本发明涉及聚氨酯技术领域，具体涉及一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法。
背景技术
聚氨酯具有高模量、高强度、优良的耐磨性、耐化学品、耐水解、抗霉菌性和使用温度范围宽等优点，这些优异的性能使得聚氨酯广泛应用于运动装备、线缆、汽车、医药卫生、管材、薄膜等众多领域。然而聚氨酯属于易燃物质,一旦引燃将发生剧烈燃烧反应,释放出大量的热量、有毒气体及烟雾,且伴有严重的熔融滴落现象。聚氨酯作为一种具有高强度、抗撕裂、耐磨等特性的高分子材料,在日常生活、工农业生产、医学等领域广泛应用。
聚氨酯海绵因优异的弹性和强度成为汽车内饰的首选材料。但聚氨酯阻燃性差，传统的将阻燃剂加入聚氨酯发泡不但容易脱落，而且由于聚氨酯泡沫的网络结构，现有阻燃难以形成阻燃层，这对聚氨酯泡沫海绵在汽车的内饰的应用形成了阻碍。
为此，对聚氨酯进行阻燃处理是十分必要的。在聚氨酯之中使用的阻燃剂分为有机与无机阻燃剂两大类，各自有优缺点：有机阻燃剂与基体相容性好，但是通常热稳定性差，而无机阻燃剂热稳定性好，但所需添加量较大，影响基材的力学性能和加工性能。
石墨烯的研究与应用开发持续升温，石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。鉴于石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值，在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。研究者们致力于在不同领域尝试不同方法以求制备高质量、大面积石墨烯材料。并通过对石墨烯制备工艺的不断优化和改进，降低石墨烯制备成本使其优异的材料性能得到更广泛的应用，并逐步走向产业化。
石墨烯类材料具有优异的导热性、导电性以及良好的气体阻隔性能。独特的二维碳原子片层结构可以作为一种良好的阻燃剂来改善聚合物材料的阻燃性能。当石墨烯基的聚合物阻燃材料遇到高温或者明火时，石墨烯片层密集且连续结构能够阻止氧气进入材料深处。此外石墨烯导热非常好，局部过高的热量可被迅速传导到材料的其余部分，使热量得以良好分散，从而火势不易传播扩散。
目前石墨烯改性聚氨酯过程中，石墨烯由于分子间作用力极易团聚，不利于在在聚氨酯中分散从而影响其材料的性能，当前石墨烯分散的主要方法有物理分散法和化学改性法两种，物理分散主要是利用研磨、球磨、超声、微波辐射等方法打破片层与片层之间作用力，当停止外力作用时，石墨烯容易重新团聚；化学改性法分散石墨烯，一般通过化学反应在石墨烯表面接枝特殊的官能团对石墨烯进行改性达到其稳定分散的目的。然而，由于石墨烯片层间较强的范德华力，使其反应活性较低对其化学改性具有较大的难度。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法，在聚氨酯海绵的网络内表层均匀分散的密集且连续石墨烯二维碳原子片层形成有效的保护层，能够阻止和隔离氧气，从而达到阻燃聚氨酯的目的，相比于直接将石墨烯添加在聚氨酯海绵中，更容易形成阻燃层。且制备方法简单，油气用于汽车内饰，具有优异的吸能、缓冲、阻燃功能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法，包括如下步骤：
s1制备相容剂溶液：将聚环氧乙烷基非离子型表面活性剂与有机溶剂按照质量比为1：（1.5-2.0）在常温下混合制备得到相容剂溶液，待用；
s2浸润吸附：将聚氨酯海绵浸润在s1步骤中的相容剂溶液中，常温浸润15-30min，取出挤压相容剂溶液，将挤出的相容剂溶液回收再次用于浸润，将挤压后的聚氨酯海绵在常温下沥干得到含有相容剂的聚氨酯海绵，待用；
s3制备阻燃粘合分散液：将石墨烯、双氰胺和水性环氧树脂液超声分散混合均匀，得到阻燃粘合分散液待用；
s4制备阻燃聚氨酯海绵：将s2步骤中制备得到的含有相容剂的聚氨酯海绵浸泡在s3步骤中制备得到的阻燃粘合分散液中，浸泡结束后挤压留下聚氨酯海绵内表面一层液体膜，将挤压的阻燃粘合分散液回收再次用于浸泡，将挤压后的聚氨酯海绵在保护气氛围中恒温处理，得到用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵。
所述s1步骤中聚环氧乙烷基非离子型表面活性剂为脂肪醇聚环氧乙烷醚或烷基酚聚环氧乙烷醚；所述s1步骤中有机溶剂为乙醇。
所述s2步骤中挤压的压力为20kg/cm2。
所述s3步骤中石墨烯、双氰胺和水性环氧树脂液的重量份组成为：石墨烯0.5-0.8份，双氰胺12-15份，水性环氧树脂液30-50份，水性环氧树脂液的固含量为5wt%。
进一步优选，所述s3步骤中石墨烯、双氰胺和水性环氧树脂液的重量份组成为：石墨烯0.7份，双氰胺14份，水性环氧树脂液35份。
所述s3步骤中超声的频率为70khz，超声时长为2-3h。
所述s4步骤中浸泡时间为30-40min，挤压的压力为15kg/cm2。
所述s4步骤中保护气为氮气或氩气；所述s4步骤中恒温温度为80℃，时间为5-6h。
石墨烯通过具有粘性的水性环氧树脂，在聚氨酯海绵内部的网络表面形成阻隔层，较佳的提升了海绵的阻燃效果。双氰胺不但是阻燃剂，而且使水性环氧树脂固化固定在海绵内表面。
公知的，聚氨酯海绵具有丰富的网络孔，如果将石墨烯等阻燃剂直接加入发泡聚氨酯，一方面石墨烯分散较困难，另一方面，鉴于发泡聚氨酯海绵丰富的网络，石墨烯难以形成有效地阻燃层。本发明通过在已发泡的海绵内表面均匀分散密集且连续石墨烯二维碳原子片层形成有效的保护层，能够有效阻止和隔离氧气，从而达到阻燃聚氨酯的目的，而且该方法简单，易于操作，得到的阻燃聚氨酯海绵可用于汽车内饰，具有优异的吸能、缓冲、阻燃功能。
本发明的有益效果是：
1.本发明提出了利用后期在内表面附着阻燃层解决发泡聚氨酯海绵阻燃的方法。
2.本发明通过对聚氨酯海绵预处理，在水性环氧树脂辅助下在聚氨酯海绵内表面形成阻隔层。有效避免了直接添加石墨烯重新的团聚现象。以及解决了难以形成阻隔层的问题。
3.聚氨酯海绵内表层面均匀分散的密集且连续石墨烯二维碳原子片层形成有效的保护层，能够阻止和隔离氧气，从而达到阻燃聚氨酯的目的，该方法制备简单，易于操作。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法，包括如下步骤：
s1制备相容剂溶液：将脂肪醇聚环氧乙烷醚与乙醇按照质量比为1：1.5在常温下混合制备得到相容剂溶液，待用；
s2浸润吸附：将聚氨酯海绵浸润在s1步骤中的相容剂溶液中，常温浸润15min，取出挤压相容剂溶液，将挤出的相容剂溶液回收再次用于浸润，将挤压后的聚氨酯海绵在常温下沥干得到含有相容剂的聚氨酯海绵，待用；
s3制备阻燃粘合分散液：将重量份为：石墨烯0.5份、双氰胺12份和水性环氧树脂液35份在超声频率为70khz中超声分散2h，混合均匀，得到阻燃粘合分散液待用；
s4制备阻燃聚氨酯海绵：在保护气氛围中，将s2步骤中制备得到的含有相容剂的聚氨酯海绵浸泡在s3步骤中制备得到的阻燃粘合分散液中，浸泡结束后挤压留下聚氨酯海绵表面一层液体膜，将挤压的阻燃粘合分散液回收再次用于浸泡，将挤压后的聚氨酯海绵在氮气氛围中在80℃下恒温5h，得到用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵。
具体地，所述s2步骤中挤压的压力为20kg/cm2。
具体地，所述s4步骤中浸泡时间为30min，挤压的压力为15kg/cm2。
上述制备得到的阻燃聚氨酯海绵的阻燃性能通过ul94阻燃防火等级测试能达到v0级阻燃要求。
实施例2
一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法，包括如下步骤：
s1制备相容剂溶液：将烷基酚聚环氧乙烷醚与乙醇按照质量比为1：2.0在常温下混合制备得到相容剂溶液，待用；
s2浸润吸附：将聚氨酯海绵浸润在s1步骤中的相容剂溶液中，常温浸润30min，取出挤压相容剂溶液，将挤出的相容剂溶液回收再次用于浸润，将挤压后的聚氨酯海绵在常温下沥干得到含有相容剂的聚氨酯海绵，待用；
s3制备阻燃粘合分散液：将重量份为：石墨烯0.8份、双氰胺15份和水性环氧树脂液38份在超声频率为70khz中超声分散3h，混合均匀，得到阻燃粘合分散液待用；
s4制备阻燃聚氨酯海绵：在保护气氛围中，将s2步骤中制备得到的含有相容剂的聚氨酯海绵浸泡在s3步骤中制备得到的阻燃粘合分散液中，浸泡结束后挤压留下聚氨酯海绵表面一层液体膜，将挤压的阻燃粘合分散液回收再次用于浸泡，将挤压后的聚氨酯海绵在氩气氛围中在80℃下恒温6h，得到用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵。
具体地，所述s2步骤中挤压的压力为20kg/cm2。
具体地，所述s4步骤中浸泡时间为40min，挤压的压力为15kg/cm2。
上述制备得到的阻燃聚氨酯海绵的阻燃性能通过ul94阻燃防火等级测试能达到v0级阻燃要求。
实施例3
一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法，包括如下步骤：
s1制备相容剂溶液：将脂肪醇聚环氧乙烷醚与乙醇按照质量比为1：1.8在常温下混合制备得到相容剂溶液，待用；
s2浸润吸附：将聚氨酯海绵浸润在s1步骤中的相容剂溶液中，常温浸润18min，取出挤压相容剂溶液，将挤出的相容剂溶液回收再次用于浸润，将挤压后的聚氨酯海绵在常温下沥干得到含有相容剂的聚氨酯海绵，待用；
s3制备阻燃粘合分散液：将重量份为：石墨烯0.7份、双氰胺14份和水性环氧树脂液37份在超声频率为70khz中超声分散2.5h，混合均匀，得到阻燃粘合分散液待用；
s4制备阻燃聚氨酯海绵：在保护气氛围中，将s2步骤中制备得到的含有相容剂的聚氨酯海绵浸泡在s3步骤中制备得到的阻燃粘合分散液中，浸泡结束后挤压留下聚氨酯海绵表面一层液体膜，将挤压的阻燃粘合分散液回收再次用于浸泡，将挤压后的聚氨酯海绵在氩气氛围中在80℃下恒温5-6h，得到用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵。
具体地，所述s2步骤中挤压的压力为20kg/cm2。
具体地，所述s4步骤中浸泡时间为35min，挤压的压力为15kg/cm2。
上述制备得到的阻燃聚氨酯海绵的阻燃性能通过ul94阻燃防火等级测试能达到v0级阻燃要求。
实施例4
一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法，包括如下步骤：
s1制备相容剂溶液：将烷基酚聚环氧乙烷醚与乙醇按照质量比为1：1.7在常温下混合制备得到相容剂溶液，待用；
s2浸润吸附：将聚氨酯海绵浸润在s1步骤中的相容剂溶液中，常温浸润16min，取出挤压相容剂溶液，将挤出的相容剂溶液回收再次用于浸润，将挤压后的聚氨酯海绵在常温下沥干得到含有相容剂的聚氨酯海绵，待用；
s3制备阻燃粘合分散液：将重量份为石墨烯0.7份、双氰胺14份和水性环氧树脂液47份在超声频率为70khz中超声分散2.5h，混合均匀，得到阻燃粘合分散液待用；
s4制备阻燃聚氨酯海绵：在保护气氛围中，将s2步骤中制备得到的含有相容剂的聚氨酯海绵浸泡在s3步骤中制备得到的阻燃粘合分散液中，浸泡结束后挤压留下聚氨酯海绵表面一层液体膜，将挤压的阻燃粘合分散液回收再次用于浸泡，将挤压后的聚氨酯海绵在氮气氛围中在80℃下恒温聚合5.5h，得到用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵.
具体地，所述s2步骤中挤压的压力为20kg/cm2。
具体地，所述s4步骤中浸泡时间为35min，挤压的压力为15kg/cm2。
上述制备得到的阻燃聚氨酯海绵的阻燃性能通过ul94阻燃防火等级测试能达到v0级阻燃要求。
实施例5
一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法，包括如下步骤：
s1制备相容剂溶液：将烷基酚聚环氧乙烷醚与乙醇按照质量比为1：1.9在常温下混合制备得到相容剂溶液，待用；
s2浸润吸附：将聚氨酯海绵浸润在s1步骤中的相容剂溶液中，常温浸润25min，取出挤压相容剂溶液，将挤出的相容剂溶液回收再次用于浸润，将挤压后的聚氨酯海绵在常温下沥干得到含有相容剂的聚氨酯海绵，待用；
s3制备阻燃粘合分散液：将重量份为：石墨烯0.6份、双氰胺14份和水性环氧树脂液45份在超声频率为70khz中超声分散3h，混合均匀，得到阻燃粘合分散液待用；
s4制备阻燃聚氨酯海绵：在保护气氛围中，将s2步骤中制备得到的含有相容剂的聚氨酯海绵浸泡在s3步骤中制备得到的阻燃粘合分散液中，浸泡结束后挤压留下聚氨酯海绵表面一层液体膜，将挤压的阻燃粘合分散液回收再次用于浸泡，将挤压后的聚氨酯海绵在氮气氛围中在80℃下恒温6h，得到用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵。
具体地，所述s2步骤中挤压的压力为20kg/cm2。
具体地，所述s4步骤中浸泡时间为35min，挤压的压力为15kg/cm2。
上述制备得到的阻燃聚氨酯海绵的阻燃性能通过ul94阻燃防火等级测试能达到v0级阻燃要求。
实施例6
一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法，包括如下步骤：
s1制备相容剂溶液：将脂肪醇聚环氧乙烷醚与乙醇按照质量比为1：1.5在常温下混合制备得到相容剂溶液，待用；
s2浸润吸附：将聚氨酯海绵浸润在s1步骤中的相容剂溶液中，常温浸润30min，取出挤压相容剂溶液，将挤出的相容剂溶液回收再次用于浸润，将挤压后的聚氨酯海绵在常温下沥干得到含有相容剂的聚氨酯海绵，待用；
s3制备阻燃粘合分散液：将重量份为：石墨烯0.8份、双氰胺15份和水性环氧树脂液48份在超声频率为70khz中超声分散2-3h，混合均匀，得到阻燃粘合分散液待用；
s4制备阻燃聚氨酯海绵：在保护气氛围中，将s2步骤中制备得到的含有相容剂的聚氨酯海绵浸泡在s3步骤中制备得到的阻燃粘合分散液中，浸泡结束后挤压留下聚氨酯海绵表面一层液体膜，将挤压的阻燃粘合分散液回收再次用于浸泡，将挤压后的聚氨酯海绵在氮气氛围中在80℃下恒温6h，得到用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵。
具体地，所述s2步骤中挤压的压力为20kg/cm2。
具体地，所述s4步骤中浸泡时间为35min，挤压的压力为15kg/cm2。
上述制备得到的阻燃聚氨酯海绵的阻燃性能通过ul94阻燃防火等级测试能达到v0级阻燃要求。
对比例1
一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法，包括如下步骤：
s1制备相容剂溶液：将脂肪醇聚环氧乙烷醚与乙醇按照质量比为1：1.5在常温下混合制备得到相容剂溶液，待用；
s2浸润吸附：将在制备聚氨酯海绵的前体中加入石墨烯，制备得到聚氨酯海绵，然后浸润在s1步骤中的相容剂溶液中，常温浸润30min，取出挤压相容剂溶液，将挤出的相容剂溶液回收再次用于浸润，将挤压后的聚氨酯海绵在常温下沥干得到含有相容剂的聚氨酯海绵，待用；
s3制备阻燃粘合分散液：将重量份为：双氰胺15份和水性环氧树脂液48份在超声频率为70khz中超声分散2-3h，混合均匀，得到阻燃粘合分散液待用；
s4制备阻燃聚氨酯海绵：在保护气氛围中，将s2步骤中制备得到的含有相容剂的聚氨酯海绵浸泡在s3步骤中制备得到的阻燃粘合分散液中，浸泡结束后挤压留下聚氨酯海绵表面一层液体膜，将挤压的阻燃粘合分散液回收再次用于浸泡，将挤压后的聚氨酯海绵在氮气氛围中在80℃下恒温6h，得到用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵。
具体地，所述s2步骤中挤压的压力为20kg/cm2。
具体地，所述s4步骤中浸泡时间为35min，挤压的压力为15kg/cm2。
对比例1在常规制备聚氨酯海绵时将石墨烯分散于聚氨酯，在后需制备网络内表面改性时只使用了双氰胺和水性环氧树脂液。
上述制备得到的阻燃聚氨酯海绵的阻燃性能通过ul94阻燃防火等级测试能达到v2级阻燃要求。
对比例2
一种用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵的制备方法，包括如下步骤：
s1制备阻燃粘合分散液：将重量份为：石墨烯0.8份、双氰胺15份和水性环氧树脂液48份在超声频率为70khz中超声分散2-3h，混合均匀，得到阻燃粘合分散液待用；
s2制备阻燃聚氨酯海绵：在保护气氛围中，将聚氨酯海绵浸泡在s1步骤中制备得到的阻燃粘合分散液中，浸泡结束后挤压留下聚氨酯海绵表面一层液体膜，将挤压的阻燃粘合分散液回收再次用于浸泡，将挤压后的聚氨酯海绵在氮气氛围中在80℃下恒温6h，得到用于汽车内饰的石墨烯阻燃聚氨酯海绵。
具体地，所述s2步骤中挤压的压力为20kg/cm2。
具体地，所述s4步骤中浸泡时间为35min，挤压的压力为15kg/cm2。
对比例2没有对聚氨酯海绵预处理。
上述制备得到的阻燃聚氨酯海绵的阻燃性能通过ul94阻燃防火等级测试能达到v1级阻燃要求。