为10:1，在100℃下机械搅拌3h，超声分散2h，得到可再利用的降解产物。

(4)将30g降解产物与1g三乙醇胺、1g辛酸亚锡、2g硅油搅拌均匀，100W超声分散30min后与34g PAPI-27搅拌，在160℃、0.1MPa下发泡1h，冷却后得到氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料。

粉煤灰的扫描电镜图如图1所示，所得氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物的扫描电镜图如图2所示。由图1和图2可以看出，氧化石墨烯与粉煤灰成功交联。

粉煤灰红外图片如图3所示，氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料的红外图片如图4所示。由图3和图4可以看出，所得复合材料中含有粉墨灰。

实施例2

(1)按照实施例1的方式制备氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物。

(2)向120g洗净干燥10h后的废旧聚氨酯泡沫中加入50g丁二醇和10g氢氧化钾配制成降解醇解液，然后加入氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物，废旧聚氨酯泡沫与氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物的质量比为5:1，在110℃下机械搅拌5h，超声分散1h，得到可再利用的降解产物。

(3)将30g降解产物与2g三乙醇胺、2g辛酸亚锡、3g硅油搅拌均匀，200W超声分散30min后与37g PAPI-27搅拌，在180℃、0.1MPa下发泡1.5h，冷却后得到氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料。

实施例3

(1)按照实施例1的方式制备氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物。

(2)向120g洗净干燥10h后的废旧聚氨酯泡沫中加入60g丙二醇和12g三乙醇胺配制成降解醇解液，然后加入氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物，废旧聚氨酯泡沫与氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物的质量比为10:3，在120℃下机械搅拌6h，超声分散2h，得到可再利用的降解产物。

(3)将30g降解产物与3g三乙醇胺、3g辛酸亚锡、4g硅油搅拌均匀，200W超声分散30min后与37g PAPI-27搅拌，在200℃、0.1MPa下发泡2.5h，冷却后得到氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料。

实施例4

(1)按照实施例1的方式制备氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物。

(2)向120g洗净干燥10h后的废旧聚氨酯泡沫中加入70g丁二醇和13g三乙醇胺配制成降解醇解液，然后加入氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物，废旧聚氨酯泡沫与氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物的质量比为5:2，在105℃下机械搅拌4h，超声分散2h，得到可再利用的降解产物。

(3)将30g降解产物与4g三乙醇胺、4g辛酸亚锡、6g硅油搅拌均匀，200W超声分散30min后与44g PAPI-27搅拌，在170℃、0.1MPa下发泡2h，冷却后得到氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料。

实施例5

(1)按照实施例1的方式制备氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物。

(2)向120g洗净干燥10h后的废旧聚氨酯泡沫中加入50g丁二醇和10g氢氧化镁配制成降解醇解液，然后加入氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物，废旧聚氨酯泡沫与氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物的质量比为2:1，在115℃下机械搅拌4h，超声分散2h，得到可再利用的降解产物。

(3)将30g降解产物与4g三乙醇胺、7g辛酸亚锡、10g硅油搅拌均匀，200W超声分散30min后与51g PAPI-27搅拌，在220℃、0.1MPa下发泡2h，冷却后得到氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，未加入氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物，得到再生聚氨酯材料。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于，将氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物替换为等量的氧化石墨烯，得到氧化石墨烯改性的再生聚氨酯复合材料，并测试所得复合材料的性能。

对比例3

对比例3与实施例1的区别在于，将氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物替换为等量的粉煤灰，得到粉煤灰改性的再生聚氨酯复合材料，并测试所得复合材料的性能。

对比例4

对比例4与实施例1的区别在于，将氧化石墨烯/粉煤灰交联杂化物替换为等量的未交联的粉煤灰、氧化石墨烯混合物，得到粉煤灰、氧化石墨烯改性的再生聚氨酯复合材料，并测试所得复合材料的性能。

性能测试

对实施例1～5、对比例1～4所得再生聚氨酯材料的压缩强度、导热系数进行测试，所得结果利于表1中。其中压缩强度的测试标准参照《GBT8813-2008硬质泡沫塑料压缩性能的测定标准》，导热系数的测定标准参照《GBT21558-2008建筑绝热用硬质聚氨酯泡沫塑料标准》。

表1实施例1～5和对比例1～4所得再生聚氨酯材料的性能

由表1可以看出，本发明提供的氧化石墨烯/粉煤灰改性再生聚氨酯复合材料具有良好的压缩强度和较低的导热系数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。