本发明专利技术公开了一种制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法，在二月桂酸二丁基锡催化剂存在的条件下，将聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯混合，于60~80℃下反应，加入2-磺基苯甲酸酐、羧基化碳纳米管和石墨烯片材，反应时间2h，反应温度90℃，得到聚氨酯预聚体A；向预聚体A加入扩链剂和丙酮，于65~75℃条件下反应，加入D-泛醇和2,4,6-三羟基苯甲酸，反应温度75~85℃，反应时间0.5~2h，加入三乙胺和苯甲酰胺进行中和反应30~50min，加水进行乳化，得到碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂，所制备的聚氨酯环保、价格低廉，广泛应用于墙体、家具、金属器具表面，作为塑料、玻璃、造纸、纺织的粘合剂。
【技术实现步骤摘要】
制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法
本专利技术涉及一种水性聚氨酯涂料和粘合剂的制备方法，特别涉及一种制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法。
技术介绍
聚氨酯主要应用于皮革涂饰、纺织印染、造纸业、建筑涂料以及胶粘剂等领域。由于喷涂于内外墙体、家具或者金属器具表面的涂料和油漆，与人类直接或间接接触，因此有毒、有害涂料时刻威胁着人们的健康。另外，由于使用的领域常接触太阳光，而太阳光线中含有大量对有色物体有害的紫外光，其波长约290～460nm，这些有害的紫外光通过化学上的氧化还原作用，使涂料发生颜色的变化。聚氨酯进行聚合常采用二月桂酸二丁基锡做催化剂，但由于重金属锡随着聚氨酯的降解而对环境造成危害，如何对二月桂酸二丁基锡催化残余的锡进行固定，降低聚氨酯涂料残余物对环境的危害程度，已经成为一个技术难题。为了提高聚氨酯树脂的耐光性，常采用加入紫外线吸收剂和抗氧化剂的方式，但传统的合成抗氧化剂有叔丁基羟基茴香醚、过氧化氢叔丁基和叔丁基对苯二酚等具有较大的毒副作用和致癌性，而用传统的加入有机硅材料提高防水性的效果不能令人满意，因此需要寻找更加高效环保的防水和耐光措施。与其他大多数高分子材料一样，聚氨酯不耐热，容易被点燃，产生毒性气体，危害人身财产安全。使聚氨酯制品具有一定的阻燃性，添加阻燃剂是最常用的方法，目前经常添加的阻燃剂是磷酸酯和卤代磷酸酯，这类阻燃剂对于提高聚氨酯的阻燃性效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法，通过碳纳米管石墨烯对水性聚氨酯涂料进行改性，提高水性聚氨酯的阻燃性和耐光性，并降低聚氨酯的毒性。一种制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法，特征在于：（1）、制备羧基化碳纳米管石墨烯纳米片材：将一定量的碳纳米管、石墨烯片材、4-硼酸三苯胺和3,4,5-三氟苯硼酸分别加入到质子酸中混合，反应温度为60～80℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷凝回流2~5h，超声后用350mL去离子水稀释，然后抽滤，用去离子水反复洗涤直至中性，最后在80℃下烘干，研磨至微细粉末状，得到羧基化碳纳米管石墨烯片材；其中，每100mL质子酸加入的石墨烯片材量为0.2g，每100mL质子酸加入为碳纳米管量为0.1g；4-硼酸三苯胺和3,4,5-三氟苯硼酸加入量分别为碳纳米管重量的300%和200%；（2）、制备聚氨酯预聚体A：将聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯按重量比1:1~4:1混合，加入二月桂酸二丁基锡催化剂，于60~80℃下反应2~3h，加入2-磺基苯甲酸酐和步骤（1）制备的羧基化碳纳米管石墨烯片材，反应时间2h，反应温度90℃，得到聚氨酯预聚体A；所述催化剂用量为聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯总重量的0.1~0.4％，2-磺基苯甲酸酐用量为聚四氢呋喃醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡总重量的0.2~0.4％；羧基化碳纳米管石墨烯片材用量为聚四氢呋喃醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡总重量的0.05%；（3）、制备水性聚氨酯涂料与粘合剂：向步骤（2）制备的预聚体A中加入预聚体A重量1.5~3.5％的扩链剂和预聚体A重量18~30％的丙酮，于65~75℃条件下反应1.8~3.2h，分别加入预聚体A重量0.5~1.2%的D-泛醇和预聚体A重量0.8~2.0%的2,4,6-三羟基苯甲酸，反应温度75~85℃，反应时间0.5~2h，加入预聚体A重量12~15%的三乙胺和预聚体A重量1%的苯甲酰胺进行中和反应30~50min，加水进行乳化，得到水性聚氨酯涂料与粘合剂。所述的石墨烯片材为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1~10nm，纯度99.5（wt.）%，比表面积500~2600m2/g。所述质子酸为浓硝酸和浓硫酸中的一种。所述碳纳米管为单壁碳纳米管，直径在0.8~1.6nm之间以内并且平均直径为1nm，长度在5~30um之间。聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500。扩链剂为对氨基苯磺酰胺、氯噻嗪、水杨酰胺、N-甲基乙酰胺、甲基丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺中的任意一种。本专利技术具有以下特点：本专利技术在二月桂酸二丁基锡催化下，聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯进行反应，利用2-磺基苯甲酸酐对二月桂酸二丁基锡进行固定，D-泛醇和2,4,6-三羟基苯甲酸与残余的异氰酸酯发生反应，提高了聚氨酯的阻燃性和耐光性。具体体现在以下几个方面：（1）、2-磺基苯甲酸酐对催化剂进行固定，降低了聚氨酯的毒性，同时环磷酰胺可与山梨醇发挥相互协效，提高了聚氨酯的耐光性；（2）、D-泛醇和2,4,6-三羟基苯甲酸与残余的异氰酸酯发生反应，同时由于D-泛醇和2,4,6-三羟基苯甲酸含炭量丰富，进一步提高了聚氨酯的阻燃性；（3）、羧基化碳纳米管和石墨烯与异氰酸酯反应，接枝到聚氨酯预聚体中去；（4）、4-硼酸三苯胺和3,4,5-三氟苯硼酸能够增强碳纳米和石墨烯的羧基化程度；（5）、苯甲酰胺增强了三乙胺的中和效果；（6）、羧基化碳纳米管、石墨烯、D-泛醇和2,4,6-三羟基苯甲酸等组分的选用，有利于提高涂料和粘合剂的阻燃性。具体实施方式下面结合实例进一步说明本专利技术。实例一（1）、制备羧基化碳纳米管石墨烯纳米片材将碳纳米管0.1g、石墨烯0.2片材加入到浓硫酸300ml、4-硼酸三苯胺0.3g和3,4,5-三氟苯硼酸0.2g中混合，反应温度为60℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷凝回流2h，超声后用350mL去离子水稀释，然后用直径为0.2μm的微孔滤膜抽滤，去离子水反复洗涤直至中性，最后在80℃下烘12h，研磨至微细粉末状，即得羧基化碳纳米管和石墨烯片材，石墨烯为化学气相沉积法生产的石墨烯片材，长度0.1~10μm，宽度0.1~10μm，厚度1~10nm，纯度99.5（wt.）%，比表面积500~2600m2/g；碳纳米管为单壁碳纳米管、直径为0.8~1.6nm，平均直径为1nm，长度为5~30um；（2）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将二月桂酸二丁基锡催化剂1g、聚四氢呋喃醚二醇50g与异佛尔酮二异氰酸酯50g混合，于60℃下反应2h，加入2-磺基苯甲酸酐0.2g和步骤（1）的羧基化碳纳米管和石墨烯片材0.05g，反应时间2h，反应温度90℃，得到聚氨酯预聚体A100g，所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为500；（3）、向预聚体A加入的对氨基苯磺酰胺1.5g和丙酮18g，于65℃条件下反应1.8h，加入D-泛醇0.5g和2,4,6-三羟基苯甲酸0.8g，反应温度75℃，反应时间0.5h，加入三乙胺12g和苯甲酰胺1g进行中和反应30min，加水120g搅拌进行乳化，得到水性聚氨酯涂料与粘合剂。实例二（1）、制备羧基化碳纳米管石墨烯纳米片材将碳纳米管0.1g、石墨烯0.2片材加入到浓硝酸300ml、4-硼酸三苯胺0.3g和3,4,5-三氟苯硼酸0.2g中混合，反应温度为80℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷凝回流5h，超声后用350mL去离子水稀释，然后用直径为0本文档来自技高网...
【技术保护点】
制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法，特征在于：（1）、制备羧基化碳纳米管石墨烯纳米片材：将一定量的碳纳米管、石墨烯片材、4‑硼酸三苯胺和3 ,4 ,5 ‑三氟苯硼酸分别加入到质子酸中混合，反应温度为60～80℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷凝回流2~5h，超声后用350mL去离子水稀释，然后抽滤，用去离子水反复洗涤直至中性，最后在80℃下烘干，研磨至微细粉末状，得到羧基化碳纳米管石墨烯片材；其中，每100mL质子酸加入的石墨烯片材量为0.2g，每100mL质子酸加入为碳纳米管量为0.1g；4‑硼酸三苯胺和3 ,4 ,5 ‑三氟苯硼酸加入量分别为碳纳米管重量的300%和200%；（2）、制备聚氨酯预聚体A：将聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯按重量比1:1~4:1混合，加入二月桂酸二丁基锡催化剂，于60~80℃下反应2~3h，加入2‑磺基苯甲酸酐和步骤（1）制备的羧基化碳纳米管石墨烯片材，反应时间2h，反应温度90℃，得到聚氨酯预聚体A；所述催化剂用量为聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯总重量的0.1~0.4％，2‑磺基苯甲酸酐用量为聚四氢呋喃醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡总重量的0.2~0.4％；羧基化碳纳米管石墨烯片材用量为聚四氢呋喃醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡总重量的0.05%；（3）、制备水性聚氨酯涂料与粘合剂：向步骤（2）制备的预聚体A中加入预聚体A重量1.5~3.5％的扩链剂和预聚体A重量18~30％的丙酮，于65~75℃条件下反应1.8~3.2h，分别加入预聚体A重量0.5~1.2%的D‑泛醇和预聚体A重量0.8~2.0%的2,4,6‑三羟基苯甲酸，反应温度75~85℃，反应时间0.5~2h，加入预聚体A重量12~15%的三乙胺和预聚体A重量1%的苯甲酰胺进行中和反应30~50min，加水进行乳化，得到水性聚氨酯涂料与粘合剂。...
【技术特征摘要】
1.制备碳纳米管石墨烯改性水性聚氨酯涂料与粘合剂的方法，特征在于：（1）、制备羧基化碳纳米管石墨烯纳米片材：将一定量的碳纳米管、石墨烯片材、4-硼酸三苯胺和3,4,5-三氟苯硼酸分别加入到质子酸中混合，反应温度为60～80℃，在超声功率为400W、超声频率为80KHz的超声波清洗器中冷凝回流2~5h，超声后用350mL去离子水稀释，然后抽滤，用去离子水反复洗涤直至中性，最后在80℃下烘干，研磨至微细粉末状，得到羧基化碳纳米管石墨烯片材；其中，每100mL质子酸加入的石墨烯片材量为0.2g，每100mL质子酸加入的碳纳米管量为0.1g；4-硼酸三苯胺和3,4,5-三氟苯硼酸加入量分别为碳纳米管重量的300%和200%；（2）、制备聚氨酯预聚体A：将聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯按重量比1:1~4:1混合，加入二月桂酸二丁基锡催化剂，于60~80℃下反应2~3h，加入2-磺基苯甲酸酐和步骤（1）制备的羧基化碳纳米管石墨烯片材，反应时间2h，反应温度90℃，得到聚氨酯预聚体A；所述催化剂用量为聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯总重量的0.1~0.4％，2-磺基苯甲酸酐用量为聚四氢呋喃醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡总重量的0.2~0.4％；羧基化碳纳米管石墨烯片材用量为聚四氢呋喃醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡总重量的0.05%；（3）、制备水性聚氨酯涂料与粘合剂：向步骤（2）制备的预聚体A中加入预聚体A重量1.5~...
【专利技术属性】
技术研发人员：段宝荣，王全杰，唐志海，丁海燕，张萌萌，候立杰，王延青，刘桂林，钱升旭，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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