The invention discloses a preparation method of graphene carbon nanotube / waterborne polyurethane composite. First, a modified Hummers method is used to obtain graphene oxide water dispersions. Then, the modified graphene dispersions are obtained by using gamma ammonia propyl triethoxyl silane intercalated and then L ascorbic acid is used to oxidize the modified graphene dispersions. Carbon nanotube hybrid particles were obtained by blending with carbon nanotubes, and graphene was added to the linear polyurethane prepolymer at the end of NCO to produce carbon nanotube hybrid particles, and the carbon nanotubes / waterborne polyurethane composites were prepared after the chain expansion. The two components of graphene carbon nanotube / waterborne polyurethane composite made by this invention have good compatibility, and the modification of graphene carbon nanotubes improves the thermal stability, mechanical properties and hydrophobicity of waterborne polyurethane. It can be used as a environment-friendly water-based coating, and has a wide application prospect.
【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯-碳纳米管/水性聚氨酯复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种石墨烯-碳纳米管/水性聚氨酯复合材料的制备方法,属于功能性聚氨酯
技术介绍
2004年,英国曼彻斯特大学的物理学家Geim首次成功地从石墨中分离出石墨烯,从而证实它是可以单独稳定存在的一种碳质新材料。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构,以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格状的平面薄膜。石墨烯的制备方法主要包括微机械剥离法、化学气相沉积法、取向附生法-晶膜生长、加热SiC的方法、氧化-化学还原法和化学解离法。石墨烯因其原料易得、价格低廉、柔韧性好、比表面积高且具有良好的机械性能、热传导性、导电性等受到科学界的普遍关注。1991年Iijima发现了碳纳米管,其长度为微米级,直径为纳米级,具有极高的长径比,优异的力学性能、导电性能和导热性能,因此被广泛应用到纳米电子器件、催化剂载体、电极材料、储氢材料和复合材料等诸多领域。聚氨酯是一类用途非常广泛的高分子材料,而水性聚氨酯是一种新型环保乳液,具有硬度高、附着力强、耐腐蚀性和耐溶剂性好等优点,近年来引起越来越多的科研人员的关注及研究。由于WPU大多数为线形分子结构,成膜后缺乏强的化学交联,因而无法得到较高的交联密度和较高的相对分子质量,并且由于亲水基团的引入,涂膜的耐水性变差,遇水容易溶胀。为了提高WPU这些方面的性能,人们采取了很多改性WPU的措施,其中纳米粒子改性聚氨酯是一种常用的改性方法。CN103804625A将氧化石墨烯与聚氨酯预聚体混合,高速剪切分散后用维C还原制备出石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料,这是一种通过共混法来达 ...
【技术保护点】
1.一种石墨烯‑碳纳米管/水性聚氨酯复合材料的制备方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1:在冰水浴的条件下,将石墨粉、浓硫酸和硝酸钠混合均匀,缓慢加入高锰酸钾,冰水浴下搅拌反应0.5h,然后升温至35℃搅拌反应24h,反应结束后在冰水浴下向反应液中滴加蒸馏水搅拌0.5h,再加入蒸馏水稀释,然后滴加双氧水和盐酸溶液,静置沉降,离心洗涤至pH值为5~7;再进行超声剥离,制得氧化石墨烯水分散液;步骤2:向步骤1所得氧化石墨烯水分散液中加碱调节pH值至8~12,然后加入γ‑氨丙基三乙氧基硅烷,室温下反应8~12h,用有机溶剂洗涤后再用蒸馏水洗涤至中性;随后加入L‑抗坏血酸,加碱调节pH值至8~12,加热至70~90℃反应2~6h,用蒸馏水洗涤至中性,得到改性的石墨烯分散液;步骤3:将碳纳米管与步骤2所得改性的石墨烯分散液超声混合1~4h,冷冻干燥后得到石墨烯‑碳纳米管杂化粒子;步骤4:在惰性气氛下,将二异氰酸酯和低聚物二元醇、催化剂量的催化剂在60~100℃下反应0.5~4h,然后加入扩链剂1,于60~100℃反应0.5~5h;再加入扩链剂2,于50~90℃反应10min~4h,添加适量的丙酮调 ...
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-碳纳米管/水性聚氨酯复合材料的制备方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1:在冰水浴的条件下,将石墨粉、浓硫酸和硝酸钠混合均匀,缓慢加入高锰酸钾,冰水浴下搅拌反应0.5h,然后升温至35℃搅拌反应24h,反应结束后在冰水浴下向反应液中滴加蒸馏水搅拌0.5h,再加入蒸馏水稀释,然后滴加双氧水和盐酸溶液,静置沉降,离心洗涤至pH值为5~7;再进行超声剥离,制得氧化石墨烯水分散液;步骤2:向步骤1所得氧化石墨烯水分散液中加碱调节pH值至8~12,然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷,室温下反应8~12h,用有机溶剂洗涤后再用蒸馏水洗涤至中性;随后加入L-抗坏血酸,加碱调节pH值至8~12,加热至70~90℃反应2~6h,用蒸馏水洗涤至中性,得到改性的石墨烯分散液;步骤3:将碳纳米管与步骤2所得改性的石墨烯分散液超声混合1~4h,冷冻干燥后得到石墨烯-碳纳米管杂化粒子;步骤4:在惰性气氛下,将二异氰酸酯和低聚物二元醇、催化剂量的催化剂在60~100℃下反应0.5~4h,然后加入扩链剂1,于60~100℃反应0.5~5h;再加入扩链剂2,于50~90℃反应10min~4h,添加适量的丙酮调节粘度,获得-NCO封端的线性聚氨酯预聚体;步骤5:向步骤4所得线性聚氨酯预聚体中加入步骤3制得的石墨烯-碳纳米管杂化粒子,于50~70℃下搅拌1~2h,然后降温至30~40℃,加入中和剂中和5~10min,然后加入乙二胺继续搅拌0.25~0.5h,减压蒸馏除去丙酮,制得石墨烯-碳纳米管/水性聚氨酯复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1中,石墨粉、硝酸钠和高锰酸钾的质量比为1:0.5~1.5:3~9,浓硫酸添加的体积与石墨粉的质量之间的比例关系为20~35mL/g。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1中,双氧水的浓度为30wt%,添加量为6~12mL/g石墨粉;盐酸溶液的浓度为0.5~1.5mol/L,添...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨建军,盛锡慧焘子,吴庆云,吴明元,张建安,
申请(专利权)人:安徽大学,
类型:发明
国别省市:安徽,34
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